DE4035472C2 - Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Ein solches Schaltgerät ist aus Gräfling, J. in Brown Boveri Technik 11-86: "Mittelspannungs- Leistungsschalter-Anlage EAK mit Vakuum-Leistungsschaltern und SF6-Isolation", Seiten 629-637 bekannt.

Ein solches Schaltgerät ist auch in einer Schaltanlage nach DE 31 07 911 A1 erwähnt. Ergänzende Angaben und Hinweise finden sich in dem Aufsatz "Neue, wartungsfreie und klimaunabhängige Mittelspannungs-Lastschaltanlage 8DJ10 für 6 kV bis 24 kV"; Reinhard Buchmann, Kurt Höller und Kurt Voigtländer, in Siemens Energietechnik, Heft 2, März/April 1983, Seite 87 bis 91.

In der bekannten, metallgekapselten Schaltanlage befinden sich drei dreiphasige Lastschalter, die als Dreistellungsschalter mit einer zusätzlichen Erdungsstellung ausgerüstet sind. Zwei der Schalter sind als Ringkabelschalter eingesetzt, während der dritte in Verbindung mit HH-Sicherungen für einen Transformator-Abzweig vorgesehen ist.

Um die bekannte Schaltanlage für eine besonders große Lebensdauer geeignet zu machen und besonders wirkungsvoll gegen Umgebungseinflüsse wie das Eindiffundieren von Wasserstoff zu schützen, sind die Teile des Gehäuses nach dem Einbau aller Betriebsmittel miteinander verschweißt. Die drei Pole des bekannten Schaltgeräts sind bezogen auf die Frontseite hintereinander angeordnet und gemeinsam mit einer Schalterwelle in einem Isolierstoffgehäuse eingebaut. Zur Betätigung der beweglichen Schaltglieder des Schalters ist ein von der Außenseite an die Kapselung angebauter Antrieb vorgesehen, dessen Energie gemäß dem erwähnten Aufsatz mittels einer mit einem eingeschweißten Metallfaltenbalg dicht geführten, die Kapselung durchdringenden Antriebsschwinge auf die Schalterwelle übertragen wird. Mehrere Schaltgeräte können dabei für den Einbau in das Gehäuse auf einer gemeinsamen Montageplatte befestigt sein, somit außerhalb der Kapselung vorgeprüft werden.

Je nachdem, ob die Antriebsschwinge und der Metallfaltenbalg bei der Vormontage mit der Schalterwelle verbunden oder vor dem Einbau des Schaltgeräts in die Kapselung eingeschweißt werden, ergeben sich bei der mechanischen Vorprüfung jedoch Zustände, die bezüglich der in der geschlossenen Schaltanlage eintretenden Anordnungen relevante Abweichungen aufweisen. So erfolgt das Einschweißen des Metallfaltenbalges im ersten Fall nach dem Eibau des Schaltgeräts in die Schaltanlage, wobei die mechanische Koppelung der Antriebsschwinge mit der Schalterwelle erhalten bleibt und die Verbindung mit dem Antrieb außerhalb der Kapselung stattfindet. Durch die Herstellung der Schweißung bei bereits in die Schaltanlage montierten Schaltgerät ergibt sich eine Funktionsunsicherheit durch die dabei möglichen Schweißverzüge, die einen negativen Einfluß auf den Kraftverlauf zwischen dem Antrieb und den beweglichen Schaltgliedern hervorruft.

Im zweiten Fall läßt sich das Zusammenwirken der Schalterwelle mit der in der Kapselung eingeschweißten Antriebsschwinge nicht mit in die Vorprüfung einbeziehen. Diese funktionell wichtige Verbindung wird später entweder beim Einbau der Schaltgeräte in das bis auf die Schlußwand vorgefertigte Gehäuse oder beim Anschweißen der Frontwand an das restliche, bereits mit der Montageplatte der Schaltgeräte verbundene Gehäuse hergestellt. Eine abschließende Sichtkontrolle ist dabei nicht mehr möglich. Stellt sich bei einer anschließenden Funktionsprüfung ein Fehlverhalten des Schaltgeräts bei den Schaltfunktionen heraus, ist wegen der unlösbaren Verbindung zwischen den Gehäuseteilen eine Korrektur nicht mehr möglich.

Aufgrund der Ausführung der Verbindung mittels der Antriebsschwinge ist ein Abstand zwischen der frontseitigen Abdeckung des Gehäuses und der Montageplatte für die Schaltgeräte erforderlich. Die bekannte Schaltanlage sieht dafür gewölbte Kesselbögen vor, die das Gehäuse zwar versteifen, die aber nur in einem zusätzlichen, aufwendigen Produktionsvorgang herstellbar sind.

Die Kabeldurchführungen für die Ringkabel sind bei der bekannten Schaltanlage nebeneinander, also parallel zur Frontseite angeordnet, damit sie auf diese Weise gut zugänglich sind. Da die Pole der Schaltgeräte jedoch hintereinander stehen, sind die Verbindungsleitungen zwischen den Durchführungen und den Anschlüssen an den Schaltgerätepolen notwendigerweise pro Phase unterschiedlich gekröpft ausgeführt. Solche Leitungen sind aufwendig in der Herstellung. Die hintereinanderliegende Anordnung der Schaltpole hat außerdem eine relativ große Tiefe der Schaltanlage zur Folge, während die Nebeneinanderanordnung der Kabelanschlüsse über die Abmessungen der Endverschlüsse oder der Kabelstecker die Breite derselben bestimmt.

Aus einer ebenfalls bekannten metallgekapselten, gasisolierten Schaltanlage nach EP 0 068 951 A1 ist erkennbar, daß bei der Nebeneinander-Anordnung von Schalterpolen und Kabelanschlüssen sehr kleine Tiefen und somit günstige Anwendungsbedingungen in räumlich begrenzten Schaltstationen erzielbar sind. Das Gehäuse dieser Schaltanlage ist jedoch nicht allseitig verschweißt.

Als weiterer Stand der Technik wird die EP 199 044 A2 genannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schaltgeräte der bekannten Art so zu gestalten, dass die Durchführung des Antriebs durch die Kapselung bei der Vorprüfung der vormontierten Schaltgeräte und ihrer Kupplungsteile funktionsgetreu möglich ist. Durch den nach der Vorprüfung erfolgenden Einbau sollen keine den Kraftfluss zwischen dem Antrieb und den Schalterpolen beeinflussenden Vorspannkräfte entstehen können.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausführung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.

Der Einbezug der Kupplungswelle in den Rahmen des vormontierten Schaltgeräts ermöglicht eine Vorprüfung der Schaltfunktionen mit allen nach dem Einbau nicht mehr einsehbaren Teilen. Dabei wird die Verbindungsstelle mit dem Antrieb auf die jederzeit, also auch nach dem endgültigen Verschluss der Kapselung der Schaltanlage, einsehbare und kontrollierbare Außenseite der Kapselung verlegt. Das Kupplungsteil ist dabei so ausgeführt, dass sich bei der Verbindung des Rahmens mit der Kapselung eine wirksame Abdichtung für das Isoliergas einstellt.

Die nebeneinander angeordneten Schalterpole ergeben nun auch für zugangslos verschlossene Schaltanlagen eine einfache innere Leitungsführung zwischen den Schaltgeräten und zu den Anschlusstellen. Außerdem ist auf diese Weise auch für zugangslos verschlossene Schaltanlagen eine minimierte Bautiefe erreichbar, was von besonderer Bedeutung für die Applikation in nicht begehbaren Netzstationen ist. Der Lagerkörper dient außerdem noch zum lagerichtigen Anbau des Antriebs, in dem ein Teil des Gehäuses durch ersteres zentriert und so der Eingriff der korrespondierenden Teile von Antriebs- und Kupplungswelle sichergestellt wird.

Die Einzelheiten der Erfindungsidee werden anhand folgender Zeichnungen erläutert.

Fig. 1... Lastschalter mit Rahmen für den Einbau in gekapselte Schaltanlagen.

Fig. 2... Ansicht auf den Rahmen einer mit Last- und Erdungsschalter bestückten Schalterkombination.

Fig. 3... Metallgekapselte Schaltanlage mit eingebautem Last- und Erdungsschalter; ohne Antrieb. (Querschnitt zu Fig. 2)

Fig. 4... Einbau des Lagerkörpers in die Kapselung.

Der Lastschalter 1 nach Fig. 1 besteht aus drei Schalterpolen 3, er verwendet zur Unterbrechung des Schaltlichtbogens eine selbsterzeugte Löschmittelströmung mittels eines Blaskolbens. Die drei Schalterpole 3 werden von der Schalterwelle 2 betätigt, die wiederum über das Gestänge 8 und die beiden Kurbeln 9a und 9b mit der Kupplungswelle 4 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel sind die Richtungen der Schalterwelle 2 und der Kupplungswelle 4 gekreuzt. Es ist aber auch eine solche Anordnung denkbar, bei der die Achsenrichtungen der beiden genannten Wellen sich schneiden und die Verbindung zwischen ihnen über ein räumliches Kurvengetriebe erfolgt. Die Teile der einzelnen Schalterpole 3 und die Schalterwelle 2 sind in einem gemeinsamen Rahmen 6 untergebracht. Der die Kupplungswelle 4 aufnehmende Lagerkörper 5 ist mit der Grundplatte 7 des Rahmens 6 fest verbunden. In der Fig. 1 erfolgt dies über eine Schweißung. An deren Stelle läßt sich jedoch zum Beispiel auch eine Bördelung oder Nietung vorstellen.

Die Erfindung läßt sich besonders gut bei der Kombination mehrerer Schaltgeräte unter anderem wegen der dadurch zwangsläufig größer werdenden Grundplatte 7 des Rahmens 6 anwenden, aus der durch die am Umfang angeordneten Verschraubungen 24 eine wirkungsvolle Versteifung der Frontseite 12 der Kapselung resultiert. In Fig. 2 ist die Ansicht auf die Kombination eines Lastschalters mit den Schalterpolen 3 mit einem Erdungsschalter 10 dargestellt. Man erkennt die beiden Schalterwellen 2, wobei die obere für den Lastschalter und die untere für den Erdungsschalter vorgesehen ist. Die diese Wellen kreuzenden Kupplungswellen 4 sind im gezeigten Beispiel horizontal in gleicher Höhe zwischen den beiden Schalterwellen 2 vorgesehen. Mittels der rechts angegebenen Kupplungswelle 4 wird über die Kurbel 9a und das Gestänge 8a die zum Lastschalter gehörende Schalterwelle 2 mittels der Kurbel 9b bewegt. Von der links angegebenen Kupplungswelle 4 wird die Schalterwelle 2 des Erdungsschalters 10 ebenfalls über ein räumliches Gestänge 8b, das auch mit Kugelgelenken ausgerüstet ist, betätigt.

Die nach den Fig. 1 und 2 vormontierten Schaltgeräte bzw. Schaltgerätekombinationen können nun vor ihrem Einbau in die Schaltanlage bezüglich all ihrer mechanischen Funktionen vorgeprüft werden. Gemäß dem Erfindungsgedanken sind die Kupplungswellen 4 mit in diese zur Vorprüfung vorgesehenen Baugruppen einbezogen.

Der Einbau einer Schaltgerätekombination nach Fig. 2 in eine komplette Schaltanlage ist aus Fig. 3 erkennbar.

Der Rahmen 6 wird mit seiner Grundplatte 7 über Verschraubungen 24 mit der Frontseite 12 der Kapselung 11 fest verbunden. Zur Gewährleistung der Gasdichtigkeit werden dabei in bekannter Weise eingeschweißte Gewindebolzen verwendet, auf die die Grundplatte 7 vor dem Verschrauben aufgeschoben wird. Der Rahmen hat aufgrund seiner Tragfunktion für die Schaltgeräte im rechten Winkel zur Grundplatte 7 angeordnete Rahmenteile die als Versteifung dienen. Zusätzliche in verschiedenen Richtungen angeordnete Rippen können zur zusätzlichen Versteifung der Grundplatte 7 vorgesehen werden. Um die Darstellung nicht zu verwirren, sind in der Zeichnung keine solchen Rippen vorgesehen. Die Verspannung des Lagerkörpers 5 mit der Frontseite 12 der Kapselung 11 ist deutlicher in Fig. 4 dargestellt. In diesem Beispiel ist der Lagerkörper 5 mit der Grundplatte 7 durch eine Bördelung verbunden. Durch den mit dem Rahmenfest verbundenen Lagerkörper 5 wird außerdem im Zusammenwirken mit dem Paßloch 14 in der Frontseite 12 der Kapselung eine exakte positionierung des Schaltgeräts beim Einbau in das Gehäuse sichergestellt. Die Kupplungswelle 4 ist in dem Lagerkörper 5 mittels zweier Wälzlager 20a und 20b reibungsarm gelagert. Dichtungsringe 17b oder Lippendichtungen verhindern ein Entweichen des Isoliergases längs des Lagerspaltes. Zwischen den beiden Dichtungsringen 17b ist eine Schmiernut 19 vorgesehen, in der mittels eines geeigneten Schmiermittels die volle mechanische Funktionsfähigkeit des Schaltgeräts über eine lange Betriebsdauer sichergestellt wird. Der Lagerkörper 5 weist eine Stirnfläche auf, die beim Einbau des Schaltgeräts in die Kapselung gegen die Frontseite 12 der Kapselung gedrückt wird. In der Stirnseite ist eine Nut vorgesehen, in der ein an der Frontseite 12 der Kapselung anliegender Dichtungsring 17a ein Entweichen von Isoliergas verhindert. Zur Verspannung und zur Erzeugung des Dichtdruckes befindet sich an der Außenseite des Lagerkörpers 5 ein Gewinde, auf dem das Schraubteil 18, vorzugsweise eine Mutter, mit einer geeigneten Schraubensicherung gegen die Frontseite 12 der Kapselung geschraubt wird. Der Lagerkörper 5 weist außerdem noch an seinem äußeren Ende einen Absatz auf, der eine Wand des Antriebsgehäuses 15 aufnimmt und so den Antrieb lagerichtig zur Kupplungswelle 4 fixiert. Zur Erhöhung der Lagegenauigkeit kann außerdem in einer entsprechenden Sackbohrung der Kupplungswelle 4 ein zu den beweglichen Antriebsteilen gehörender Zapfen 21 aufgenommen werden. Das Antriebsdrehmoment wird über ein fest mit der Kupplungswelle 4 verbundenes Kupplungsglied 16 vom Antrieb übertragen. Das innere Ende der Kupplungswelle 4 ist durch die Kurbel 9a abgeschlossen, von der aus die Kopplung zu der Schalterwelle 2 erfolgt.

Nachdem das Schaltgerät oder die Schaltgerätekombination in die Kapselung 11 eingebaut und dort wie eben beschrieben befestigt ist, erfolgt durch die Öffnung, in die zum Abschluß die Platte 13 eingebaut wird, die Einbringung und Befestigung der Sammelschienen 22 sowie der Zuleitungen zu den Durchführungen 23, über die der Anschluß der Schaltanlage an das Netz erfolgt (Fig. 3). Nachdem alle Betriebsmittel eingebaut worden sind, wird die Abschlußplatte 13 der Kapselung an die gezeichnete Stelle gebracht und ringsum mit dem Rest der Kapselung 11 verschweißt. Um die Restfeuchte in der Anlage zu binden, sind entsprechende Mittel 25, z. B. Molekularsiebe aus Aluminiumsilikat an geeigneter Stelle vorgesehen. Vor Inbetriebnahme wird die Anlage mit dem vorgesehen Isoliergas aufgefüllt. Die erfindungsgemäßen Schaltgeräte können mit großem Erfolg einzeln oder als Schaltgerätekombination in Mittelspannungsschaltanlagen, in denen von den betrieblichen Gegebenheiten her keine Wartungsarbeiten gefordert werden, eingebaut werden. Ihre Anwendung eignet sich daher besonders für in Ringleitungsnetzen eingebaute Lastschaltanlagen.

Die wesentlichen Teile der Erfindungsidee eignen sich auch für zugangslose Schaltanlagen, bei denen die Schalterpole von der Frontseite aus gesehen hintereinander angeordnet sind. Auch dort kann das Schaltgerät über einen Rahmen, deren Grundlatte versteifend mit der Frontseite der Kapselung verbunden ist, eingesetzt werden. Die Kupplungswelle kann dann ebenfalls über eine Koppelgestänge oder ein Kurventrieb mit der Schalterwelle verbunden werden, oder die Schalterwelle kann in direkter Verlängerung zur Kupplungswelle angeordnet sein.

Claims (18)

1. Schaltgerät für den Einbau in zugangslos verschlossene, metallgekapselte, gasgefüllte Schaltanlagen, das aus mehreren, insbesondere drei auf einem gemeinsamen, an der Kapselung (11) befestigten Rahmen (6) montierten Schalterpolen (3) und einer Schalterwelle (2) besteht, und dessen bewegliche Schaltstücke von einem außerhalb der Kapselung (11) vorgesehenen Antrieb unter Zwischenschaltung eines die Kapselung (11) gasdicht durchdringenden Kupplungsteiles bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kupplungsteil durch die Kapselung (11) führende Durchführung mit der Kapselung (11) gasdicht verbunden und am Rahmen (6) befestigt ist.

2. Schaltgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (6) eine mit der Kapselung (11) mehrfach verschraubte Grundplatte (7) enthält, mit der ein eine Kupplungswelle (4) dicht führender Lagerkörper (5) unlösbar verbunden ist, der beim Einbau des Schaltgeräts unter Erzeugung einer Dichtwirkung gegen die Kapselung (11) gedrückt ist.

3. Schaltgerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an seiner Außenseite vorzugsweise mehrfach abgesetzte Lagerkörper (5) in einem Paßloch (14) der Kapselung (11) geführt ist.

4. Schaltgerät nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (5) mit einer Stirnfläche gegen das Innere der Frontseite (12) der Kapselung (11) dichtend anliegt.

5. Schaltgerät nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche mit einer Nut zur Aufnahme eines Dichtungsrings (17a) versehen ist.

6. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (5) ein Außengewinde für ein Schraubteil (18), vorzugsweise für eine Mutter aufweist, mit der die Frontseite (12) der Kapselung (11) gegen die Stirnfläche des Lagerkörpers (5) verspannbar ist.

7. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (5) mit der Grundplatte (7) des Rahmens (6) Verschweigt ist.

8. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (5) durch eine Verformung der Grundplatte (7), vorzugsweise durch eine Bördelung, mit letzterer verbunden ist.

9. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungswelle (4) zwei in Nuten angeordnete Dichtringe (17b) sowie eine zwischen letzteren vorgesehene Schmiernut (19) zur Aufnahme eines Dauerschmiermittels aufweist, und vorzugsweise mittels Wälzlagern (20a, 20b) in dem Lagerkörper (5) geführt ist.

10. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absatz des Lagerkörpers (5) durch das Gehäuse (15) des Antriebs geführt ist und ein Glied (16) der Kupplungswelle (4) mit einem korrespondierenden Teil des Antriebs in Eingriff kommt.

11. Schaltgerät nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungswelle (4) auf der Seite des Antriebs eine Bohrung zur Aufnahme und Führung eines Zapfens (21) des korrespondierenden Antriebsteils aufweist.

12. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungswelle (4) gegen den Antrieb durch ein drehfest mit ihr verbundenes Kupplungsteil (16) abgeschlossen ist.

13. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungswelle (4) eine Kurbel (9a) aufweist, die über ein Gestänge (8) und eine weitere Kurbel (9b) erstere mit der Schalterwelle (2) koppelt.

14. Schaltgerät nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Frontseite (12) der Kapselung (11) sowohl die nebeneinander stehenden Pole des Schaltgeräts als auch die Schalterwelle (2) angeordnet sind.

15. Schaltgerätekombination, bestückt mit mehreren Schaltgeräten nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgeräte auf einem gemeinsamen Rahmen (6) aufgebaut sind und für jedes der Schaltgeräte eine in einem dazugehörigen Lagerkörper (5) geführte Kupplungswelle (4) vorgesehen ist, sowie dass jeweils ein Lagerkörper (5) in ein dafür vorgesehenes Paßloch (14) eingeführt, abgedichtet und gegen die Frontseite (12) der Kapselung (11) verspannt ist.

16. Schaltgerätekombination nach Patentanspruch 15, bestückt mit zwei Schaltgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltgerät ein Lastschalter (1) und das zweite Schaltgerät ein Erdungsschalter (10) ist, die polweise übereinander zusammen mit ihren Schalterwellen (2) auf dem gemeinsamen Rahmen (6) aufgebaut sind.

17. Schaltgerätekombination nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterwelle (2) des Lastschalters (1) oberhalb der des Erdungsschalters (10) angeordnet ist während die beiden Kupplungswellen (4) mit den zugehörigen Lagerkörpern (5) in einer horizontalen, zwischen den beiden Schalterwellen (2) liegenden Achse in der Grundplatte (7) befestigt sind.

18. Verfahren zum Einbau eines Schaltgeräts oder einer Schaltgerätekombination nach Patentanspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Aufbau des Schaltgeräts oder der Schaltgerätekombination auf dem Rahmen (6),
• b) mechanische Prüfung des vormontierten Gerätes / der vormontierten Gerätekombination unter Ankopplung der Prüfkraft am freien Ende der jeweiligen Kupplungswelle (4),
• c) Einbau des geprüften Schaltgeräts in die Kapselung (11), Befestigung der Grundplatte (7) und gasdichte Verbindung des Lagerkörpers (5) mit der Kapselung (11), Einbau der restlichen Betriebsmittel in die Schaltanlage,
• d) Anbau der Antriebe an die Kupplungswellen (4),
• e) Anbringung der Abschlußplatte (13) und Verschweißen derselben mit der Kapselung (11),
• f) Auffüllen der Schaltanlage mit Isoliergas und Inbetriebnahme derselben.