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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Unterbrechungs- und
Freischaltungsvorrichtung für
Hoch- und/oder Mittelspannungsanwendungen, welche dielektrische
Isolationsmittel enthält
und eine spezielle Struktur aufweist, so dass sie die Verringerung
der Umweltauswirkungen der Isolationsmittel ermöglicht.
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Es
ist bekannt, dass Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtungen
des Standes der Technik allgemein wenigstens eine Unterbrechungskammer
und eine Freischaltungskammer aufweisen, welche mit isolierenden
Buchsen verbunden sind. Diese Elemente sind innerhalb einer Struktur
angeordnet, welche in Bezug auf die umgebende Umgebung abgedichtet
ist und gefüllt
ist mit einem fluidisolierenden Medium.
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Mit
Bezug auf 1 wird ein Blockdiagramm präsentiert,
das ein Beispiel einer typischen Struktur einer bekannten Unterbrechungs-
und Freischaltungsvorrichtung zeigt, die in einer Hochspannungsschaltanlage
verwendet wird.
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Ein
Leiter einer Hauptstromleitung, der durch den Pfeil 2 gezeigt
wird, ist mit einer Hauptstromverteilungsschiene 3 über die
Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung 1 verbunden.
Die Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung 1 umfasst eine
isolierende Buchse 4 zur Verbindung mit der Leitung 2,
eine Freischaltungskammer 5, eine Unterbrechungskammer 6,
elektrische Strommessvorrichtungen 7 und 8, die
an den Enden der Unterbrechungskammer 6 angeordnet sind,
und eine isolierende Buchse 9 zur Verbindung mit der Schiene 3 über einen
Leiter 10. Es sind ebenso zwei Vorrichtungen 11 und 12 vorhanden,
die dazu verwendet werden, das System zu erden.
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Die
Freischaltungskammer 5 kann sowohl stromaufwärts als
auch stromabwärts
von der Unterbrechungskammer 6 angeordnet werden.
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Die
Vorrichtung 1 ist vollständig mit einem isolierenden
Medium gefüllt,
um elektrische Entladungen zwischen den verschiedenen Teilen zu
verhindern, zwischen denen hohe Potentialunterschiede vorliegen.
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Eine
bekannte Ausführungsform
einer Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung gemäß dem Blockdiagramm
von 1 wird mit Bezug auf 2 präsentiert.
Die isolierenden Buchsen 4 und 9 sind jeweils
im Eingang und im Ausgang in Bezug auf die Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung 1 angeordnet.
Die isolierende Buchse 4 enthält den Leiter 2 der
Hauptstromleitung, während
die isolierende Buchse 9 den Leiter 10 enthält, der
mit der Hauptstromverteilungsschiene 10 verbunden ist (in 2 nicht
gezeigt).
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Die
isolierende Buchse 4 ist mit der Freischaltungskammer 5 über eine
Kupplung 13 verbunden. Die Freischaltungskammer 5 enthält einen
festen Kontakt 14 und einen beweglichen Kontakt 15 zur Durchführung der
Freischaltung. Eine Erdungsvorrichtung 11 ist ebenso mit
der Kammer 5 verbunden und verbindet, falls erforderlich,
den Hauptleiter 2 mit dem äußeren Gehäuse 16 der Vorrichtung 1,
welches sich auf Massepotential befindet, mittels der Stützen 17, 18 und 19.
Betätigungselemente 20 zur
Bewegung des beweglichen Kontakts 15 sind ebenso innerhalb
der Freischaltungskammer 5 platziert. Die Freischaltungskammer 5 ist
ferner von der isolierenden Buchse 4 getrennt und von der
Unterbrechungskammer 6 mittels den isolierenden Trennwänden 21 und 22.
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Die
Unterbrechungskammer 6 enthält einen beweglichen Kontakt 23 und
einen festen Kontakt 24. Der bewegliche Kontakt 23 wird
durch bewegliche Elemente 25 betätigt. Darüber hinaus ist die Erdungsvorrichtung 12 mit
der Unterbrechungskammer 6 verbunden und platziert den
Leiter 26 im Ausgang von der Frei schaltungskammer auf Massepotential. Der
bewegliche Kontakt 23 ist mit dem Leiter 10 verbunden
im Ausgang von der Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung 1.
Die Unterbrechungskammer 6 ist von der isolierenden Buchse 9 mittels der
isolierenden Trennwand 28 getrennt. Die isolierenden Buchsen 4 und 9,
die Unterbrechungskammer 6 und die Freischaltungskammer 5 sind
vollständig
mit einem isolierenden Fluid gefüllt,
allgemein Schwefelhexafluorid (SF6), das
einen Druck aufweist, der höher
ist als der atmosphärische.
Um den internen Druck aufrecht zu erhalten, der benötigt wird,
um die verringerten Isolationsabstände zu erreichen und deswegen
die Abmessungen der Struktur zu verringern, ist die Vorrichtung 1 vollständig in
Bezug auf die äußere Umgebung
abgedichtet.
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Alternative
Aufbauten in Bezug auf denjenigen, der in 1 und 2 beschrieben
ist, sind möglich.
Speziell ist es möglich,
mehrfache Freischaltungskammern und mehrfache Isolationsbuchsen
zu verwenden, falls erforderlich, um mehrfache Verteilungsschienen
mit der Hauptstromleitung zu verbinden.
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In
der Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung des Standes der
Technik ist das allgemein verwendete Isolationsfluid Schwefelhexafluorid (SF6). Andere bekannte Fluide sind Fluorkohlenstoffe (FC),
Perfluorkohlenstoffe (PFC), Perfluorpolyether (PFPE) oder Mischungen
derselben.
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Eine
Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung gemäß dem Stand
der Technik ist aus der Druckschrift DE-A-196 12 565 bekannt.
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Die
Verwendung dieser Isolationsmittel, speziell SF6,
welches die höchste
dielektrische Isolationskapazität
aufweist, ermöglicht
es, die Isolationsabstände
beträchtlich
zu reduzieren und deswegen beträchtlich
die Abmessungen jeder einzelnen Vorrichtung zu verringern und deswegen
der Schaltstation, in welcher sie verwendet werden, in Bezug auf die
Verwendung von Isolationsmitteln, so wie Mineralölen. Diese Tatsache führt zu einer
beträchtlichen Verringerung
bei den Installations- und Betriebskosten.
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Es
ist aus der technischen Literatur bekannt, dass fluoridierte gasförmige Isolationsmittel,
speziell SF6, Probleme verursachen können in
Bezug auf die Umweltauswirkungen; darüber hinaus sind sie beträchtlich
teuer.
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Die
Verringerung des Gehalts dieser Isolationsmittel durch Verwendung
alternativer dielektrischer Fluide, so wie z.B. Mischungen von SF6 und Stickstoff (N2),
reinem Stickstoff oder Edelgasen führt zur Erhöhung der benötigten Isolationsabstände, weil diese
alternativen Fluide für
einen gleichen Druck eine viel geringere dielektrische Stärke aufweisen und
Lichtbogentilgungsleistung als, z.B. SF6,
verwendet in seinem reinen Zustand.
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Das
einfache Ersetzen von SF6 durch andere alternative
Isolationsfluide ohne die Durchführung
irgendeiner strukturellen Veränderung
an der Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung würde zu Fehlfunktionen
führen.
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Andererseits
ist es, falls der Druck der alternativen isolierenden Fluide erhöht wird,
um eine zufrieden stellende dielektrische Stärke und Lichtbogentilgungsleistung
sicherzustellen, notwendig, auf komplizierte Strukturen zurückzugreifen,
welche wirtschaftlich kaum wettbewerbsfähig sind und kaum zuverlässig.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unterbrechungs- und
Freischaltungsvorrichtung für
Hoch- und/oder Mittelspannungsanwendungen bereitzustellen, deren
Struktur eine verringerte Komplexität hat und in der Lage ist,
die Verwendung der verwendeten Isolationsmittel zu optimieren, so
dass sie beträchtlich
ihre Umweltauswirkungen verringert.
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Innerhalb
des Bereichs dieses Ziels ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung für Hoch-
und/oder Mittelspannungsanwendungen bereitzustellen, welche eine
modulare Struktur aufweist, die es gestattet, das Volumen der innerhalb des
Unterbrechungspols verwendeten Isolationsfluide aufzuteilen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung
für Hoch-
und/oder Mittelspannungsanwendungen bereitzustellen, in welcher
es möglich
ist, verschiedene Isolationsmittel innerhalb des Unterbrechungspols
zu verwenden.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung
für Hoch-
und/oder Mittelspannungsanwendungen bereitzustellen, welche einfache Wartung
und/oder Ersetzen von elektrischen Betätigungselementen, speziell
den Teilen, die am meisten der Abnutzung ausgesetzt sind, ermöglicht,
wie z.B. dem festen Kontakt und dem beweglichen Kontakt der Unterbrechungskammer.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Unterbrechungs-
und Freischaltungsvorrichtung für
Hoch- und/oder Mittelspannungsanwendungen bereitzustellen, welche
hochzuverlässig
ist und relativ einfach herzustellen und zu wettbewerbsfähigen Kosten.
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Dieses
Ziel und diese Aufgaben, welche nachfolgend klarer werden, werden
durch eine Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung für Hoch- und/oder
Mittelspannungsanwendungen erreicht, welche eine Freischaltungskammer
aufweist und einen Unterbrechungspol, der ein freies Volumen aufweist,
das eine Unterbrechungskammer aufnimmt, die einen beweglichen Kontakt
und einen festen Kontakt enthält,
wobei der Unterbrechungspol und die Freischaltungskammer dielektrisch
isolierende Fluide enthalten. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechungskammer abgedichtet
ist in Bezug auf die verbleibenden Teile des Unterbrechungspols.
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Auf
diese Weise hat die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine modulare
Struktur, welche es erlaubt, die Verwendung von dielektrischen Fluiden
zu optimieren und die Umweltauswirkungen zu verringern; tatsächlich werden
die dielektrischen Fluide, welche hohe Umweltauswirkungen haben,
lediglich in der abgedichteten Unterbrechungskammer verwendet, in
der eine hohe Lichtbogentilgungsleistung benötigt wird.
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Ein
weiterer Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht in
der Tatsache, dass die Unterbrechungskammer aus dem Hauptkörper des elektrischen
Unterbrechungspols extrahiert werden kann. Dies ermöglicht einfache
Wartung und/oder das Ersetzen der Teile, die der Abnutzung ausgesetzt sind
während
der Unterbrechungs- und Freischaltebetätigungen aufgrund der Möglichkeit,
die abgedichtete Unterbrechungskammer aus dem Hauptkörper des
elektrischen Pols zu extrahieren. Ferner ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung
aus einer relativ kleinen Anzahl von Teilen aufgebaut und stellt
eine hohe Zuverlässigkeit
und einfache Durchführbarkeit sicher.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung einiger bevorzugter,
aber nicht ausschließlicher
Ausführungsformen
einer Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung
klarer werden, die lediglich als nicht beschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist, worin:
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1 ein
Blockdiagramm eines Beispiels einer bekannten Unterbrechungs- und
Freischaltungsvorrichtung für
Hochspannungsanwendungen ist;
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2 ein
schematisches Beispiel einer Ausführungsform einer Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung
für Hochspannungsanwendungen ist;
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3 eine
bevorzugte, aber nicht ausschließliche Ausführungsform einer Unterbrechungs- und
Freischaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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4 schematisch
eine alternative Ausführungsform
einer Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in 3 dargestellt umfasst die Unterbrechungs- und
Freischaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung
eine Eingangsisolationsbuchse 51, welche elektrisch mit
der Hauptstromleitung 50 verbunden ist. Ein Transformator 53 ist
allgemein am Sockel der isolierenden Buchse 51 platziert,
um den Strom im Eingang zur Vorrichtung zu messen. Die Isolationsbuchse 51 ist
mit einer Zwischenkammer 55 verbunden und ist von ihr mittels
der Trennwand 56 getrennt.
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Die
Zwischenkammer 55 und die isolierende Buchse 51 sind
mit dielektrischem Fluid befüllt,
das eine sehr niedrige Umweltauswirkung hat, oder sogar keine Auswirkung überhaupt,
z.B. einer gasförmigen Mischung
von Schwefelhexafluorid und Stockstoff (SF6+N2), oder reinem Stickstoffgas (N2),
oder Luft.
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Die
Zwischenkammer 55 ist mit einem Unterbrechungspol 54 verbunden
und ist von diesem mittels der Trennwand 57 getrennt; auf
seiner Seite wiederum ist der Unterbrechungspol 54 strukturell
mit einer Unterbrechungskammer 67 mittels der Trennwand 73 verbunden.
Der Unterbrechungspol 54 hat ein freies Volumen, das durch
sein Gehäuse 200 und die
Trennwände 73 und 57 begrenzt
wird, welches eine Unterbrechungskammer 63 aufnimmt.
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Die
Unterbrechungskammer 63 enthält Unterbrechungsmechanismen,
welche wenigstens einen festen Kontakt 64 und wenigstens
einen beweglichen Kontakt 59 aufweisen. Der bewegliche
Kontakt 59 ist starr mit einer Führungsstange 61 verbunden, welche
durch ein Betätigungssystem 62,
z.B. einer der Bauart Kurbeltrieb betätigt wird; der feste Kontakt 64 wird
mit der Freischaltungskammer 67 mittels einer abgedichteten
Verbindung 66 verbunden.
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Wie
veranschaulicht sind das Betätigungssystem 62,
die Führungsstange 61 des
beweglichen Kontaktes, der bewegliche Kontakt 59 und der
feste Kontakt 64 innerhalb des Gehäuses der Unterbrechungskammer 63 angeordnet;
dieses Gehäuse
der Kammer 63 kann aus isolierendem Material hergestellt
sein, z.B. Fiberglasverstärktem
Kunststoff, wenigstens teilweise, das den beweglichen Kontakt 59 umgibt,
den festen Kontakt 64 und die Stange 62. Feldschirme 68 und 69 sind
um das Gehäuse
der Unterbrechungskammer 63 herum positioniert; alternativ
kann das Gehäuse
der Unterbrechungskammer 63 in seinem Endteil als Feldschirm
verwendet werden, ohne den Feldschirm 69 und den Verschlussflansch 72 zu
verwenden.
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Die
Unterbrechungskammer 63 ist an einem Endteil hermetisch
verschlossen durch den Flansch 72 und ist am gegenüberliegenden
Ende mit dem Gehäuse
des Unterbrechungspols 54 über den Dichtungsflansch 65 verbunden;
das Gehäuse
des Unterbrechungspols 54 kann z.B. aus leitfähigem Kunststoff
hergestellt werden.
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Auf
diese Weise wird die Unterbrechungskammer 63 vorteilhaft
in Bezug auf die verbleibenden Teile des Unterbrechungspols 54 abgedichtet.
Als Folge kann die Unterbrechungskammer 63 mit einem hochdielektrischen
fluoridierten Fluid befüllt
werden, bevorzugt Schwefelhexafluorid (SF6),
mittels des Ventils 71, während der Unterbrechungspol 54 mittels
dem Ventil 74 befüllt
wird, in dem Teil des freien Volumens, das nicht durch die Kammer 63 belegt wird,
mit einem unterschiedlichen dielektrischen Fluid, so wie z.B. eine
gasförmige
Mischung aus Schwefelhexafluorid und Stickstoff (SF6+N2), oder reinem Stickstoffgas (N2)
oder Luft. Alternativ kann die Unterbrechungskammer 63 mit
einem dielektrischen fluoridierten Fluid befüllt werden, das aus der Gruppe
gewählt
wird, die gebildet wird durch Perfluorpolyether (PFPE), oder Perfluorkohlenstoff
(PFC) oder Fluorkohlenstoffe (FC).
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Diese
Lösung
ist besonders vorteilhaft, indem sie es ermöglicht, die Isolationsmittel
abzusondern, welche eine hohe Lichtbogentilgungsleistung haben,
aber ebenso große
Umweltauswirkungen, lediglich wo es strikt erforderlich ist, d.h.
innerhalb des Gehäuses
der Unterbrechungskammer 63 beim beweglichen Kontakt und
beim festen Kontakt. Auf diese Weise wird das Volumen von möglicherweise
verschmutzenden Mitteln, die in der Vorrichtung verwendet werden,
minimiert.
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Darüber hinaus
ermöglicht
ihre Absonderung innerhalb der abgedichteten Kammer 63 die
geeignete Kontrolle und verhindert ihre Verbreitung in die Atmosphäre. Tatsächlich weist
die Zwischenkammer 55 einen ersten Teil eines kolbenbetätigten Schutzsystems 58 auf,
das die elektrische Verbindung mit der Hauptstromleitung unterbricht,
falls ein Druckverlust im im Unterbrechungspol 54 verwendeten
Druckfluid auftritt. Ein zweiter Teil des kolbenbetätigten Schutzsystems 58 ist
innerhalb des Unterbrechungspols 54 positioniert und ist
mit dem beweglichen Kontakt 59 der Unterbrechungskammer 63 mittels
einer abgedichteten Verbindung 60 verbunden. Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
kann der Leiter 50 der isolierenden Buchse 51 direkt
mit der Unterbrechungskammer 63 verbunden werden.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der Tatsache, dass durch Einwirkung
auf die Verbindungen 60 und 66 und auf den Flansch 65 die
Unterbrechungskammer 63 aus dem Unterbrechungspol 54 extrahiert werden
kann, indem in die Richtung des Pfeils 70 eingewirkt wird.
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Diese
Lösung
ist vorteilhaft, indem sie es ermöglicht, die Kammer 63 vollständig zu
ersetzen, falls die Teile, welche der intensivsten Abnutzung ausgesetzt
sind, d.h. der bewegliche Kontakt 59 und der feste Kontakt 64 beschädigt werden,
was die Wartung der Vorrichtung beträchtlich erleichtert.
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Die
Freischaltungskammer 67 enthält einen beweglichen Kontakt 75,
welcher mittels eines Bewegungssystems 76, z.B. der Gestellart
mit einem ersten festen Kontakt 77 oder einem zweiten festen
Kontakt 78 verbunden werden kann. Der erste feste Kontakt 77 verbindet
den beweglichen Kontakt 75 mit der Ausgangsisolationsbuchse 80,
während
der zweite feste Kontakt 78 den beweglichen Kontakt 75 mit dem äußeren Gehäuse 79 der
Freischaltungskammer 67 verbindet, welche sich auf Massepntential
befindet. Das Betätigungssystem 76 wird
durch einen Betätiger 81,
z.B. einem elektrischen Motor betätigt. Die Isolationsbuchse 80 ist
von der Freischaltungskammer 67 mittels einer Trennwand 82 getrennt;
ein Transformator 83 ist allgemein am Sockel des Durchgangsleiters 80 platziert
und misst den Strom im Ausgang der Vorrichtung.
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Die
Freischaltungskammer 67 und die Isolationsbuchse 80 sind
mit einem dielektrischen Fluid befüllt, das sehr niedrige Umweltauswirkungen
hat, oder sogar überhaupt
keine Auswirkung, so wie z.B. eine gasförmige Mischung von Schwefelhexafluorid und
Stickstoff (SF6+N2),
oder reinem Stickstoffgas (N2) oder Luft.
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Die
Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung
ist speziell geeignet zur Verwendung in Hoch- und/oder Mittelspannungsschaltstationen
zur Verteilung und Übertragung
elektrischer Leistung. Entsprechend bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf eine Hoch- und/oder Mittelspannungsschaltstation zur
Verteilung und Übertragung
elektrischer Leistung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Unterbrechungs-
und Freischaltungsvorrichtung gemäß der Erfindung aufweist.
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Mit
Bezug auf 4 ist eine alternative Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch
veranschaulicht, indem lediglich die Strombahn dargestellt wird.
Speziell sieht die Ausführungsform
aus 4 die Verwendung eines Unterbrechungspols 89 vor,
einer abgedichteten Unterbrechungskammer 90 und von drei
isolierenden Buchsen 91, 92 und 93.
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Die
Unterbrechungskammer 90 ist vorzugsweise mit Schwefelhexafluorid
SF6 befüllt,
während das
verbleibende Volumen der Unterbrechungs- und Freischal tungsvorrichtung
mit isolierenden Mitteln befüllt
ist, die sehr niedrige Umweltauswirkungen haben, oder sogar überhaupt
keine Auswirkungen, so wie z.B. einer Mischung von Schwefelhexafluorid
und Stickstoff (SF6+N2),
oder reinem Stickstoffgas (N2) oder Luft.
Was die konstruktiven Einzelheiten anbelangt, kann Bezug auf z.B. 3 genommen
werden. Diese Ausführungsform
ist vorteilhaft, indem sie es ermöglicht, die Vorrichtung mit
vielfachen sekundären
Verteilungsschienen z.B. in einer Schaltstation zu verbinden.
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In
der Praxis wurde herausgefunden, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung
vollständig
das beabsichtigte Ziel erreicht, weil es Dank der Modularität ihrer
Struktur möglich
ist, das Verschmutzungspotential der Unterbrechungs- und Freischaltungsvorrichtung
zu minimieren, indem die Isolationsmittel, welche hohe Umweltauswirkungen
haben, lediglich in die Teile ausgegrenzt werden, die eine höhere Lichtbogentilgungsleistung
benötigen.
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Die
derartig ausgedachte Vorrichtung kann verschiedenen Abwandlungen
und Veränderungen unterworfen
werden, von denen alle innerhalb des Schutzbereichs des erfinderischen
Konzepts liegen; z.B. ist es möglich,
vielfältige
Unterbrechungskammern zu verwenden. Auf jeden Fall werden jedoch die
Vorteile, die bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
angetroffen werden, beibehalten.
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Alle
Details können
ferner durch technisch äquivalente
Elemente ersetzt werden. In der Praxis können die betrachteten Schaltungsaufbauten,
solange sie kompatibel mit der speziellen Verwendung sind, ebenso
wie einzelne Bauteile irgendwelche sein gemäß den Erfordernissen und dem
Stand der Technik.