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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine gasisolierte Schaltvorrichtung,
insbesondere für
Hoch- und Mittelspannungsanwendungen, d.h. für Spannungen größer als
1000V, welche besondere Elemente für die Betätigung der Trennungsoperation aufweist.
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Es
ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass elektrische Operationen,
sowohl für
die Unterbrechung als auch für
die Trennung, in gasisolierten Schaltvorrichtungen mit Hilfe einer
translatorischen Bewegung eines oder mehrerer beweglicher Kontakte
erfolgen, welche mit entsprechenden festen Kontakten gekoppelt/entkoppelt
werden können.
Die Betätigungsvorrichtungen,
welche am häufigsten
in konventionellen metallkaschierten Vorrichtungen benutzt werden,
weisen mechanische oder hydraulische Betätigungseinrichtungen auf, welche
mechanisch mit einem beweglichen Kontakt verbunden werden, welcher
mit Hilfe geeigneter Betätigungseinrichtungen
bewegt wird.
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Die
Betätigungsvorrichtungen
des Standes der Technik erfordern im Allgemeinen komplizierte kinematische
Systeme für
die Bewegungsübertragung zu
dem beweglichen Kontakt. Insbesondere erfordert die Trennungsoperation
die koordinierte Bewegung von einem oder mehreren beweglichen Kontakten, so
dass das Öffnen/Schließen der
Trennungskontakte entsprechend der gewollten Folge geschieht. Dies erfordert
gewöhnlicher
Weise komplizierte Kopplungsmechanismen und/oder komplizierte Betätigungs-
und Steuersysteme, insbesondere, wenn die Trennung in Mehrstabsystemen
erfolgt.
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Aufgrund
der mechanischen Komplexität
der Betätigungseinrichtungen
ist Wartung erforderlich, um ein nominelles Verhalten aufrecht zu
erhalten und um daher die Wiederholbarkeit der Operation zu gewährleisten,
wobei Veränderungen
aufgrund von Abnutzung und Alter des Systems kompensiert werden.
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Darüber hinaus
hat die große
Anzahl von Teilen und Komponenten eine Vergrößerung in den Abmessungen und
dem gesamten Volumen der gasisolierten Vorrichtung zur Folge mit
einer sich daraus ergebenden Erhöhung
der Kosten.
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Eine
Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik ist aus der US-A-S 796 060 bekannt.
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Das
Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gasisolierte
Schaltvorrichtung zu schaffen, in welcher die Trennungsoperation
in einfacher und leicht steuerbarer Weise erfolgt.
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Innerhalb
dieses Hauptzieles ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
gasisolierte Schaltvorrichtung zu schaffen, welche eine reduzierte
mechanische Komplexität
hat.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gasisolierte
Schaltvorrichtung zu schaffen, in welcher die Trennungsoperation
mit Hilfe der Betätigung
einer reduzierten Anzahl von mechanischen Teilen erfolgt.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gasisolierte
Schaltvorrichtung zu schaffen, deren Abmessungen und Raumbedarf
reduziert sind.
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Nicht
zuletzt ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gasisolierte
Schaltvorrichtung zu schaffen, welche sehr zuverlässig ist,
relativ leicht herstellbar ist und wettbewerbsfähige Kosten hat.
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Dieses
Hauptziel, diese Ziele und andere, die hiernach noch deutlicher
werden, werden erreicht durch eine gasisolierte Schaltvorrichtung
aufweisend ein Gehäuse,
welches mit einer ersten Verbindungsklemme und einer zweiten Verbindungsklemme
versehen ist und eine Unterbrechungseinheit und eine Trennungseinheit
enthält,
wobei die Trennungseinheit einen ersten festen Kontakt, der mit
der zweiten Verbindungsklemme verbunden ist, und einen zweiten festen
Kontakt auf Erdpotential und mindestens einen beweglichen Kontakt
aufweist, welcher mit mindestens einem der festen Kontakte gekoppelt werden
kann und elektrisch mit der Unterbrechungsschaltung verbunden ist,
welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der bewegliche Kontakt starr
auf einem Betätigungselement
befestigt ist, und dass der feste Kontakt, der mit dem beweglichen
Kontakt gekoppelt werden kann, in der Rotationsebene des beweglichen
Kontaktes liegt, wobei der bewegliche Kontakt an dem Betätigungselement
an einem Punkt befestigt ist, welcher zwischen den Enden des Betätigungselementes
liegt.
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In
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
erfolgt die Trennungsoperation demzufolge mit Hilfe einer Drehung
des beweglichen Kontaktes um eine Drehachse. Aufgrund der Drehung
wird der bewegliche Kontakt mit dem entsprechenden festen Kontakt
(oder den Kontakten) gekoppelt/entkoppelt, wodurch die geforderte
Trennungsoperation durchgeführt
wird. Zu diesem Zwecke sind der bewegliche Kontakt und der feste
Kontakt in einer solchen relativen Position angeordnet, dass das
Ende des festen Kontaktes, das mit dem Ende des beweglichen Kontaktes
in Eingriff kommen muss, in der durch das Ende des beweglichen Kontaktes
gezogenen Rotationsebene liegt. Der Einfachheit halber, wenn Bezug
auf die relative Position des festen Kontaktes und des beweglichen
Kontaktes in der vorliegenden Erfindung genommen wird, wird immer
Bezug genommen auf die relative Position der Enden des festen Kontaktes
und des beweglichen Kontaktes, die gekoppelt werden können.
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Durch
Auswählen
geeigneter Abmessungen für
die Position der festen Kontakte und der beweglichen Kontakte in
einer Längsrichtung
in Bezug zur Drehachse des drehbaren Betätigungselementes und durch
geeignetes Variieren ihrer relativen Winkelposition in Bezug zur
Drehachse ist es möglich, das
Volumen und den Raum, die von der Trennungseinheit gefordert werden,
und damit von der gesamten Vorrichtung zu minimieren, während eine
leichte Durchführung
der Trennungsoperation aufrecht erhalten wird.
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Die
Eigenschaften und Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden noch
deutlicher aus der Beschreibung von bevorzugten, aber nicht exklusiven
Ausführungsformen
der Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung,
illustriert beispielhaft in den nachfolgenden Zeichnungen, worin:
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1 eine
Ansicht einer Ausführungsform einer
gasisolierten Schaltvorrichtung für ein Einstabsystem mit einer
Einpolbetätigungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
ist;
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2 eine
Ansicht einer Ausführungsform einer
gasisolierten Schaltvorrichtung für ein Zweistabsystem mit einer
Einpolbetätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung
ist;
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3a–3d schematische
Ansichten der Trennungsoperationen sind, welche mit der Vorrichtung
der 2 durchgeführt
werden können.
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Unter
Bezugnahme auf 1 weist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Gehäuse 1 mit
einer ersten Verbindungsklemme 2 und einer zweiten Verbindungsklemme 3 auf;
in einer bevorzugten Ausführungsform
können
die erste Klemme 2 und die zweite Klemme 3 z.B.
elektrisch verbunden werden im Eingang und Ausgang zu/von der Vorrichtung
jeweils mit einer Phase einer elektrischen Leitung. Alternativ können die
erste Klemme 2 und die zweite Klemme 3 im Eingang
und Ausgang jeweils mit einer elektrischen Leitung und mit einem Leistungs-
oder Verteilungstransformator verbunden werden; auch andere Verbindungen
entsprechend den verschiedenen möglichen
Anwendungen können verwirklicht
werden.
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Innerhalb
des Gehäuses 1,
welches ein isolierendes Gas enthält, ist eine Unterbrechungseinheit 4 und
eine Trennungseinheit. Die erste Klemme 2 ist elektrisch
mit der Unterbrechungseinheit 4 verbunden. Die Trennungseinheit 5 weist
einen ersten festen Kontakt 6, welcher mit der zweiten
Klemme 3 verbunden ist, und einen zweiten festen Kontakt 7 auf Erdpotential
auf. Im Falle der 1 ist der feste Kontakt 7 mit
dem auf Erdpotential befindlichen Gehäuse 1 verbunden. Die
Trennungseinheit 5 weist eine drehbare Achse 8 auf,
welche durch eine Betätigungseinrichtung,
schematisch durch eine Einheit 9 dargestellt, bewegt wird,
welche z.B. ein geeignet gesteuerter Elektromotor sein kann.
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Ein
beweglicher Kontakt 10, der elektrisch mit der Unterbrechungseinheit 4 verbunden
ist, ist auf der Achse 8 befestigt und dreht sich starr
mit dieser. In der Ausführungsform
der 1 wird der bewegliche Kontakt durch einen Flügel gebildet,
welcher ein Profil, geformt wie ein kreisförmiger Sektor, hat und auf
der Achse 8 festgekeilt ist. Der bewegliche Kontakt 10,
der erste feste Kontakt 6 und der zweite feste Kontakt 7 sind
so angeordnet, dass die Enden der festen Kontakte in der Ebene liegen,
welche durch die Drehung des Endes des beweglichen Kontaktes 10 gezogen
wird. Die Trennungsoperation erfolgt durch Drehen der Achse 8,
demzufolge wird der bewegliche Kontakt 10, der fest mit
dieser gekoppelt ist, mit dem festen Kontakt 6 oder 7 gekoppelt,
wodurch jeweils die Leitungs- oder Erdverbindung verwirklicht wird.
In 1 wird der bewegliche Kontakt 10 mit dem
festen Kontakt 7 gekoppelt; die Erdverbindung wird daher
geschlossen, während
die Ausgangsverbindung offen ist.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform, nicht
in der Figur gezeigt, ist es möglich,
zwei bewegliche Kontakte zu haben, die auf der Achse 8 befestigt
sind, und jeder dieser beweglichen Kontakte kann mit einem entsprechenden
festen Kontakt gekoppelt werden. In diesem Falle liegt der feste
Kontakt 6 in der Rotationsebene eines ersten beweglichen
Kontaktes, mit welchem er gekoppelt werden kann, während der
feste Kontakt 7 in der Rotationsebene des zweiten beweglichen
Kon taktes, mit welchem er gekoppelt werden kann, liegt. Darüber hinaus
sind der erste bewegliche Kontakt und der zweite bewegliche Kontakt
auf der Achse 8 in einer solchen relativen Winkelposition
befestigt, dass sie nicht gleichzeitig mit den festen Kontakten 6 und 7 gekoppelt
werden können.
Hierdurch erzeugt die Drehung der Achse 8 z.B. das gegenseitige
Entkoppeln des festen Kontaktes 6 und des ersten beweglichen
Kontaktes und dann das gegenseitige Koppeln des festen Kontaktes 7 und
des zweiten beweglichen Kontaktes, wodurch demzufolge eine Erdtrennung
erfolgt. Ein ähnliches Verfahren
wird durchgeführt,
um den Erdtrennungskontakt zu öffnen
und den Leitungskontakt zu schließen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 wird nunmehr eine gasisolierte
Schaltvorrichtung für
ein Zweistabsystem beschrieben. Die Vorrichtung der 2 weist ein
Gehäuse 1 auf,
welches eine erste Verbindungsklemme 2, eine zweite Verbindungsklemme 11 und eine
dritte Verbindungsklemme 13 hat. Vorzugsweise kann die
erste Verbindungsklemme 2 elektrisch verbunden werden im
Eingang zu der Vorrichtung mit einer Phase einer elektrischen Leitung,
und die zweite Klemme 11 und die dritte Klemme 13 werden
verbunden im Ausgang von der Vorrichtung jeweils mit der Phase der
Leitung und einem Leistungs- oder Verteilungstransformator; auch
in diesem Falle können
jedoch viele andere Konfigurationen gemäß den verschiedenen Anwendungen
verwirklicht werden.
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Eine
Unterbrechungseinheit 4 und eine Trennungseinheit 5 sind
innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet,
welches ein isolierendes Gas enthält. Die erste Klemme 2 ist
elektrisch mit der Unterbrechungseinheit 4 verbunden. Die
Trennungseinheit 5 weist einen ersten festen Kontakt 21 auf,
verbunden mit der zweiten Klemme 11, einen zweiten festen
Kontakt 22 auf Erdpotential und einen dritten festen Kontakt 23, verbunden
mit der dritten Klemme 13. Wie in 1 ist der
feste Kontakt 22 mit dem Gehäuse 1 verbunden, welches
sich auf Erdpotential befindet. Die Trennungseinheit 5 weist
eine drehbare Achse 8 auf, welche durch eine Betätigungseinrichtung,
schematisch durch die Einheit 9 dargestellt, bewegt wird,
welche z.B. ein geeignet gesteuerter Elektromotor sein kann.
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Ein
erster beweglicher Kontakt 31, ein zweiter beweglicher
Kontakt 32 und ein dritter beweglicher Kontakt 33,
elektrisch verbunden mit der Unterbrechungseinheit 4, sind
auf der Achse 8 befestigt und drehen sich starr mit dieser.
Bei der Ausführungsform
der 2 werden die beweglichen Kontakte 31, 32 und 33 durch
Flügel
mit einem Profil, geformt wie ein kreisförmiger Sektor, gebildet, welche auf
der Achse 8 festgekeilt sind. Die beweglichen Kontakte 31, 32 und 33 und
die festen Kontakte 21, 22 und 23 sind
so angeordnet, dass für
jedes Paar der Kontakte (21, 31), (22, 32)
und (23, 33) der feste Kontakt in der Rotationsebene
des entsprechenden beweglichen Kontaktes liegt. Darüber hinaus
sind die beweglichen Kontakte 31, 32 und 33 in
einer solchen relativen Winkelposition an der Achse 8 befestigt, dass
der bewegliche Kontakt 32 nicht mit dem festen Kontakt 22 gekoppelt
werden kann, wenn der bewegliche Kontakt 31 und/oder der
bewegliche Kontakt 33 mit den entsprechenden festen Kontakten 21 und 23 gekoppelt
sind. Die Trennungsoperation erfolgt durch Drehen der Achse 8;
demzufolge werden die beweglichen Kontakte 31, 32 und 33,
die fest mit dieser verbunden sind, mit den jeweiligen festen Kontakten 21, 22 und 23 gekoppelt.
Bei der Ausführungsform
der 2 ist der bewegliche Kontakt 32 mit dem
festen Kontakt 22 gekoppelt, während die beweglichen Kontakte 31 und 33 von
den entsprechenden festen Kontakten 21 und 23 entkoppelt
sind, so dass die Erdverbindung geschlossen ist und die Ausgangsverbindungen
offen sind.
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Das
Operationsprinzip ist schematisch in den 3a bis 3d gezeigt,
in welchen die beweglichen Kontakte durch auf der Achse 8 festgekeilte
Flügel
gebildet werden.
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Unter
Bezugnahme auf 3a ist eine Situation gezeigt,
in welcher der bewegliche Kontakt 32 mit dem entsprechenden
festen Kontakt 22 gekoppelt ist, während die beweglichen Kontakte 31 und 33 von
den entsprechenden festen Kontakten entkoppelt sind. Durch Drehen
der Achse 8 in Richtung des Pfeiles wird der Erdkontakt
geöffnet
und dann der bewegliche Kontakt 31 mit dem festen Kontakt 21 gekoppelt,
wodurch die Verbindung zu der zweiten Klemme 11 geschlossen
wird (3b). Durch weiteres Drehen der
Achse 8 in der gleichen Richtung wird der bewegliche Kontakt 33 mit
dem festen Kontakt 23 gekoppelt, bevor die Kontakte 21 und 31 gegenseitig entkoppelt
werden. Auf diese Weise wird die Verbindung zu der dritten Klemme 13 geschlossen,
wobei gleichzeitig die Verbindung zur Klemme 11 geschlossen
gehalten wird (3c). Wenn die Drehung der Achse 8 fortgesetzt
wird, ist es möglich,
den Kontakt 31 vom Kontakt 21 zu trennen, wodurch
die Verbindung zur Klemme 11 geöffnet und die Verbindung zur Klemme 13 geschlossen
gehalten wird (3d).
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform einer
gasisolierten Schaltvorrichtung für ein Zweistabsystem, nicht
in der Figur gezeigt, weist die Trennungseinheit nur zwei bewegliche
Kontakte auf, die an der Achse 8 befestigt sind. Der feste
Erdkontakt 22 und einer der anderen beiden festen Kontakte, z.B.
der feste Kontakt 21, liegen in der Rotationsebene eines
solchen beweglichen Kontaktes, welcher alternativ mit dem festen
Kontakt 21 oder dem festen Kontakt 22 gekoppelt
werden kann; der dritte feste Kontakt 23 liegt in der Rotationsebene
des anderen beweglichen Kontaktes und kann mit diesem gekoppelt
werden. Die zwei beweglichen Kontakte sind an der Achse 8 in
einer solchen relativen Winkelposition befestigt, dass sie nicht
gleichzeitig mit den Kontakten 22 und 23 gekoppelt
werden können,
während ihre
relative Winkelposition derart ist, dass sie gleichzeitig mit den
festen Kontakten 21 und 23 gekoppelt werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Unterbrechungseinheit mit einer Unterbrechungskammer auf, welche
einen festen Kontakt und einen beweglichen Kontakt aufnimmt, wobei die
Längsachse
der Unterbrechungskammer im Wesentlichen mit der Drehachse des drehbaren
Betätigungselementes
ausgerichtet ist. In diesem Falle erfolgt die Öffnungs-/Schließungsoperation
der Unterbrechungseinheit mit Hilfe einer translatorischen Bewegung
des beweglichen Kontaktes der Unterbrechungseinheit längs der
Längsachse
der Vorrichtung, während
die Trennungs operation durch Drehung der beweglichen Kontakte der
Trennungseinheit um die Längsachse
erfolgt.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform, nicht
in der Figur gezeigt, wird das drehbare Betätigungselement der Trennungseinheit
durch das Gehäuse
der Unterbrechungskammer gebildet. In diesem Falle sind die beweglichen
Kontakte der Trennungseinheit auf der äußeren Oberfläche der
Unterbrechungskammer festgekeilt, welche im Verhältnis zum Gehäuse der
Vorrichtung drehbar ist. Die Bewegung wird aufgebracht durch Betätigungseinrichtungen,
z.B. einen geeignet gesteuerten Elektromotor. Die relative Anordnung
der festen Kontakte und der beweglichen Kontakte ist ähnlich zu
der in 1 oder 2 gezeigten Anordnung, abhängig davon,
ob ein Ein- oder Zweistabsystem vorhanden ist. Durch Verwendung
dieser technischen Lösung
ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung besonders kompakt, da der durch die Trennungseinheit belegte Raum
innerhalb des Gehäuses 1 längs der
Unterbrechungskammer verteilt ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Trennungseinheit einen zusätzlichen festen Kontakt auf,
der mit der ersten Klemme verbunden ist, und einen beweglichen Kontakt,
welcher mit dem festen Kontakt gekoppelt werden kann; der bewegliche Kontakt
ist vorzugsweise an dem Gehäuse
der Kammer in einer solchen Position befestigt, dass der zusätzliche
feste Kontakt in deren Rotationsebene liegt. Es ist daher möglich, eine
Trennung z.B. auf der Eingangsseite der Vorrichtung durchzuführen.
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Wie
zuvor erwähnt,
wird die Bewegung der Trennungselemente durch geeignete Betätigungseinrichtungen
durchgeführt,
vorzugsweise gebildet durch einen gesteuerten Elektromotor. Insbesondere hat
man festgestellt, dass die Benutzung eines Servomotors erhebliche
Vorteile bezüglich
der Genauigkeit und der Ausführungsgeschwindigkeit
der Operation mit sich bringt. Als Alternative ist es möglich, mechanische
oder hydraulische Betätigungseinrichtungen
zu benutzen. Manuelle Betätigungseinrichtungen
können
auch als Alternative oder zusätzlich
zu den oben beschriebenen Betätigungseinrichtungen vorgesehen
werden, insbesondere zur Durchführung von
manuellen Notoperationen.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
kann vom Einpol-Betätigungstyp
sein, in welchem Betätigungseinrichtungen
auf jeder individuellen Phase vorhanden sind, um die Trennungsoperation
durchzuführen;
alternativ kann die Vorrichtung vom Dreipol-Betätigungstyp sein, bei welchem
die Energie zum Durchführen
der Trennungsoperation auf den drei Phasen der Vorrichtung durch
eine einzige Betätigungseinrichtung
geliefert wird, welche mechanisch mit der Trennungseinheit jeder
einzelnen Phase gekoppelt ist.
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Die
so ausgebildete gasisolierte Schaltvorrichtung kann zahlreiche Modifikationen
und Ausführungsformen
erfahren, welche alle innerhalb des Umfanges der Ansprüche liegen.