DE69204238T2 - Komponent für gekapselte Schaltanlage zum Trennen und zur Erdung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Anlagen mit geerdeter metallischer Umhüllung, die auch unter dem Begriff einer abgeschirmten Schaltanlage bekannt sind.
• Genauer betrachtet betrifft die Erfindung die Trennschalter- und Erdungsfunktionen für eine Anlage mit zwei Abgängen.
• Das elektrische Schaltbild einer Station mit H- Konfiguration ist in Figur 1 gezeigt. Man erkennt in zwei ankommenden Leitungen A1, A2 Leistungsschalter D1 und D2, die durch Trennschalter S1 und S2 isoliert werden können, in den Abgangsleitungen De1 und De2 Leistungsschalter D3 und D4, die durch Trennschalter S3 und S4 isoliert werden können, und, zwischen den beiden Zweigen, den von Trennschaltern S5 und S6 eingerahmten Leistungsschalter D5. Nachfolgend wird nur die Hälfte einer solchen Station betrachtet, beispielsweise der Bereich P1, der von unterbrochenen Strichen eingerahmt ist, denn der andere Bereich ist symmetrisch gleich wie der Bereich P1 aufgebaut.
• Gemäß dem Stand der Technik ist die Station mit Hilfe von diskreten Bauelementen realisiert, die aneinander angeschlossen werden. Figur 2 zeigt den Bereich P1 mit den verschiedenen ihn bildenden Bauelementen, die dieselben Bezugszeichen wie in Figur 1 tragen. Außerdem wurden mit MALT1, MALT3 und MALT5 Vorrichtungen bezeichnet, die eine Erdung vor den Trennschaltern S1, S3 und S5 bewirken sollen. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet die Ausgangsstromschienen.
• Eine solche Technik besitzt Nachteile insbesondere hinsichtlich der Herstellungskosten. Jedes Element muß nämlich dicht mit seinem Nachbarelement verbunden werden, so daß eine Vielzahl von isolierenden Schienenträgerscheiben, Verbindungsflanschen, Befestigungsbolzen usw. nötig sind, deren Montage viel Zeit erfordert. Außerdem muß jeder Trennschalter ein Betätigungsorgan besitzen.
• Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Station anzugeben, die mit geringeren Kosten herstellbar ist und doch im Betrieb gleiche Verfügbarkeit bietet.
• die Druckschrift DE-A-30 35 870 beschreibt einen Mehrfach-Trennschalter mit drehendem Kontaktglied gemäß dem Stand der Technik. Dieser Trennschalter besitzt jedoch keinen Erdungskontakt.
• Ein System gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben.
• Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip zur Verringerung der Herstellungskosten einer Station beruht auf einem Bauteil mit nur einem beweglichen Organ für die Funktionen der Trennschalter S1, S3 und S5 und für die Erdungsfunktion der Organe MALT1, MALT3, MALT5 (d.h. für die durch die Linie L1 in Figur 2 angedeutete Zone).
• Die Verfügbarkeit bei einem Ausfall dieses Bauteils ist die gleiche wie in den bekannten Anlagen mit einer individuellen Steuerung je Bauteil.
• Der Zugriff zu einem bekannten Trennschalter für einen Stromschienensatz einer metallisch umhüllten Station erfordert nämlich, daß die Stromschienen spannungslos gemacht werden. Der Vorteil aufgrund der Zusammenfassung der sechs oben erwähnten Funktionen in einem einzigen beweglichen Organ wird also nicht zu Lasten der Betriebseigenschaften erzielt. Mit anderen Worten bleibt die Betriebsverfügbarkeit bei Ausfall des erfindungsgemäßen Bauteils unverändert. Die globale Betriebsbereitschaft wird dagegen sogar erhöht, da die Anzahl der Bauteile der Station sich verringert, insbesondere die Anzahl der rotierenden Bauteile (ein einziges anstelle von sechs Bauteilen).
• Die Erfindung wird nun anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Figur 1 zeigt schematisch eine Station mit H-förmiger Konfiguration.
• Figur 2 zeigt schematisch die Bauteile der Station aus Figur 1.
• Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer abgeschirmten Station, in der das erfindungsgemäße Bauteil eingesetzt wird.
• Figur 4 zeigt in Perspektive und Explosionsdarstellung ein Bauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung
• Die Figuren 5, 5A, 6, 6A, 7, 7A, 8, 8A, 9, 9A und 10, 10A zeigen die verschiedenen Positionen des Bauteils und die entsprechenden elektrischen Schaltungen.
• Figur 11 zeigt teilweise im Axialschnitt ein Bauteil gemäß einer erfindungsgemäßen Variante.
• Figur 12 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XII- XII in Figur 11.
• Die Figuren 1 und 2 wurden bereits erläutert.
• Figur 3 zeigt, wie das erfindungsgemäße Bauteil, das global das Bezugszeichen 10 trägt, in eine Station eingebaut ist, in der die Hülle 11 den Leistungsschalter D1, die Hülle 13 den Leistungsschalter D3 und die Hülle 15 den Stromschienensatz 5 umgibt. Man erkennt auch in Figur 3 den Betätigungshebel 16 des Bauteils 10 sowie die Vorhängeschlösser 17 und 18, die ein Öffnen der Trennschalter S1, S3 und S5 und eine Erdung dieser Schalter untersagen. Jede andere Maßnahme zur Verriegelung ist aber denkbar.
• Das erfindungsgemäße Bauteil ist in einer ersten Ausführungsform in Explosionsdarstellung in Figur 4 gezeigt.
• Hier wurde die Metallhülle 20, die in Figur 3 zu sehen ist, weggelassen.
• Innerhalb der Hülle befindet sich eine ortsfeste Einheit aus drei Isolierscheiben 21, 23 und 25, durch die die mit den Buchstaben R, S und T bezeichneten Phasenleiter verlaufen. Die Scheiben 21 und 23 liegen koaxial zueinander und begrenzen das Bauteil in Richtung zu den Leistungsschaltern D1 und D3. Die Isolierscheibe 25 liegt mit ihrer Achse senkrecht zu der der Scheiben 21 und 23 und begrenzt das Bauteil in Richtung zum Leistungsschalter D5.
• Nachfolgend werden mit 31, 33 und 35 die Gruppen von Dreiphasen-Stromschienen innerhalb des Bauteils bezeichnet, die von den Isolierscheiben 21 bzw. 23 bzw. 25 getragen werden und den beiden Abgängen und dem Stromschienensatz 5 entsprechen.
• Die Schienen des Satzes 31 tragen Kontaktglieder 31R, 31S und 31T in Kreisbogenform mit einer Länge von etwa 50 Winkelgraden (allgemein zwischen 45 und 60º). Entsprechend tragen die Schienen des Satzes 33 Kontaktglieder 33R, 33S und 33T in Kreisbogenform und einer Ausdehnung von etwa 50º. Die Schienen des Satzes 35 tragen Kontaktglieder 35R, 35S und 35T in Kreisbogenform mit einer Ausdehnung von etwa 100º (allgemein zwischen 90 und 110º). Die Kontaktglieder des Schienensatzes 35 sind gegen die Kontaktglieder der Sätze 31 und 33 durch einen Abstand entsprechend etwa 20 Winkelgrad (allgemein 15 bis 30º) getrennt, was für den Isolationsabstand ausreicht.
• Das Bauteil enthält eine bewegliche Einheit 40 mit einer Welle 42, die dicht durch die Hülle 20 des Bauteils ragt und von außen durch den Hebel 16 betätigt wird.
• Die Welle 42 trägt drei isolierende parallele Arme 43R, 43S und 43T. Ein Ende jedes Arms, beispielsweise des Arms 43R, trägt eine Kontaktgabel 44R, die elektrisch mit den kreisbogenförmigen Kontaktgliedern 31R, 33R und 35R zusammenwirken kann. Das andere Ende des Arms 43R trägt einen Kontakt, der aus einer kreisbogenförmig gestalteten Gabel 45R besteht, die ebenfalls mit den eben erwähnten kreisbogenförmigen Kontaktgliedern zusammenwirken kann.
• Die Gabel 45R kann mit den Kontaktgliedern der drei Gruppen von Schienen 31, 33, 35 in Kontakt gelangen. In allen Fällen erfolgt der Kontakt gleichzeitig mit zwei dieser Gruppen. Hierzu bildet die Gabel 45R einen Kreisbogen von 140 Winkelgrad, allgemeiner zwischen 125 und 155º.
• Die Arme 43S und 43T sind mit gleichen Kontaktgabeln versehen wie der Arm 43R und tragen dieselben Bezugszeichen in Verbindung mit dem Buchstaben S bzw. T.
• Die Gabeln 44R, 44S und 44T sind durch einen gemeinsamen Leiter 48 mit Erde verbunden.
• Dreht man die Welle 42, dann ergeben sich die verschiedenen elektrischen Konfigurationen, die im Betrieb oder während der Wartung einer Station erforderlich sind.
• Figur 5 zeigt die Stellung der Welle für die elektrische Konfiguration, die in Figur 5A dargestellt ist, bei der die Trennschalter S1, S3 und S5 geschlossen sowie die Schalter MALT1, MALT3 und MALT5 offen sind.
• Figur 6 zeigt die Stellung der Welle für die Konfiguration gemäß Figur 6A, bei der der Trennschalter S1 und alle Erdschalter offen sind, während die Trennschalter S3 und S5 geschlossen sind.
• Diese Stellung ergibt sich aus der Lage der Figur 5 durch eine Drehung der Welle um etwa 30º in Uhrzeigerrichtung.
• Figur 7 zeigt die Position der Welle 42 für die Konfiguration gemäß Figur 7A, wobei der Trennschalter S1 offen und der Erdungsschalter MALT1 geschlossen ist, während w die Trennschalter S3 und S5 geschlossen und die Erdungsschalter MALT3 und MALT5 offen sind. Diese Konfiguration, die aus der gemäß Figur 6 durch eine Drehung um etwa 30º im Uhrzeigersinn hervorgeht, entspricht der Isolierung und vollständigen Erdung des Anschlusses in Richtung zum Leistungsschalter D1 für dessen Wartung.
• Figur 8 zeigt die Stellung der Welle 42 für die elektrische Konfiguration gemäß Figur 8A, d.h. daß der Ausgang in Richtung des Leistungsschalters D3 isoliert ist und alle Erdungsschalter offen sind. Diese Stellung ist symmetrisch zu der in Figur 6 bezüglich des Schienensatzes 35.
• Figur 9 zeigt die Stellung der Welle 42 für die elektrische Konfiguration gemäß Figur 9A, d.h. daß der Ausgang in Richtung des Leistungsschalters D3 isoliert und geerdet ist. Diese Stellung ist symmetrisch zu der in Figur 7.
• Figur 10 zeigt die Stellung der Welle 42 für die elektrische Konfiguration gemäß Figur 10A entsprechend einer Erdung des Stromschienensatzes 5 und dessen Isolierung gegenüber der übrigen Schaltung. Diese Stellung ergibt sich aus der in Figur 5 durch eine Drehung der Welle 42 um 180º
• In den Figuren 11 und 12 tragen die Elemente dieser Figuren dieselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Elemente in Figur 4.
• Die Enden der Schienen der Sätze 31, 33 und 35 besitzen Kontaktgabeln 31R', 31S', 31T' für den Schienensatz 31 bzw. 33R', 33S' und 33T' für den Schienensatz 33 bzw. 35R', 35S' und 35T' für den Schienensatz 35, wobei in Figur 12 nur die Kontaktgabel 35R' sichtbar ist.
• Die Gabeln besetzen einen winkelmäßigen Raum von etwa 20 bis 25º.
• Die Welle 42' der beweglichen Einheit trägt Arme 43R', 43S' und 43T', an deren Enden Kontaktstücke 44R', 44S' und 44T' vorgesehen sind, welche miteinander über in der Figur nicht dargestellte Brücken elektrisch verbunden sind und an Erde liegen.
• Die Welle 42' trägt auch Arme 51R, 51S, 51T und 52R, 52S und 52T, die Kontaktstücke 53R, 53S und 53T tragen. Diese Kontaktstücke sind kreisförmig und erstrecken sich über einen Winkel von etwa 210º, allgemein zwischen 190 und 220º.
• Die Abmessungen der Kontaktstücke werden so gewählt, daß die Isolationsabstände d1 zwischen Polen und d2 zwischen Pol und Erde respektiert werden.
• Man kann mit dem Bauteil gemäß den Figuren 11 und 12 die gleichen Konfigurationen wie oben anhand der Figuren 5 bis 10 erläutert herstellen, d.h. sechs Positionen.
• Das erfindungsgemäße Bauteil ergibt eine Ersparnis, die bis zu 70% im Vergleich zu Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik reichen kann.
• die Erfindung kann auch auf abgeschirmte Anlagen angewendet werden, die für jede Phase eine eigene geerdete Metallhülle besitzen.

Claims (5)

1. Bauteil für eine abgeschirmte Station, das die Funktion von drei dreiphasigen Trennschaltern, die in zwei Abgängen und einem Zugang eines dreiphasigen Stromschienensystems liegen sowie möglicherweise die Erdung der Trennschalter vor diesen realisieren soll, dadurch gekennzeichnet, daß es eine mit einem Gas guter dielektrischer Eigenschaften gefüllte dichte Hülle (20) enthält, die eine erste und eine zweite durch zwei zueinander koaxialen Isolierscheiben (21, 23) verschlossene Öffnungen sowie eine dritte Öffnung besitzt, die durch eine dritte Isolierscheibe (25) mit einer Achse senkrecht zu der der beiden ersten Isolierscheiben verschlossen ist, daß die Isolierscheiben je von dreiphasigen Stromschienensätzen (31, 33, 35) durchquert werden, die im Inneren der Hülle in ersten Kontaktstücken (31R, 31S, 31T; 33R, 33S, 33T; 35R, 35S, 35T; 31R', 31S', 31T'; 33R', 33S', 33T'; 35R', 35S', 35T') enden, daß das Bauteil weiter in der Hülle (20) eine Welle (42, 42') aufweist, die dicht die Hülle durchquert und ein Betätigungsorgan (16) trägt, daß die Welle einen ersten Satz von drei Armen (43R, 43S, 43T; 43R', 43S', 43T') trägt, die zweite Kontaktstücke (44R, 44S, 44T; 44R', 44S', 44T') aufweisen, wobei diese Kontaktstücke elektrisch miteinander und mit Erde verbunden sind, daß die zweiten Kontaktstücke mit den ersten Kontaktstücken bei einer Drehung der Welle zusammenwirken können, daß die Welle außerdem mindestens einen zweiten Satz von Armen (43R, 43S, 43T; 51R, 51S, 51T; 52R, 52S, 52T) trägt, der dritte Kontaktstücke (45R, 45S, 45T; 46R, 46S, 46T; 53R, 53S, 53T) aufweist, die mit den ersten Kontaktstücken bei einer Drehung der Welle zusammenwirken können, daß die zweiten Kontaktstücke gleichzeitig nur mit jeweils einem der ersten Kontaktstücke eines Schienensatzes in Kontakt gelangen können, während die dritten Kontaktstücke auf einmal mit den ersten Kontaktstücken der drei Schienensätze in Kontakt gelangen können und stets mit den ersten Kontaktstücken von zwei Schienensätzen in Kontakt stehen.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kontaktstücke (31R, 31S, 31T; 33R, 33S, 33T; 35R, 35S, 35T) die Form von Kreisbogen haben.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kontaktstücke (31R, 31S, 31T; 33R, 33S, 33T) bezüglich der Abgangs-Schienensätze (31, 33) einen Winkel zwischen 45 und 60º einschließen, daß die ersten Kontaktstücke (35R, 35S, 35T) bezüglich des Abgangs-Schienensatzes (35) einen Winkel zwischen 90 und 110º einschließen und daß die Abstände zwischen den ersten Kontaktstücken der Abgangs- Schienensätze und denen des Zugangs-Schienensatzes zwischen 15 und 30 Winkelgrad betragen.

4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten und dritten Kontaktstücke (44R, 44S, 44T; 45R, 45S, 45T) Gabeln sind und daß die dritten Kontaktstücke einen Winkel zwischen 125 und 155º einschließen.

5. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kontaktstücke (31R', 31S', 31T'; 33R', 33S', 33T'; 35R', 35S', 35T') Gabeln sind, daß die zweiten und dritten Kontaktstücke (44R', 44S', 44T'; 53R, 53S, 53T) flache Leiter sind, die mit den Gabeln zusammenwirken, und daß die dritten Kontaktstücke die Form eines Kreisbogens mit einem Winkel zwischen 190 und 220º besitzen.