DE3412399A1

DE3412399A1 - Dreistellungsschalter

Info

Publication number: DE3412399A1
Application number: DE19843412399
Authority: DE
Inventors: Werner 8400 Regensburg Heinzelmann; H. Erwin Dipl.-Ing. Reichl (FH), 8401 Tegernheim
Original assignee: Sachsenwerk Licht und Kraft Ag 8000 Muenchen; Sachsenwerk Licht und Kraft AG
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1984-04-03
Filing date: 1984-04-03
Publication date: 1985-10-10
Also published as: DE3412399C2

Description

Hochspannungsschaltgerät,
Die Erfindung betrifft ein Hochspannungsschaltgerät, das als Dreistellungsschalter ausgeführt ist und vorwiegend geeignet als Lasttrennschalter und Erdungsschalter ist.
Schaltgeräte werden benötigt, um Ströme ein-und ausschalten zu können. Weitere Aufgaben sind beispielsweise das stromlose Verbinden und Trennen oder das Erden von Anlagenteilen, das durch speziell dafür geeignete Schaltgeräte, sogenannte Trennschalter bzw.
Erdungsschalter, erfolgen kann. Bekannt sind auch Schaltgeräte, bei denen das Verbinden und das Trennen zweier Anlagenteile sowie das Erden eines Anlagenteiles raumsparend in einem einzigen Gerät erfolgt.
Bei derartigen, als sogenannte Dreistellungsschalter ausgeführten Schaltgeräten, ergibt sich unter anderem eine Raumersparnis. Dreistellungsschalter sind sowohl für Lastschaltanlagen (DE3215234), als auch für Schaltanlagen mit Leistungsschaltern bekannt. Ein Dreistellungstrennschalter ohne zusätzliche Einrichtungen ist hierbei nur in der Lage stromlos zu schalten, nicht aber Ströme zu unterbrechen oder einzuschalten. Die eigentliche Schaltaufgabe muß durch zusätzliche Maßnahmen ermöglicht werden. Eine solche Maßnahme ist beispielsweise das Hinzufügen eines zusätzlichen Schaltelementes, wie z.B. eine Vakuumschaltröhre.
Bei einer bekannten Ausführung wird ein Vakuum-Leistungsschalter in Verbindung mit einem Dreistellungsschalter verwendet. Der Dreistellungsschalter ist hierbei als Trennschalter ausgebildet und dem Leistungsschalter elektrisch nachgeschaltet, der das eigentliche Schalten übernimmt. Der dem Leistungsschalter nachgeschaltete Dreistellungsschalter kann nur stromlos geschaltet werden und ist in der Lage, den Kabelabgang über den Leistungsschalter mit den Sammelschienen sowie den Kabelabgang über den Leistungsschalter zu erden. In der Zwischenstellung des Dreistellungsschalters befindet sich dieser in der Trennstellung. Durch die beiden räumlich getrennten Schaltgeräte wird das Bauvolumen einer solchen mit diesen Geräten ausgestatteten Anlage relativ groß.
Ferner bedarf es zweier Antriebe und zusätzlicher aufwendiger Verriegelungseinrichtungen zwischen dem Dreistellungsschalter und dem Leistungsschalter.
Ferner ist der Dreistellungsschalter (DE3215234) für SF6-isolierte Schaltanlagen bekannt, der befähigt ist, Lasttströme zu schalten. Durch erzwungene Beblasung des Schalt lichtbogens mit SF6 kann erreicht werden, daß Lastströme geschaltet werden können.
Ferner ist bekannt, an die Schaltmesser eines Dreistellungsschalter eine Klappe zur Erzeugung einer Löschmittelsströmung anzubringen und dadurch das Unterbrechen von Strömen zu ermöglichen.
Nachteil dieser bekannten Lösungen ist, daß infolge des innerhalb des Isoliermediums brennenden Schaltlichtbogens Zersetzungsprodukte zu einer Beeinträchtigung des Isoliervermögens an der Oberfläche fester Isolierstoffe führen können. Die bei einer solchen Lösung zwangsläufig auftretende Errosion von Elektroden und gegebenenfalls von Isoliermaterial oder die Lichtbogenlöschung unterstützenden, gasabgebenden Werkstoffen begrenzt die Lebensdauer des Schaltgerätes bzw. vermindert die Wartungsfreiheit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes langlebiges und kleinvolumiges Schaltgerät zu schaffen, bei dem das Schalten mit Strom, das Trennen und Verbinden von Anlagenteilen sowie das Erden eines Anlagenteiles mit einem einzigen Schaltgerät erfolgt.
Ferner soll das Schaltgerät so beschaffen sein, daß beim Einbau in gasisolierte oder flüssigkeitsisolierte Schaltanlagen keine Lichtbogenzersetzungsprodukte infolge des Schaltvorganges innerhalb des Isoliermediums entstehen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß elektrisch in Reihe zu dem in der Mittelstellung TR entstehenden Trennstrecken im Isoliermedium ein Schaltgerät, vorzugsweise eine Vakuumschaltröhre angeordnet ist und in den Dreistellungsschalter integriert ist.
Zweckmäßig wird hierbei der Dreistellungsschalter mit einem um einen festen Punkt schwenkbaren Schaltarm ausgeführt, in dessen einer Einstellung der Eingang, vorzugsweise ein Kabeleingang bzw. ein Kabelabgang, mit der Sammelschiene verbunden ist und in dessen anderer Einstellung der Eingang geerdet ist.
Zwar ist das in Reihe Schalten einer Trennstrecke mit einer Vakuumschaltröhre innerhalb eines einzigen Schaltgerätes grundsätzlich bekannt (EP0070794), jedoch handelt es sich hierbei nicht um die Integration in einem Dreistellungsschalter und es wird nur eine in axialer Richtung verstellbare Reihenschaltung eines Vakuumschalters und eines Trennschalter beschrieben.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den nachfolgenden Figuren beschrieben: Es zeigen Fig. 1 die schematische Ansicht eines Poles eines erfindungsgemäßen Dreistellungsschalters in einer SF6 isolierten Schalteinheit eingebaut, Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Dreistellungsschalters, wobei der Schaltarm teilweise geschnitten dargestellt ist, Fig. 3 den Schnitt entlang der Linie A-B aus der Fig. 1, Fig. 4 den Gesamtschnitt einer 3-pol. Schalteinheit mit dem Schalter I in Betriebsstellung, dem Schalter II in Erdungsstellung und dem Schalter III in Trennstellung, Fig. 5 den Teilschnitt einer Schalteinheit gem.
der Fig. 4 mit der Darstellung des Schalters II und einer außenliegenden Erdungsschiene, Fig. 6 den Teilschnitt der Schalteinheit, mit Darstellung des Schalters II der Fig. 4 und einem innenliegenden Erdungsschalter sowie einer elektrischen Durchführung zur Kabelprüfung.
In den Figuren ist mit 1 ein Dreistellungsschalter mit seinen Stellungen B (Betriebsstellung), TR (Trennstellung) und E (Erdungsstellung) bezeichnet, dessen schwenkbarer Schaltarm 2 wippenartig an der Achse 11 gelagert ist und an seinem einen Ende eine Vakuumschaltröhre 3 trägt. Die eine Seite des schwenkbaren Schaltarmes 2 trägt hierbei die stromführenden Teile, während an der anderen Seite eine Betätigungsstange 17 angelenkt ist. Der bewegliche Stempel 4 der Vakuumschaltröhre (Figur 2) wird durch eine Kurvenführung 15 des Lagerbockes 10 angesteuert. Die Kurvenführung, die in den Stegen 10a bzw. 10b des Lagerbockes 10 vorgesehen ist, bewirkt in Mittelstellung des Dreistellungsschalters eine Offenstellung der Vakuumschaltröhre 3, während in beiden Endstellungen die Betriebsstellung bzw. die Erdungsstellung und Schlußstellung der Vakuumschaltrohre 3 erreicht wird. Der Schaltarm 2 überstreicht mit seinen beweglichen Kontaktstück 12 und von der Betriebs stellung B über die Trennstellung TR in die Erdungsstellung E etwa einen Kreisbogen von etwa 900.
Am antriebsseitigen Ende des Schaltarmes 2 ist ein in Längsachse des Schaltarmes 2, in der Kulisse 13 und außerdem in einer etwa bogenförmigen Kurven führung 15 des Lagerbockes geführter Führungsbolzen 14 derart geführt, daß beim Schwenken des Schalterarmes 2 in seine drei Stellungen der bewegliche Stempel 4 der Vakuumschaltröhre 3 in Schließrichtung kraftschlüssig über die Druckfeder 16 und in die Offnungsrichtung förmschlüssig über eine einstellbare itnehmerschraube 23 betätigt wird. Der Stempel 4 ist mittels seines Anschlußes 5 über ein geschichtetes Stromband 9 mit dem festen Anschluß 8 elektrisch verbunden. Der feste Anschluß 8 wird gemeinsam mit dem Lagerbock von einem als Stecker ausgebildeten hohlen Stützisolator 18 getragen. Die Anordnung des Strombandes 9 ist so getroffen, daß sowohl die Hubbewegung des beweglichen Stempels 4 als auch die Schwenkbewegung des Schaltarmes 2 um denDrehpunkt ohne wesentliche Beeinträchtigung der Betätigungskräfte ausgeführt werden können. Der Schaltarm 2 wird über einen mit der Schalterwelle 25 formschlüssig verbundenen Kurbeltrieb 24 und einer gekröpften Betätigungsstange 17 angetrieben, die über den Bolzen 19 mit dem Schaltarm 2 verbunden ist.
Die Lagerpunkte der Schalterwelle 25, der Schaltstangeneinhngung 35 und des Bolzens 19 fluchten sowohl in der Betriebsstellung B als auch in Erdungsstellung E, so daß eine Totpunktstellung bewirkt wird oder ein Winkel i1 bzw. g II < 1800 gebildet wird und eine Ubertotpunktlage erreicht wird. Der Schaltarm 2 besteht aus zwei parallel zueinander angeordneten Flachteilen 20, (Fig. 1) wobei am freien Ende zwischen diesen die Vakuumschaltröhre 3 und die Kontaktfinger 21 des beweglichen Kontaktstückes 12 angeordnet sind. Zumindest im Bereich der Vakuumschaltröhre 3 bestehen die Schaltarmteile aus Isolierstoff, so daß die elektrische Verbindung von den Kontaktfingern 21 zum Anschluß 5 des beweglichen Stempels 4 nur über die Vakuumschaltröhre 3 hergestellt werden kann. In den beiden Endbereichen E u. B des schwenkbaren Schaltarmes 2 sind jeweils hakenförmige Einschlagkontakte 6 bzw 7 so gerichtet angebracht, daß beim Einschalten auf Kurzschluß über einen relativ lange Schleifweg eine in Schließrichtung wirkende Kraft der so gebildeten Stromschleife zwischen dem Einschlagkontakt 6 bzw. 7 und dem Schaltarm entsteht.
Der in Einschaltstellung B im Eingriff mit dem Schaltarm kommende Einschlagkontakt 7 ist hierbei isoliert befestigt und abgangsseitig mit einer Sammelschiene 30 mit den gleichphasigen anderen Kontakten einer mehrfeldigen Schaltanlage verbunden. Der Einschlagkontakt 6 für die Erdungsstellung E kann hierbei wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 direkt oder indirekt gemäß den Ausführungen nach Fig 5 und 6 über einen zusätzlichen Erdungsschalter 32 oder einer Erdungsschiene 33 mit dem geerdeten Gehäuse des Dreistellungsschalters 1 kurzschlußfest verbunden werden. Bei indirekter Ausführung ist der Einschlagkontakt 6 elektrisch isoliert auf einem Stützer 22 angeordnet und als Durchführung ausgebildet. Der Erdungsschalter 32 wird hierbei zwangsweise in Ein-Stellung gehalten und nur während einer gewollten Zeitspanne zum Spannungsprüfen der Kabel über die Zuführungen 34 gegen die Kraft einer Feder außer Eingriff gebracht.
Der Einschlagkontakt 7 ist mit einem bei der Ausschaltbewegung nacheilenden Kontaktstück 26 versehen, der bis kurz vor Erreichen der Trennstellung TR durch den Schaltarm 2 eine elektrische Verbindung zwischen dem festen Einschlagkontakt 7 und dem beweglichen Kontaktstück 12 aufrecht erhält.

Claims

Patentansprüche 1. Hochspannungsschaltgerät, das als Dreistellungsschalter ausgeführt ist, vorwiegend geeignet als Lasttrennschalter und Erdungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch in Reihe zu den in der Mittelstellung (TR) entstehenden Trennstrecken im Isoliermedium ein Schaltelement, vorzugsweise eine Vakuumschaltröhre (3) angeordnet ist und in den Dreistellungsschalter (1) integriert ist.
2. Hochspannungsschaltgerät nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Dreistellungsschalter (1) mit einem um einen festen Punkt (11) schwenkbaren Schaltarm (2) ausgeführt ist, in dessen einer Endstellung (B) der Eingang, vor2ugsweise ein Kabel eingang bzw. ein Kabelabgang, mit der Sammelschiene (30) verbunden ist, und in dessen anderer Endstellung (E) der Eingang geerdet wird.
3. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in dem schwenkbaren Schaltarm (2) des Dreistellungsschalters eine Vakuumschaltröhre (3) integriert ist, die infolge mechanischer Kupplung (13, 14, 16, 23,) zwangsweise bei Betätigung des Dreistellungsschalters in der Mittelstellung (TR) des Dreistellungsschalters geöffnet und in den Endstellungen (E bzw.B) geschlossen ist.
4. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der Vakuumschaltröhre (3) und die Bewegung des Dreistellungsschalters (1) so koordiniert sind, daß nur innerhalb der Vakuumschaltröhre (3) ein Schaltlichtbogen beim Aus- bzw. ein Vorüberschlag beim Einschalten entstehen kann.
5. hochspannungschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gegekennzeichnet, daß das in den Dreistellungsschalter (1) integrierte, zusätzliche Schaltelement (3) kurzschlußfest ist, und daß dadurch das Einschalten und Erden auf einen Kurzschluß möglich ist.
6. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltarm (2) an einem Lagerbock (10) mittels einer Achse (11) wippenartig gelagert ist, wobei eine Seite des Schaltarmes (2) die stromführenden Teile trägt, während auf der anderen Seite eine Betätigungsstange (17) des Antriebes angreift, so daß der Schaltarm (2) mit seinen beweglichen Kontaktstücken (12) von der Betriebsstellung (B) über die Trennstellung (TR) in die Erdungsstellung (E) etwa einen Kreisbogen von 900 überstreicht, und daß am antriebsseitigen Ende des Schaltarmes (2) ein in Längsachse des Schaltarmes (2), in einer Kulisse (13) und außerdem in einer etwa bogenförmigen Kurvenführung (15) des Lagerbockes (10), geführter Führungsbolzen (14) derart eingreift, daß beim Schwenken des Schaltarmes (2) in seine drei Stellungen (B, TR, E) der bewegliche Stempel (4), der Vakuumschaltröhre (3) in Schließrichtung kraftschlüssig über eine Druckfeder (16) und in öffnungsrichtung fcrmschlüssig über eine einstellbare Mitnehmerschraube (23) betätigt wird.
7 Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch kenennzeichnet, daß die Kurver.führung (15) in der Mittelstellung (TR) und einem beidseitig weiten Bereich eine Offenstellung der Vakuumschaltröhre (3) und in den beiden Endstellungen (B, E) eine Schließstellung der Vakuumschaltröhre bewirkt.
8. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenführung (15) so ausgeführt ist, daß in der Mittelstellung (TR) die Kraftkomponente der durch äusseren Überdruck in Schließrichtung wirkenden Schaltkammer keine Kräfte in Schwenkrichtung verursacht und daß in den beiden Endstellungen (B, E) Anschlagfunktionen erreicht werden.
9. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbcck (10) im wesentlichen von einem U-förmigen Teil gebildet wird, das mit einem Steg (lOa) an einem Stützisolator (18) angeordnet ist und zwischen dessen Schenkel (1 Ob) der Schaltarm (2) mittels der Achse (11) schwenkbar gelagert ist.
10. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß in den Schenkeln (1 Ob) die bogenförmigen Kurvenführungen (15) für den Antriebs zapfen (14) symmetrisch zur Achse (11) des Schaltarmes (2) hin gerichtet angeordnet sind, so daß sich in der Trennstellung (TR) des Schaltarmes (2) der Antriebszapfen (14) etwa in der Mitte der Kurvenbahn (15) befindet und damit zwischen der Achse (11) und dem Antriebszapfen (14) der größte Abstand voneinander auftritt, der für die Offnungsstellung der Vakuumschaltröhre (3) erforderlich ist.
11. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltarm (2) über einen mit der Schalterwelle (25) formschlüssig verbundenen Kurbeltrieb (24) und einer gekröpften Betätigungsstange (17) angetrieben wird, die über einen Bolzen (19) mit dem Schaltarm (2) verbunden ist und daß die Lagerpunkte der Schalterwelle (25), der Schaltstangeneinhängung (35) und des Bolzens (19) sowohl in der Betriebsstellung (B) als auch in der Erdungsstellung (E) zumindest fluchten und somit eine Totpunktstellung bewirkt wird oder einen Winkelzu 1 bzw. Z 2<1800 bilden, so daß eine Ubertotpunktlage erreicht wird.
12. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltarm (2) aus zwei parallel zueinander angeordneten Flachteilen (20) besteht, wobei am freien Ende zwischen diesen die Vakuumschaltröhre (3) und die Kontaktfinger (21) des beweglichen Kontakstückes (12) angeordnet sind.
13. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Vakuumschaltröhre (3) die Schaltarmteile aus Isolierstoff bestehen, so daß die elektrische Verbindung von den Kontaktfingern (21) zum Anschluß (5) des beweglichen Stempels (4) nur über die Vakuumschaltröhre (3) hergestellt werden kann.
14. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung vom Anschluß (5) des beweglichen Stempels (4) zum festen Anschluß (8) über ein geschichtetes Stromband (9) hergestellt wird, dessen Anordnung so getroffen ist, daß sowohl die Hubbewegung des beweglichen Stempels (4) als auch Schwenkbewegung des Schaltarmes (2) um den Drehpunkt (11) ohne wesentliche Beeinträchtigung der Betätigungskräfte ausgeführt werden können.
15. Hochspannungsschaltgerät nach eine der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Endbereichen (E, B) des schwenkbaren Schaltarmes (2) jeweils hakenförmige Einschlagkontakte (6 bzw. 7) so gerichtet und angebracht sind, daß beim Einschalten auf Kurzschluß über einen relativ langen Schleifweg, eine in Schließrichtung wirkende Kraft der so gebildeten Stromschleife zwischen dem Einschlagkontakt (6, 7) und dem Schaltarm (2) entsteht.
16. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß der Einschlagkontakt (7) mit einem bei der Ausschaltbewegung nacheilenden Kontaktstift (26) versehen ist, der bis kurz vor Erreichen der Trennstellung (TR) durch den Schaltarm (2) eine elektrische Verbindung zwischen dem festen Einschlagkontakt (7) und dem beweglichen Kontaktstück (12) aufrechterhält.
17. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansrüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß Konttstift (26) im wesentlichen bogenförmig ausgebildet ist und an einem Ende einen Haken (27) und am anderen Ende eine der Grundform entgegengerichtete Bogenform (29) aufweist.
18. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bisl7 dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (28) für den Kontaktstift (26) im Kontakt (7) mit einer Anlaufkante (31) versehen ist, und daß sich bei Auszug des Kontaktstiftes (26) der Haken (27) zunächst genau auf der Kreislinie des bewegten Kontaktstückes (12) bewegt und gegen Ende des Auszuges im Zusammenwirken der Bogenform (29) mit der Anlaufkante (31) eine Auswärtsbewegung stattfindet und damit eine Aushängung des Hakens (27) aus dem bewegten Kontaktstückes (12) bewirkt wird.
19. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß der Einschlagkontakt (6) für die Erdungsstellung (E) direkt oder indirekt über einen zusätzlichen Erdungsschalter (32) oder eine Erdungsschiene (33) mit dem geerdeten Gehäuse des Dreistellungsschalters (1) kurzschluß fest verbunden ist, wobei bei indirekter Ausführung der Einschlagkontakt (6) elektrisch isoliert auf einem Stützer (22) angeordnet ist, der vorzugsweise als Durchführung ausgebildet ist.
20. Hochspannungsschaltgerät nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß der Erdungsschalter (32) zwangsweise in EIN-Stellung gehalten wird und nur während einer gewollten Zeitspanne (zum Spannungsprüfen der Kabel über die Zuführung (34) gegen die Kraft vornehmlich einer Feder, außer Eingriff gebracht werden kann.

2i. Hochspannungsschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Vakkumschaltröhre (3) ein als Uberspannungsbegrenzer wirkender, spannungsabhängiger Widerstand angeordnet und geschaltet ist, der wie die Vakuumschaltröhre (3), zwischen den Flachstücken (20) angeordnet ist und die Bewegung des Schaltarmes (2) mit vollzieht.