DE3641573A1 - Gehaeuse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen elektri­ schen Hoch- oder Mittelspannungsschalter gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Elektrische Schalter für Hoch- oder Mittelspannung sind üblicherweise mit einem Gehäuse versehen, welches die Schaltkontakte aufnimmt und diese gegen Fremdeinflüsse, z. B. Witterung, schützen soll. Gleichzeitig dienen die Gehäuse als Berührungsschutz sowie als Schutz vor den Auswirkungen der beim Schaltvorgang auftretenden Licht­ bögen. Zu diesem Zweck sind die Gehäuse häufig aus Isolierstoff gefertigt.

Es ist ein mehrpoliger Hochspannungs-Lastschalter (DE-PS 33 04 272) bekannt geworden, der ein Gehäuse aus Isolierstoff aufweist, welches eine drehbare Schaltwelle mit daran befestigten, den einzelnen Schalterpolen zuge­ ordneten Schaltkontakten umhüllt. Das Gehäuse ist aus zwei gleichförmigen Halbschalen gebildet, die mittels an den Schalen umlaufend angeformter Flansche miteinander verbunden sind. Entsprechend der drehenden Schaltbewe­ gung haben die beiden Halbschalen des Gehäuses einen halbkreisförmigen Querschnitt und bilden so einen Halb­ zylinder. An den Enden sowie zwischen den Schalterpolen befinden sich quer zur Längsachse angeordnete einstückig an den Schalenkörper angeformte Stirn- bzw. Zwischenwän­ de in der Form von halben Ringscheiben, die jeweils eine zur Mittelachse konzentrische Ausnehmung aufweisen, durch welche die Schaltwelle greift. Jeder Schalterpol ist mit wenigstens zwei Stromanschlüssen versehen, die außen am Gehäuse radial abstehen.

Der Einsatz von Schaltergehäusen, die wie das bekannte aus Kunststoff bestehen, führt in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen häufig zu Schwierigkeiten, die sich auch auf die betriebliche Sicherheit auswirken können.

Mit derartigen Gehäusen versehene elektrische Schalter sind häufig mit einem Erdkontakt ausgestattet, über wel­ chen Fehlerströme abgeleitet werden. Diese Maßnahme je­ doch versagt, wenn die Oberfläche des aus Isolierstoff bestehenden Gehäuses selbst ein anderes Potential als Erdpotential annimmt. Dies kann geschehen durch elektro­ statische Aufladung aber auch infolge der Belegung mit einem Feuchtigkeitsfilm, z. B. aus Schwitzwasser, bzw. infolge von Verschmutzungen, die sich witterungsbedingt niederschlagen und im Betrieb nicht absolut verhindern lassen. In solchen Fällen können Kriechströme auftreten, die zu einer Gefährdung des Betriebspersonals führen, wenn es zu einer zufälligen Berührung der Gehäuseober­ fläche kommt.

Ein weiteres Problem resultiert aus der begrenzten me­ chanischen Festigkeit der aus Isolierstoff gefertigten Gehäuseschalen und der damit zusammenhängenden Schalt­ leistung des elektrischen Schalters.

Mit zunehmender Schaltleistung erhöht sich die Schalter­ größe, die Lichtbogenintensität und die daraus resultie­ rende Belastung der Kontaktstücke der Schaltkontakte. Eine bewährte Möglichkeit, um die Baugröße der Schalter zu verringern, besteht darin in den Schaltern eine nur schwer ionisierbare Atmosphäre zu schaffen. Hierzu wer­ den die Schaltkontakte in einem hermetisch verschlosse­ nen Gehäuse unter Beaufschlagung mit Isoliergas, vor­ zugsweise mit Schwefelhexafluorid, angeordnet. Hierbei ist zu beachten, daß das Isoliergas unter einem höheren Druck als Atmosphärendruck steht.

Bei Gehäusen aus Isolierstoff, dessen mechanische Fe­ stigkeit meist begrenzt ist, ist eine derartige Befül­ lung mit Isoliergas wegen des erforderlichen Innendrucks nicht oder nur begrenzt möglich, so daß auch die Schalt­ leistung des Schalters begrenzt ist.

Darüber hinaus besteht grundsätzlich bei derartigen Ge­ häusen die Gefahr, daß der mit dem Auftreten von Licht­ bögen einhergehende Druckaufbau im Inneren des Gehäuses zu dessen spontanen Versagen führt. Dies äußert sich in einer explosionsartigen Zerstörung des Gehäuses, bei der die umherfliegenden Splitter die Umgebung bedrohen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schaltergehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, das durch seine Gestaltung hohe betriebliche Sicherheit gewährleistet und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Gehäuse aus zwei metallischen Halbschalen zu bilden, welche jeweils die Form ineinander übergehender Kugelabschnitte aufweisen. Dabei bilden die Schnittebenen an den Übergängen der Kugelabschnitte jeweils die Grenzen der Gehäuseabschnit­ te, welche einen Schalterpol aufnehmen. Darüber hinaus bewirken die Übergänge von einem Kugelabschnitt in den benachbarten eine zusätzliche Verstärkung ähnlich einer Verstärkungsrippe, für die ohnehin sehr biegesteife Ge­ staltung des Gehäuses durch die vorgesehene Kugelform.

Vorzugsweise werden die Halbschalen als Gußkörper herge­ stellt, wobei sich insbesondere die Verwendung von Leichtmetallegierungen anbietet. Bei Verwendung von Alu­ miniumgußlegierungen ist auf hohe Bruchdehnung zu achten (δ ₅8%). Derart hergestellte Gehäusehalbschalen zeichnen sich gemäß der Erfindung durch geringe Wanddic­ ke aus, was sich günstig auf das Gehäusegewicht und auch auf die Verformungsfähigkeit des Gehäuses auswirkt. Bei der Auswahl der in Betracht kommenden Werkstoffe ist es ferner günstig, auf hohe Dauerstandfestigkeit zu achten.

Alternativ kann vorgesehen sein, die erfindungsgemäßen Halbschalen als Tiefziehteile aus Blech herzustellen. Als Werkstoff kommen ebenfalls vorzugsweise Aluminiumle­ gierungen in Betracht. Es kann aber auch vorgesehen sein, stattdessen Stahlblech zu verwenden, welches durch Rostschutzüberzüge auf Zink- oder Kadmiumbasis geschützt ist.

Das erfindungsgemäße Gehäuse ist mit einem Erdanschluß versehen, wodurch seine uneingeschränkte Berührungssi­ cherheit gewährleistet ist.

Ferner ist vorgesehen, daß das Gehäuse in bekannter Wei­ se mittels Schrauben hermetisch verschließbar ist und ein unter Druck eingefülltes Isoliergas, beispielsweise SF₆, gegen die Außenatmosphäre begrenzt. Hierbei ist auch berücksichtigt, daß das Gehäuse einem höheren Druck standhält, wie er sich beispielsweise beim Auftreten von Lichtbögen aufbaut oder um durch Anhebung des Isolier­ gasdrucks die Schaltleistung des elektrischen Schalters zu erhöhen.

Im Hinblick auf die angestrebte Leichtbauweise und um die durch die Kugelform erzielte Steifigkeit des Gehäu­ ses nicht zu beeinträchtigen, ist gemäß der Erfindung ferner vorgesehen, zur Befestigung der Stromanschlüsse, welche jeweils an den Scheitelpunkten der Kugelabschnit­ te sich diametral gegenüberliegend angeordnet sind, hierfür vorgesehene Durchführungsöffnungen in den Halb­ schalen jeweils mit einem angeformten Flansch versehen, an den die Durchführung anschließt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung ist an das Gehäuse ein zusätzlicher Raum ange­ formt, welcher zur Aufnahme des Schalterantriebs dient. Diese Gestaltung führt zu einer sehr kompakten Bauweise und bietet so die Möglichkeit eines vielseitigen Einsat­ zes des Schalters.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung, vor­ teilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und be­ schrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ge­ häuses,

Fig. 2 die Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 das erfindungsgemäße Gehäuse eingebaut in ei­ nem Schaltfeld,

Fig. 4 die Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Anordnung,

Fig. 5 eine ausschnittweise Vergrößerung von Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Gehäuse 10 für einen dreipoligen elektrischen Schalter gezeigt, welches aus einer oberen Halbschale 12 und einer unteren Halbschale 14 zusammen­ gesetzt ist, wobei an ihren Trennflächen umlaufend ange­ formte Flansche 16 in bekannter Weise mittels nicht nä­ her gezeigter Schraubverbindung miteinander verbunden sind.

Jeder der drei Schalterpole ist in einem Gehäuseab­ schnitt 18 angeordnet, der kugelähnliche Gestalt hat. Kugelähnlich bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Gehäuseabschnitte 18 Kugelabschnitte sind, welche ent­ stehen, wenn nebeneinander angeordnete Kugelflächen sich schneiden. Demgemäß ist jede Halbschale aus solchen Ku­ gelabschnitten zusammengesetzt, deren gemeinsame Schnittlinien 19 jeweils die Gehäuseabschnitte 18 be­ grenzen.

Für den Stromanschluß des elektrischen Schalters ist jede Halbschale am Scheitelpunkt der zuvor beschriebenen kugelförmigen Gehäuseabschnitte mit Durchführungen 20, 22 versehen. Hierbei weist die obere Halbschale 12 für jeden Schalterpol eine Durchführung 20 auf, an welche eine Stromsammelschiene 24 zur Stromversorgung des elek­ trischen Schalters anschließt. An der unteren Halbschale 14 angesetzte Durchführungen 22 bilden die Abgangsseite des elektrischen Schalters und sind vorbereitet zum An­ schluß an Sicherungseinsätze.

Die Durchführungen 20, 22 weisen Flansche 21 auf, welche ihrerseits an Flansche 15 anschließen, die an die kugel­ förmigen Gehäuseabschnitte 18 der Halbschalen (12, 14) angeformt sind.

Ein Ende des Gehäuses 10, in Fig. 1 links gezeigt, geht über in einen quaderförmigen Gehäuseabschnitt 26, der zur Aufnahme eines Antriebs für den elektrischen Schal­ ter vorgesehen ist. Der Gehäuseabschnitt 26 ist gebildet aus einem an die obere Halbschale 12 anschließenden Raum 27 und einem an die untere Halbschale 14 anschließenden Raum 28.

An der Gegenseite zum Raum 28 ist an die untere Halbschale 14 ein Vorsprung 13 angeformt, der zur Aufnahme einer in dieser Darstellung nicht näher gezeigten Einrichtung zum Schutz vor Überdruck dient.

In Fig. 2 ist die Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeig­ te Anordnung wiedergegeben, aus der ergänzend zu dem in Fig. 1 gezeigten Merkmalen des Gehäuses 10 zu erkennen ist, daß die Flansche 15 zum Anschluß der Durchführungen 20 durchgehend miteinander verbunden sind und so eine ebene Fläche bilden, die versatzfrei übergeht in den Gehäuseabschnitt 26.

Im Zentrum der durch Konturen 17 gekennzeichneten Umris­ se der kugelförmigen Gehäuseabschnitte 18 sind Durchfüh­ rungsöffnungen 30 gezeigt, auf welche die Durchführungen 20 aufgesetzt werden.

In Fig. 3 ist die Vorderansicht eines Schaltfeldes 32 gezeigt, das einen Sammelschienenraum 34 und einen Kabelabgangsraum 36 aufweist, welche durch das aus den Halbschalen 12 und 14 zusammengesetzte Gehäuse 10 von­ einander getrennt sind. An die obere Halbschale 12 sind Durchführungen 20 angesetzt, an welche Sammelschienen 24 anschließen.

Die untere Halbschale 14 ist mit Durchführungen 22 ver­ sehen, an welche Sicherungseinsätze 38 anschließen, die zu einem Kabelanschluß 40 geführt sind. Auf der linken Seite von Fig. 3 ist der Raum 26 zur Aufnahme des An­ triebs für den Schalter zu erkennen.

Fig. 4 zeigt die Seitenansicht auf die in Fig. 3 ge­ zeigte Anordnung, wobei die Kugelform der einzelnen Gehäuseabschnitte 18 deutlich zum Ausdruck kommt.

Die angegebenen Bezugszeichen betreffen die bereits in Fig. 3 angesprochenen Einzelheiten.

Fig. 5 zeigt eine ausschnittweise Vergrößerung "V" des in Fig. 1 gezeigten Gehäuses 10, welche eine in die untere Halbschale 14 integrierte Druckentlastungsein­ richtung 50 betrifft.

Die Druckentlastungseinrichtung 50 ist eingesetzt in einen Vorsprung 13, der an der dem Raum 26 entgegenge­ setzten Schmalseite der unteren Halbschale 14 angeformt ist. Der Vorsprung 13 seinerseits ist mit einem Stutzen 51 versehen, in den ein Deckel 52 eingesetzt ist. Zur Abdichtung dient ein Dichtring, der in den Stutzen 51 zwischen dem Deckel 52 und der Stirnfläche einer in den Stutzen eingelassenen Einformung 57 angeordnet ist.

An den Deckel 52, der allseits vom Stutzen 51 umfaßt ist, schließt eine Haltestange 54 an, die in einer mit einer Ausnehmung 64 versehenen Steg 58 geführt ist.

Die Schließkraft für den Deckel 52 resultiert aus der Vorspannung mittels einer Federanordnung 60, die bei­ spielsweise aus Tellerfedern gebildet sein kann, und die sich an dem Steg 58 und einem Wiederlager 62 z. B. eine Mutter, an der Haltestange 54 abstützt.

Erfindungsgemäß ist die Druckentlastungseinrichtung 50 folgendermaßen bemessen. Die Vorspannkraft der Federan­ ordnung 60 reicht aus, um geringfügige Meß- und Formab­ weisungen des Deckels 52, des Stutzens 51 bzw. der unte­ ren Halbschale 14 so auszugleichen, daß die geforderte Dichtheit eingehalten wird. Dies gilt ebenfalls für son­ stige Druckerhöhungen im Inneren des Gehäuses 10, z. B. aufgrund der Witterungsbedingungen. Im Störfall mit Lichtbogen, d. h. im sogenannten Lichtbogenfall, kann der hieraus resultierende Druckanstieg zur Beschädigung des Gehäuses 10 führen. Hier beugt die Druckentlastungs­ einrichtung 50 vor, in dem der Deckel 52 gegen die Kraft der Federanordnung 60 öffnet, wodurch der Überdruck sich abbaut. Die heißen Gase gelangen hierbei in den Kabelab­ gang und von dort ins Freie. Bei zu raschem Druckanstieg kann der als Widerlager für die Federanordnung 60 die­ nende Steg 58 durch die auf den Deckel 52 wirkende Druckkraft verformt werden. Hierbei wird der zwischen Deckel 52 und dem Stutzen 51 vorgesehene Umfangsspalt erweitert und der Austrittsquerschnitt vergrößert.

Die Schließkraft der Federanordnung 60 entspricht etwa einem Viertel der Innendruckkraft, die zum Undichtwerden des Gehäuses einschließlich der Isolierdurchführungen führt, so daß die Unversehrtheit des Gehäuses in jedem Fall gewährleistet ist.

Claims (17)

1. Gehäuse für einen elektrischen Hoch- oder Mit­ telspannungsschalter mit wenigstens zwei Schalterpolen, welches aus zwei Halbschalen, deren Trennfläche von je­ weils umlaufend an die Halbschalen angeformten miteinan­ der lösbar verbundenen Flanschen gebildet ist, zusammen­ gesetzt ist und welche Halbschalen Gehäuseabschnitte aufweisen, denen jeweils ein Schalterpol zugeordnet ist und die mit wenigstens zwei Stromanschlüssen versehen sind, die radial am Gehäuse anschließen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halbschalen (12, 14) aus Metall beste­ hen und in Form von mehreren der Anzahl der Schalterpole entsprechenden sich schneidenden Kugelabschnitten ausge­ staltet sind, welche Kugelabschnitte jeweils einen Ge­ häuseabschnitt (18) bilden und einen Schalterpol aufneh­ men und deren gemeinsame Schnittlinien (19) als Verstei­ fungen ausgebildet sind.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (12, 14) als dünnwandige Gußteile gefertigt sind.

3. Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gußwerkstoff für die Halbschalen (12, 14) eine Aluminiumlegierung mit hoher Bruchdehnung (δ ₅8%) vorgesehen ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumlegierung hohe Dauerstandfestigkeit aufweist.

5. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (12, 14) als dünnwandige Preßteile hergestellt sind.

6. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (12, 14) als dünnwandige Tiefzieh­ teile hergestellt sind.

7. Gehäuse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Werkstoff für die Halbschalen (12, 14) eine Aluminiumlegierung vorgesehen ist.

8. Gehäuse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halbschalen (12, 14) aus Stahl gefer­ tigt und mit einem metallischen Rostschutzüberzug verse­ hen sind.

9. Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Rostschutz ein Zinküberzug vorgesehen ist.

10. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils am Scheitelpunkt jedes Kugelabschnitts (18) ein Flansch (15) parallel zum Flansch (16) angeordnet ist, der eine zentrische Durch­ führungsöffnung (30) aufweist, an welche eine Durchfüh­ rung (20) anschließt.

11. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (12, 14) mit Erdpotential verbindbar und damit berührungssicher sind.

12. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) mit einem Isoliergas, vorzugsweise SF₆, gefüllt ist.

13. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) hermetisch verschlossen ist und das unter Druck stehende Isoliergas gegen die Außenatmosphäre begrenzt.

14. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gehäuse (10) ein Raum (26) zur Aufnahme eines Antriebs für den elektrischen Schalter anschließt, welches aus zwei prismatischen Schalen (27, 28) gebildet ist, die jeweils an die Halbschalen (12, 14) angeformt sind.

15. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die untere Halbschale (14) an der dem Raum (26) entgegengesetzten Schmalseite ein Vorsprung (13) angeformt ist, welcher eine Druckent­ lastungseinrichtung (50) aufnimmt, die das Gehäuse (10) vor zu hohem Innendruck schützt.

16. Gehäuse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckentlastungseinrichtung (50) bei einem Viertel des Druckwertes anspricht, der zur Undichtigkeit des Gehäuses führt.

17. Gehäuse nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (12, 14) auf ihrer Innenoberfläche eine Isolierstoffbeschichtung aufweisen.