DE3035870A1

DE3035870A1 - Drehtrennschalter fuer gasisolierte unterstationen

Info

Publication number: DE3035870A1
Application number: DE19803035870
Authority: DE
Inventors: John C. Caherdavin Lawn Limerick Cronin; Walter M. Greensburg Pa. Wilson
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1979-09-25
Filing date: 1980-09-23
Publication date: 1981-04-09
Also published as: CA1139811A; US4300028A

Description

GE 356 Ka/dh

Drehtrennschalter für gasisolierte Unterstationen

Die Erfindung betrifft einen Drehtrennschalter für gasisolierte Unterstationen gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 =

In gasisolierten Unterstationen muss eine Vielfalt von Schaltfunktionen durchgeführt werden. Daher wurden verschiedene Schaltertypen entwickelt. Diese umfassen beispielsweise Horizontalschalter, Unterbrecher, Verzweigungsschalter, Erdungsschalter usw. Jeder dieser Schalter wird nun als getrennte Geräteeinheit hergestellt und einige verschiedene Schalt ereinheiten werden in jeder beliebigen Unterstation miteinander verknüpft. Jedes einzelne dieser verschiedenen Schaltgeräte ist relativ teuer und erfordert getrennte Konstruktionszeichnungen. Ausserdem benötigt jede Schaltereinheit Raum und begrenzt insbesondere bei niedrigen Spannungen die erreichbare Kompaktheit der Unterstation. Darüberhinaus müssen die einzelnen Schalter mit entsprechenden Regel-, und häufig mit Motorantriebs- und Gasüberwachungssystemen und ähnlichem versehen werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schalter für gasisolierte Unterstationen zu schaffen, welcher die

13001S/095S

Funktionen von mindestens zwei, in getrennten Gehäusen angeordneten Schaltern durchführen kann und welcher sich gleichzeitig durch die Anwendung einfacher Steuer- und Antriebsmechanismen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich durch eine kompakte und daher raumsparende Bauform und eine grosse Wirtschaftlichkeit aus. -Die bei der Montage, Planung und Dokumentation verschiedener Schaltertypen anfallenden Kosten werden wegen der Bereinigung der Schaltertypen ganz erheblich reduziert.

Weitere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemässen Schalters ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Es zeigt:

Pig. 1 in perspektivischer Ansicht eine konventionelle gasisolierte Unterstation des Typs, in dem der erfindungsgemässe Schalter mit Vorteil verwendet werden kann,

Fig. la einen Schaltplan der Unterstation nach Fig. 1,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Teil einer Unterstation bei der der erfindungsgemässe Schalter verwendet wird,

Fig._ 3 in schematischer Weise die Schaltfunktionen, welche

130015/0955

vom erfindungsgemässen Schalter durchgeführt werden,

Figo 4 eine Ansicht auf einen Schnitt durch einen Teil des Gehäuses des erfindungsgemässen Schalters,

Fig. 5a bis 5g in schematischer Weise eine andere Ausführungsform des Messers des erfindungsgemässen Schalters, wobei verschiedene Verbindungsmöglichkeiten mit den drei Anschlüssen, mit denen es zusammenarbeitet, angegeben sind,

Fig. 6a bis 6g in schematischer Weise die verschiedenen Schaltpositionen zweier konventioneller Trenner und eines Verzweigungsschalters, welche den in den Fig. 5 dargestellten Positionen entsprechen,

Fig, 7 einen teilweisen Schnitt durch einen Anschluss, wie er in der in Fig. 4 dargestellten Anordnung

verwendet werden kann, wobei dieser Anschluss mit dem Messer des erfindungsgemässen Schalters in Eingriff ist, und

Fig» 8 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch Kontaktfinger nach Fig. J₃ welche einen Stromanschluss mit dem Messer des erfindungsgemässen Schalters kontaktieren»

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen=

Fig. 1 zeigt eine typische konventionelle dreiphasige gasisolierte Unterstation. Eine solche Unterstation ist beispielsweise in der US-PS 4 I30 85O beschrieben. Die drei

130015/095S

Phasenleiter 2, 3 und 4 treten jeweils über Luft-Gas-Durchführungen 5j 6 und 7 und horizontal angeordnete Trennschalter 5a, 6a und 7a in die Unterstation ein. Jeder Leiter wird jeweils durch einen ersten Trennschalter 8,9 und 10 geführt und wird jeweils einem ersten Leistungsschalter H₃ 12 und 13 zugeführt. Nach Austritt aus den jeweiligen Leistungsschaltern 11, 12 und 13 und nachgeordneten zweiten Trennschaltern 14, 15 und 16 weist jeder Phasenleiter jeweils einen Verzweigungsschalter 17, 18 und 19 und jeweils einen dritten Trennschalter 2O₃ 21 und 22 auf, welcher jeweils mit einem zweiten Leistungsschalter 23₃ 24 und 25 verbunden ist. Jeder der drei Verzweigungsschalter 17₃ 18 und 19 gestattet die Verbindung zu jeweils einer Kupplungsmuffe 26₃ 27 und 28. Jede dieser Kupplungsmuffen 26, '27 und 28 kann Testdurchführungen aufnehmen. Jede Phase verlässt den zweiten Leistungsschalter 23> 24 und 25 durch jeweils einen vierten Trennschalter 29> 30 und 31 und läuft über einen Doppelverzweigungsschalter 32, 33 und 34, welcher jeweils mit den Polen 35a, 35b und 35c eines Leistungs transformator 35 verbunden ist. Die Verzweigungsschalter 32, 33 und 34 sind jeweils auch mit den Polen von Koppelkondensator-Spannungstransformatoren 36a, 37a und 38a verbunden. Die vierten Trennschalter 29, 30 und 31 sind mit Trennschaltern 36, 37 und 38 bzw. mit Leistungsschaltern 39, 40 und 41 verbunden. Die Leistungsschalter 39, 40 und 4l ihrerseits sind schliesslich jeweils mit Trennschaltern 43, 44 und 45 verbunden.

Zu Zwecken der Klarheit ist in Fig. la ein Schaltbild der Unterstation nach Fig. 1 dargestellt, worin die Bezugs-30* zeichen vom Phasenleiter 4 verwendet worden sind«

Einer oder beide der Verzweigungsschalter 17 bis 19, 32 bis 34 können für jede einzelne Phase durch den erfindungs-

130015/0955

gemässen Drehtrennschalter ersetzt werden. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann der erfindungsgemässe Schalter nicht nur einen Verzweigungssehalter, sondern auch die beiden ihm benachbarten Trennschalter ersetzen, wodurch sich eine beträchtliche Raum- und Kostenersparnis ergibt.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht eines Teils eines Poles einer Unterstation gemäss Pig. 1, bei der der erfindungsgemässe Drehtrennschalter verwendet wird. Dieser Schalter, welcher im schematisch dargestellten Gehäuse 46 angeordnet ist, führt die Funktionen des "Verzweigungsschalters 3^ und der benachbarten Trennschalter 31 und 38 in der Vorrichtung gemäss den Fig. 1 und la aus.

Fig. 3 zeigt in schematischer Weise die Schaltfunktionen des erfindungsgemässen Drehtrennschalters, wie er in einer einzelnen Phase einer gemäss Fig. 2 beschaffenen Unterstation verwendet wird.

Die Schalter 313 34 und 38 der Fig. 2 und 3 können in jeder beliebigen Kombination geöffnet werden, um die Leistungsschalter 25 und 4l gegeneinander zu isolieren oder um jede der Leitungen mit dem Transformator 35 zu verbinden. Einzelheiten der neuen Schalteinheit 46 sind in den folgenden Figuren dargestellt.

In Fig. 4 enthalten gasgefüllte Leitergehäuse 53, 54 und 47 Leiter 55, 56 und 57, welche ihrerseits jeweils in den Gehäusen 53j 54 und 47 durch konventionelle Stützisolatoren 58 getragen sind« Der Leiter 57 _s welcher im Gehäuse 47 montiert ist, ist an seinem oberen Ende, welches sich in das Schaltergehäuse 46 erstreckt, mit einem Anschluss 59 versehen. Das Ende des Leiters 55 erstreckt sich in das Innere des Gehäuses 46 und ist mit einem leitfähigen

130015/09SS

3Q35870

Arm 60 versehen, welcher sich unter einem Winkel von etwa

45 zur Horizontalen nach unten in das Gehäuse 46 zum Anschluss 59 erstreckt. Das untere Ende des Arms 60 ist mit einem zweiten Anschluss 6l versehen. Der Innenleiter 56 hat in entsprechender Weise einen Arm 62 und einen Anschluss 63. Das Messer 64, welches die Form einer Scheibe aus leitfähigem Material aufweist, von der ein kreissektorförmiges Stück entfernt worden ist, ist derart im Gehäuse

46 montiert, dass es um sein Zentrum rotieren kann, und ist in elektrischem Kontakt mit dem einen Ende eines vierten Innenleiters 65· Das Messer 64 ist so angeordnet und füllt um sein Zentrum einen derart bemessenen Winkelbereich aus₃ dass es möglich ist, das Messer 64 bei Drehung um seine zentrale Achse 66 mit jeder beliebigen Kombination von Kontakten 59, 6l, 63 in Kontakt zu bringen, oder jegliche Berührung mit allen diesen Kontakten zusammen zu vermeiden» Die Kontakte 59, 6l und 63 entsprechen jeweils den Kontakten der Schalter 34, 31 und 38 in Fig. 3-

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Messers 64a und die verschiedenen Positionen, in die es bewegt werden kann, um jede beliebige Kombination von Kontakten 59, 61 und 63 zu verbinden. In dieser Ausführungsform hat das Messer 64a die Form eines Halbkreises, welcher am Mittelpunkt 67 seines Durchmessers drehbar angebracht ist, und einen vom kreisförmigen Teil seines Umfangs entfernten Teil aufweist. Der Umfang des Messers 64 besteht daher aus einem geradlinigen Durchmesser ₃ einem längeren bogenförmigen Teil 68, welcher von einem Ende A des Messerdurchmessers ausgeht und sich über einen Winkelbereich von etwas über 90 erstreckt, einen bogenförmigen Einschnitt 69, welcher in Fig. 5c zwischen den Punkten B und C liegt und im grössten Teil des durch den Durchmesser des Messers 64a definierten Winkels einnimmt, und einen kurzen bogen-

130015/0955

30358

förmigen Teil 7O₅ welcher sich vom Punkt C zum zweiten Ende des Durchmessers erstreckt. Wie aus Fig. 5a entnommen werden kann, ist der lange bogenförmige Teil 68 des Umfanges des Messers 64 lang genug, um einen vollständigen elektrischen Kontakt mit allen drei Kontakten 59j 61 und 63 gleichzeitig zu bewirken. Die Entfernung im Einschnitt 69, d.h. der Abstand zwischen den Zacken B und C (vergleiche Fig. 5c) ist klein genug um zu bewirken, dass das Messer 64a vollständigen elektrischen Kontakt zwischen den beiden Kontakten 61 und 63 herstellt, während der Einschnitt 69 im Bereich des Kontaktes 59 liegt, so dass dieser Kontakt das Messer 64a nicht berührt (vergleiche Fig. 5c).

In Fig. 5a ist gezeigt, wie das Messer 64a mit seinem längsten Bogen 68 alle drei Kontakte 59, 61, 63 berührt.

In Fig. 5b ist das Messer 64a im Gegenuhrzeigersinn weitergedreht worden, um den Einschnitt 69 beim Kontakt 61 anzuordnen, so dass nur die Kontakte 59 und 63 das Messer 64a berühren. In Fig. 5c ist das Messer 64 noch weiter in Gegenuhrzeigerrichtung gedreht worden, so dass der Einschnitt 69 beim Kontakt 59 angeordnet ist und das Messer 64 nur die Kontakte 61 und 63 berührt. In Fig. 5d wurde eine weitere Drehung durchgeführt, wodurch der Einschnitt 69 dem Kontakt 63 zugeordnet ist, so dass nur der Kontakt 59 das Messer 64a berührt. Durch eine weitere kleine Drehung im Gegenuhrzeigersinn wäre es möglich, den kleineren Bogen 70 des Messers 64a mit dem Kontakt 63 in Berührung zu bringen und die Kontakte 6l und 59 vom Messer 64a zu trennen. Durch eine noch weitere Drehung in Gegen-Uhrzeigersinn, wie es in Fig. 5e dargestellt ist, ist es möglich, das Messer 64a so weit zu bewegen, dass es keinen der drei Kontakte 59 ₃ 6l, 63 mehr berührt. Durch eine

13001S/09Ü

1635870 -f-

weitere kleine Drehung wäre es möglich, den Punkt A des Messers 64a in Kontakt mit dem Anschlusskontakt 6l zu bringen. Eine noch weitere Drehung, wie sie in Fig. 5f dargestellt ist, würde den längeren Bogen 68 des Messers 64a in Kontakt mit den Kontakten 61 und 59 bringen. Eine weitere Drehung in der gleichen Richtung, wie es in Fig. 5g dargestellt ist, bringt das Messer 64a wieder in seine ursprüngliche Lage zurück. Die entsprechenden Schalterpositionen einer herkömmlichen Unterstationanordnung sind in schematischer Weise in Fig. 6 dargestellt.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass der Drehumschalter, welcher die Funktionen einer Vielzahl von herkömmlichen Schaltereinheiten ausführen kann, durch ein einziges··'Steuersystem (oder durch einen einzigen Motorantrieb) betrieben werden kann, was eine erhebliche Ersparnis darstellt.

Es sollte erwähnt werden, dass obwohl der Drehumschalter gemäss der Erfindung nicht die koaxiale Geometrie konventioneller Trennschalter aufweist, die intrinsische dielektrische Festigkeit von SFg, vorausgesetzt, dass dieses Gas für die Isolierung benutzt wird, so hoch ist, dass selbst beträchtliche Ungleichheiten des elektrischen Feldes noch toleriert werden können. Eine 145 kW-Sehalteinheit kann in einem Tank von ungefähr 0,56 m Durchmesser und ungefähr 0,4l m Länge untergebracht werden. Die runden Abschirmteile der Schalt stücke weisen ungefähr einen Durchmesser von OjI m auf. Demgegenüber benötigt ein konventioneller 145 kW-Trennschalter einen Gehäusekessel von 0₅4l m Durchmesser und ungefähr 1,15 m Länge. Darüberhinaus können mit dem erfindungsgemässen Drehtrennschalter alle drei Pole in einem Gehäuse untergebracht werden»

130015/0955

Pig. 7 zeigt einen typischen., in erfindungsgemässen Drehtrennschaltern verwendbaren Kontakt. Das in einem Gehäuse 46 angeordnete Messer 64 des Schalters ist auf der linken Seite dargestellt. Auf der rechten Seite ist das abgeflachte Ende 57a eines Sammelschienenleiters 57 gezeigt. Ein Kontaktfinger 72 ist unterhalb und in Kontakt mit dem Sammelschienenleiterabschnitt 57a und ein Kontaktfinger 71 ist entsprechend oberhalb und in Kontakt mit dem Sammelschienenleiterabschnitt 57a angeordnet. Diese Kontaktfinger werden durch Klammern 73 an ihrem Platz gehalten, wobei eine der Klammern mit einer Feder 74 versehen ist j um den unteren Kontakt finger 72 nach oben gegen den Sammelschienenleiterkontakt 57a und das Messer 64 zu drücken. Da jede der Klammern 73 über die Spitze des obe-

15. ren Kontaktfingers 71 hinaus gekrümmt ist, hat die Feder 64 zusätzlich die Wirkung, den oberen Kontaktfinger 71 gegen das Messer 64 zu drücken. Zwischen den Kontaktfingern 71, 72 und dem Sammelschienenleiter 57 sind Dichtungs ringe 75 und 76 vorgesehen. Jeder einzelne der Kontaktfinger 71, 72 ist an jedem seiner Enden mit einem gebogenen Teil 77s 78 versehen. Der gebogene Teil 77 jedes Kontaktfingers 71* 72 bewirkt einen hohen Kontaktdruck am Sammelschienenleiterabschnitt 57a und der entsprechende gebogene Teil 78 am anderen Ende jedes Kontaktes Jl₉ J2 bewirkt die tatsächliche Verbindung mit dem Schaltmesser 64. Das Ende der Sammelschiene 57 erstreckt sich in das Gehäuse 46, welches die Kontakte umfasst. Ringförmige Koronaabschirmungen 91 und 92 umfassen die Kontakte 6l, 59 und 63 und scheibenförmige Koronaabschirmungen 93 und 94 bedecken die Kanten des Kontaktes 64 innerhalb der Abschirmungen 91 und 92. Die Abschirmungen 91 bis 94 werden in beliebiger Weise abgestützt.

Fig. 8 zeigt, dass eine Vielzahl von Kontakten 71a bis 71e

130015/095 5

./f2.

und 72a bis 72d an Stelle einzelner Kontaktfinger verwen det werden können.

130016/0951

Claims

Pat entansprüche

il.J Drehtrennschalter für gasisolierte Unterstationen mit einem isoliergasgefüllten Gehäuse, dadurch gekennzeichnet ₃ dass in dem Gehäuse (46) ein um eine Achse (66) drehbares und die Gestalt eines aus einer Scheibe herausgeschnittenen Teils aufweisendes Messer (64, 64a) angeordnet ist, und dass mindestens ein erster zur Aufnahme einer Kante (68, 70) des Messers (64, 64a) geeigneter Kontakt (59) vorgesehen ist, wobei das Messer (64, 64a) derart gelagert ist, dass es mit dem Kontakt

(59) durch Drehung in und ausser Eingriff gelangt.
2. Drehtrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ferner mindestens ein zweiter Kontakt (61, 63) vorgesehen ist, welcher innerhalb des Gehäuses (46) in bezug auf die Drehachse (66) des Messers (64, 64a) winkelmässig gegenüber dem ersten Kontakt (59) versetzt angeordnet ist, wobei das Messer (64, 64a) eine solche Gestalt aufweist, dass es selektiv in und ausser Eingriff mit jeder Kombination der ersten (59) und zweiten Kontakte (61, 63) gelangt.
3· Drehtrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (59) in elektrisch leitender Verbindung mit einem Ende eines koaxialen Sammelschienenleiters (57) ist.
4. Drehtrennschalter nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass das Messer (64) die Gestalt eines flügeiförmigen Teils einer Scheibe aufweist.
5. Drehtrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messer (64a) eine gerade Kante (67) und

130015/0955

ORiQfNAL HMSPECTED

■a-

erste (68) und zweite (69) gebogene Kanten aufweist, wobei die erste gebogene Kante (68) ein Teil des Umfangs der Scheibe ist, aus der das besagte Messer (64a) herausgeschnitten ist, wobei die zweite gebogene Kante (69) eine bogenförmige Ausnehmung im Umfang des Messers (64a) festlegt, und wobei die erste (68) und zweite (69) gebogene Kante zueinander benachbart sind.

S, Drehtrennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (59) die nachfolgend aufgezählten Elemente aufweist:

erste auf einer Seite der Rotationsebene des Messers (64) angeordnete Kontaktfinger (71)_s

zweite auf der anderen Seite der Rotationsebene des Messers (64) angeordnete Kontaktfinger (72),

Klammern (73) _s um die ersten und zweiten Kontaktfinger (71 j 72) voneinander derart zu beabstanden, dass das Messer (64) in den Raum zwischen den Kontaktfingern (71, 72) bewegbar ist, und

Federn (74), um zumindest die ersten oder zweiten der Kontaktfinger (72) gegen das Messer (64) zu pressen, wenn das Messer (64) sich zwischen den Kontaktfingern (71* 72) befindet.

130015/0955