EP0283949A2 - Mehrstellungs-Kommutierungstrenner für Hoch- und Mittelspannungs-Schaltanlagen - Google Patents

Mehrstellungs-Kommutierungstrenner für Hoch- und Mittelspannungs-Schaltanlagen Download PDF

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EP0283949A2
EP0283949A2 EP88104330A EP88104330A EP0283949A2 EP 0283949 A2 EP0283949 A2 EP 0283949A2 EP 88104330 A EP88104330 A EP 88104330A EP 88104330 A EP88104330 A EP 88104330A EP 0283949 A2 EP0283949 A2 EP 0283949A2
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EP
European Patent Office
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contact
commutation
vacuum interrupter
isolator
pins
Prior art date
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EP88104330A
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English (en)
French (fr)
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EP0283949B1 (de
EP0283949A3 (en
Inventor
Ferdinand Dr. Dr.Ing. Lutz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASEA BROWN BOVERI AKTIENGESELLSCHAFT
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Asea Brown Boveri AG Germany
BBC Brown Boveri AG Germany
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Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland, Asea Brown Boveri AG Germany, BBC Brown Boveri AG Germany filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Publication of EP0283949A2 publication Critical patent/EP0283949A2/de
Publication of EP0283949A3 publication Critical patent/EP0283949A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H01H33/121—Load break switches
    • H01H33/125—Load break switches comprising a separate circuit breaker
    • H01H33/128—Load break switches comprising a separate circuit breaker being operated by a separate mechanism interlocked with the sectionalising mechanism
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/56—Contact arrangements for providing make-before-break operation, e.g. for on-load tap-changing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H01H33/6661—Combination with other type of switch, e.g. for load break switches

Definitions

  • the invention relates to a multi-position commutation isolator for high and medium voltage switchgear according to the preamble of claim 1.
  • Such a multi-position commutation isolator for high and medium voltage switchgear is known from DE-OS 35 06 383.
  • the multi-position commutation isolator described there is used for the uninterrupted switching of feed lines or cable outlets to the main and auxiliary busbars.
  • the feed lines or cable outlets are galvanically connected to the main busbar.
  • the feed lines or cable outlets are connected to both the main and the auxiliary busbar, which is done by means of a sliding contact arrangement.
  • the feed lines or cable outlets are galvanically connected to the auxiliary busbar.
  • the feed lines or cable outlets are separated from the main and auxiliary busbars.
  • DE-OS 34 12 399 discloses a high-voltage device designed as a three-position switch (operating position, disconnected position, earthing position) which is suitable as a load-break switch and earthing switch.
  • the three-position switch is designed with a switching arm that can be swiveled around a fixed point.
  • a switching element preferably a vacuum interrupter, is arranged in series with the separating distances in the insulating medium that arise in the middle position. The uninterrupted commutation of a current is not possible with this switching device.
  • Disconnectors are generally switching devices in electrical power distribution systems. They normally switch off almost without current. When switched on, isolators must be able to carry operating and short-circuit currents. Disconnectors with the task of uninterrupted commutation of currents are also known, for example, from EP 01 26 882. There, however, two separate isolators are required for commutation.
  • the invention is based on the object of specifying a multi-position commutation isolator for high and medium voltage switchgear of the type mentioned, with which load and / or short-circuit currents from one busbar or line to another Busbar or line can be commutated quickly and without interruption even if an inductively fed commutation arc arises, for example by coupling between the phases.
  • a current flowing via the main current path can be commutated quickly and without interruption to one or alternatively to one of two or more secondary current paths or vice versa from a secondary current path to the main current path, even if when commutating currents from one busbar to another busbar, a commutation arc occurs due to an inductive voltage.
  • Such an inductive voltage as a result of the coupling of the phases is present in outdoor switchgear and in three-phase encapsulated gas-insulated switchgear.
  • the short switching times of up to a few 10 ms required for fast current commutation are achieved constructively, among other things, by keeping the masses to be moved small.
  • the multi-position commutation isolator can therefore e.g. advantageously be made with SF6 gas filling, which allows small insulation distances and consequently small moving masses.
  • the extinguishing devices must advantageously only be designed for a return voltage of generally less than 1000V and are therefore not expensive in terms of effort Quenching devices of the circuit breakers of the corresponding voltage level comparable.
  • Low-voltage or medium-voltage vacuum interrupters which are integrated in the current path can therefore advantageously also be used as the extinguishing device.
  • Mechanical integration of the vacuum interrupter in the movable arm of the disconnector has spatial advantages, but leads to larger masses to be moved and thus longer switching times or greater drive energies required, and is disadvantageous in this regard.
  • An integration of the vacuum interrupter in the main current path of the isolator, as proposed in DE-OS34 12 399, also has the disadvantage that the contacts are constantly subjected to the current.
  • the separation, connection and commutation functions of the multi-position commutation isolator can be carried out by a single mechanical drive. Only one single multi-position commutation isolator is required per infeed or outgoing line of a switchgear with a main busbar and two or more auxiliary busbars.
  • the multi-position commutation isolator thus enables the construction of a switchgear that is significantly less expensive than conventional switchgear with minimal circuit breaker effort.
  • the multi-position commutation isolator 1 with drive 2 has four external connections 3, 4, 5 and 6.
  • the external connections 3 or 5 or 6 are directly connected to internal contacts 7 (main current path contact) or 8 or 9 (secondary current path contacts).
  • the isolator 1 has two earth contacts 10 and 11, respectively.
  • the external connection 4 is connected internally to a contact pin 12 movable by the drive 2.
  • the contact pin 12 is provided at its freely movable end with a sliding contact 13 (movable contact device) for optional connection to the contacts 7 to 9 or earth contacts 10, 11.
  • the internal electrical connection from terminal 3 to terminal 4 is called the main current path and the connections from terminal 4 to terminal 5 and from terminal 4 to claim 6 are called secondary current paths.
  • the switching position shown in Fig. 1 of the movable contact pin 12 and the attached sliding contact 13 is just such that the main current path 3-4 is closed.
  • 2 to 5 are a commutation from the main current path 3-4 to the secondary current path 4-5 and then the separation and the subsequent grounding shown via the earth contact 10.
  • 2 and 3 show two phases of uninterrupted commutation from the main current path 3-4 to the secondary current path 4-5.
  • the sliding contact 13 connects the contact 7 of the main current path 3-4 to the contact 8 of the secondary current path 4-5. Uninterrupted commutation can take place in this phase.
  • the end of commutation is shown in Fig. 3.
  • the connection between the sliding contact 13 and the contact 7 of the main current path 3-4 is interrupted, so that the current flow now occurs exclusively via the contact 8 of the secondary current path 4-5.
  • connection 4 an incoming or outgoing line connected to connection 4 is grounded.
  • a first exemplary embodiment of a multi-position commutation isolator 14 is shown in perspective in FIG. 6.
  • the isolator 14 has three internal contacts 15 (bypass contact) or 16 (main contact) or 17 (bypass contact), beneath which there are contact pins 18 or 19 or 20 (movable contact device).
  • contacts 15, 16, 17, devices for blowing the arc that arises during the commutation process are integrated, so that they are extinguished (see, for example, Burkhard, GmbH GmbH der Elektroenergietechnik, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach 1985, pages 104 to 110).
  • the devices provided in the example according to FIG. 6 for blowing the commutation arc differ from the known devices for blowing the arc in circuit breakers in that they are specially matched to the low return voltage during the commutation process and are therefore comparatively very simple compared to the known devices.
  • the contact pins 18 or 19 or 20 are mounted so that they can move vertically in guide sleeves 21 or 22 or 23.
  • the movements of the contact pins 18, 19, 20 can be coordinated in a mechanically coupled manner via a link slide 24.
  • the coordinated control of the movements of the contact pins takes place by means of guide pins 25 or 26 or 27 which are fixedly connected to the contact pins 18 or 19 or 20 and which are guided in the slot of the link slide 24 which can be displaced horizontally in both directions.
  • the contact pins 18 or 19 or 20 are electrically connected at their ends facing away from the contacts 15, 16, 17 via flexible connecting lines 28 or 29 or 30 to a common connection 31.
  • connection 31 is with a feed or outgoing line, the contact 16 with a main busbar, the contact 15 with a first auxiliary busbar and the contact 17 is connected to a second auxiliary busbar.
  • the internal connection from contact 16 to connection 31 is referred to as the main current path and the connections from contact 15 to connection 31 and from contact 17 to connection 31 as secondary current paths.
  • the contact pin 19 is connected to the contact 16 of the main current path, while the contact pins 18 and 20 have no electrical contact with the contacts 15 and 17 of the secondary current paths.
  • the main current path 16-31 is therefore closed via the contact pin 19 and the connecting line 29, while the secondary current paths 15-31 and 17-31 are open. If the sliding block 24 is now shifted to the left, for example, the contact pin 18 is first driven by the guide pin 25 and is moved upward and the secondary flow path 15-31 is thus closed. Thereafter, the contact pin 19, - driven by the guide pin 26, - down, whereby the main current path 16-31 is opened. A current which initially flows through the main current path 16-31 is commutated without interruption onto the secondary current path 15-31.
  • the multi-position commutation isolator 14 can be provided with further contacts and contact pins / guide sleeves in order to additionally enable grounding.
  • FIG. 7 shows a second exemplary embodiment of a multi-position commutation isolator 32.
  • the isolator 32 has three contacts 33 (secondary current path contact), 34 (main current path contact), 35 (secondary current path contact) and a central commutation sliding contact 36.
  • the commutation sliding contact 36 (movable contact device) has three adjacent contact segments 37, 38, 39, which are separated from one another by means of insulating pieces 40, 41, the contact segments 37, 38 being arranged at the outer ends of the commutating sliding contact 36 and the contact segment 39 is located in the middle between the segments 37, 38 or between the insulating pieces 41, 40.
  • the commutation sliding contact 36 is attached to the movable end of a pivot arm 42 which can be pivoted about a pivot point 43.
  • the rotary arm 42 is mechanically fixedly connected to an electrically insulating cam 44, which can also be pivoted about the same pivot point 43.
  • the movable contact 47 of a (single) vacuum interrupter 46 see, for example, Burkhard, switching devices of electrical engineering, VDE publishing house, Berlin, Offenbach, 1985, pages 110 to 111), that is, the vacuum interrupter 46 can, depending on the current position the cam 44 can be switched on and off via the movable contact 47.
  • the switching capacity of the vacuum interrupter is adapted to the commutation voltage (inductive voltage due to the coupling between the phases).
  • the two outer contact segments 37, 38 of the commutation sliding contact 36 are electrically connected to one another by a bracket 45.
  • the bracket 45 is connected via a flexible connecting line 49 to the movable contact 47 of the vacuum interrupter 46.
  • the middle (inner) contact segment 39 of the commutation sliding contact 36 is electrically connected to a terminal 52 via the rotary arm 42 and a flexible connecting line 50.
  • the fixed contact 48 of the vacuum interrupter 46 is also electrically connected to the terminal 52 via a flexible connecting line 51.
  • the drive which pivots the rotary arm 42 and the cam plate 44 about the pivot point 43 is identified by the number 53.
  • connection 52 is connected to a feed or outgoing line, the contact 34 to a main bus bar, the contact 33 to a first auxiliary bus bar and the contact 35 to a second auxiliary bus bar.
  • the internal connection from contact 34 to connection 52 is referred to as the main current path and the connections from contact 33 to connection 52 and from contact 35 to connection 52 are referred to as secondary current paths.
  • the contact of the contact segment 39 with the contact 34 is initially maintained.
  • the vacuum interrupter 46 is closed immediately after contact of the contact 33 with the contact segment 37, in that the movable contact 47 of the vacuum interrupter 46 is pressed into the "on" position (downward) by a trapezoidal cam of the cam 44 .
  • the contact segment 39 still contacts the contact 34 in this switching position, i.e. the electrical connection 34-39-42-50-52 remains.
  • a pre-ignition arc takes place inside the vacuum interrupter, i.e. there is a current flow from the connection 52 via the connecting line 51, the fixed contact 48, the vacuum interrupter 46, the movable contact 47, the connecting line 49, the bracket 45 and the contact segment 37 to the contact 33.
  • the multi-position commutation isolator 32 can be provided with further contacts in order to additionally enable grounding.
  • a plurality of vacuum interrupters or other commutation arc extinguishing devices can also be used, for example the extinguishing of the resulting arc with low return voltage can be supported by magnetic blowing or gas blowing (e.g. using sulfur hexafluoride) (see, for example, Burkhard, switching devices of electrical engineering) , VDE-Verlag, Berlin, Offenbach, 1985, pages 88, 104 to 110, 218).
  • magnetic blowing or gas blowing e.g. using sulfur hexafluoride

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Der Mehrstellungs-Kommutierungstrenner (1,14,32) weist einen Anschluß (4,31,52) für eine Einspeise- oder Abgangsleitung, eine mit diesem Anschluß verbundene bewegliche Kontaktvorrichtung (12/13, 18/19/20, 36/42) sowie einen feststehenden Hauptstrombahn-Kontakt (7,16,34) zum Anschluß einer Hauptsammelschiene auf. Die bewegliche Kontaktvorrichtung ist mittels eines mechanischen Antriebes (2,24,53) mit dem Hauptstrombahn-Kontakt verbindbar. Zur schnellen und unterbrechungsfreien Kommutierung von Last- und/oder Kurzschlußströmen von der Hauptsammelschiene auf eine Hilfsammelschiene und umgekehrt ist mindestens ein Nebenstrombahn-Kontakt (8/9,15/17,33/35) zum Anschluß mindestens einer Hilfssammelschiene vorgesehen und mit der beweglichen Kontaktvorrichtung mittels des Antriebes verbindbar. Dabei ist in zusätzlichen Schaltstellungen der Hauptstrombahn-Kontakt über die bewegliche Kontaktvorrichtung mit jeweils einem Nebenstrombahn-Kontakt verbindbar. Darüberhinaus sind eine Trenn- und eine Erdungsschaltstellung vorgesehen. Da beim Kommutieren von Strömen von einer Sammelschiene auf eine andere Sammelschiene ein Kommutierungslichtbogen aufgrund einer induktiven Spannung infolge der Kopplung zwischen den Phasen auftreten kann, ist eine Löscheinrichtung vorgesehen. Zur Lichtbogenlöschung kann eine Vakuumschaltröhre (46) zwischen dem Anschluß für eine Einspeise- oder Abgangsleitung und der beweglichen Kontaktvorrichtung angeordnet sein, oder es sind Einrichtungen zur magnetischen Beblasung oder Gasbeblasung vorgesehen.

Description



  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrstellungs-Kom­mutierungstrenner für Hoch- und Mittelspannungs-Schalt­anlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein solcher Mehrstellungs-Kommutierungstrenner für Hoch- und Mittelspannungs-Schaltanlagen ist aus der DE-OS 35 06 383 bekannt. Der dort beschriebene Mehrstellungs-­Kommutierungstrenner dient zur unterbrechungslosen Um­schaltung von Einspeiseleitungen bzw. Kabelabgängen auf die Haupt- und Hilfssammelschiene. Dabei sind in einer ersten Schaltstellung die Einspeiseleitungen bzw. Kabel­abgänge galvanisch mit der Hauptsammelschiene verbunden. In einer zweiten Schaltstellung sind die Einspeiselei­tungen bzw. Kabelabgänge sowohl mit der Haupt- als auch mit der Hilfssammelschiene verbunden, was mittels einer Schleifkontaktanordnung erfolgt. In einer dritten Schaltstellung sind die Einspeiseleitungen bzw. Kabelab­gänge galvanisch mit der Hilfssammelschiene verbunden. In einer vierten Schaltstellung sind die Einspeiselei­tungen bzw. Kabelabgänge getrennt von der Haupt- und Hilfssammelschiene. In einer fünften Schaltstellung sind die Einspeiseleitungen bzw. Kabelabgänge mit einem Erd­kontakt verbunden. Dieser bekannte Mehrstellungs-Kommu­tierungstrenner gewährleistet nur bei solchen Schaltan­lagen ein funkenloses Umschalten, bei denen keine induk­tive Kopplung zwischen den Phasen auftritt und bei denen kein durch Induktionsspannung gespeister Kommutierungs­lichtbogen entstehen kann (z.B. einphasig gekapselte Schaltanlagen geringer Baugröße). Im Falle induktiver Kopplung jedoch ist bei diesem bekannten Mehrstellungs-­Kommutierungstrenner die Gefahr gegeben, daß bei grö­ßeren Stromstärken ein Stehlichtbogen entsteht.
  • Aus der DE-OS 34 12 399 ist ein als Dreistellungsschal­ter (Betriebsstellung, Trennstellung, Erdungsstellung) ausgeführtes Hochspannungsgerät bekannt, das als Last­trennschalter und Erdungsschalter geeignet ist. Der Dreistellungsschalter ist mit einem um einen festen Punkt schwenkbaren Schaltarm ausgeführt. In Reihe zu den in der Mittelstellung entstehenden Trennstrecken im Iso­liermedium ist ein Schaltelement, vorzugsweise eine Va­kuumschaltröhre, angeordnet. Das unterbrechungsfreie Kommutieren eines Stromes ist mit diesem Schaltgerät nicht möglich.
  • Trenner sind allgemein Schaltgeräte in Anlagen der elek­trischen Energieverteilung. Sie schalten normalerweise annähernd stromlos. Im eingeschalteten Zustand müssen Trenner Betriebs- und Kurzschlußströme führen können. Trenner mit der Aufgabe des unterbrechungslosen Kommu­tierens von Strömen sind beispielsweise auch aus der EP 01 26 882 bekannt. Dort werden jedoch zwei getrennte Trenner für das Kommutieren benötigt.
  • Wenn in einer solchen Schaltanlage im Zuge einer Last­schaltung (Schalten von Betriebsströmen) der Strom von einer Sammelschiene auf eine andere Sammelschiene mit zwei Trennern kommutiert werden soll, so muß, wie be­reits erwähnt, der beim Kommutierungsvorgang zwischen den Kontakten der die Kommutierung durchführenden Tren­ner entstehende Lichtbogen konstruktiv berücksichtigt werden. Die Kontakte herkömmlicher Trenner haben keine dafür geeigneten Kontaktsysteme.
  • Eine weitere Einschränkung der Eignung herkömmlicher Trenner für das schnelle, unterbrechungslose Kommutieren von Strömen ist durch die geringe Schaltgeschwindigkeit gegeben. Da Trenner keine Ströme schalten müssen, ist ihre Schaltgeschwindigkeit gering. Ein Kommutierungsvor­gang mit zwei Trennern der herkömmlichen Bauart dauert also sehr lange. Infolge der geringen Schaltgeschwindig­keit erhöhen sich die Zeitdauer der Kontaktbelastung durch den Kommutierungslichtbogen sowie generell die Zeitdauer des Kommutierungsvorgangs. Für das unterbre­chungslose Kommutieren von Kurzschlußströmen sind her­kömmliche Trenner somit ungeeignet, da der Kommutie­rungsvorgang nur wenige Millisekunden bis wenige 10 Mil­lisekunden dauern darf und extrem stromstarke Kommutie­rungslichtbögen entstehen können.
  • Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrun­de, einen Mehrstellungs-Kommutierungstrenner für Hoch- und Mittelspannungs-Schaltanlagen der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem Last- und/oder Kurzschlußströme von einer Sammelschiene oder Leitung auf eine andere Sammelschiene oder Leitung schnell und unterbrechungs­frei auch dann kommutiert werden können, wenn ein induk­tiv gespeister Kommutierungslichtbogen, beispielsweise durch Kopplung zwischen den Phasen, entsteht.
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­besondere darin, daß ein über die Hauptstrombahn flie­ßender Strom schnell und unterbrechungsfrei auf eine oder wahlweise auf eine von zwei oder mehreren Neben­strombahnen bzw. umgekehrt von einer Nebenstrombahn auf die Hauptstrombahn kommutiert werden kann, und zwar auch dann, wenn beim Kommutieren von Strömen von einer Sam­melschiene auf eine andere Sammelschiene ein Kommutie­rungslichtbogen aufgrund einer induktiven Spannung auf­tritt. Eine solche induktive Spannung infolge der Kopp­lung der Phasen liegt vor bei Freiluftschaltanlagen so­wie bei dreiphasig gekapselten gasisolierten Schaltanla­gen.
  • Die für ein schnelles Stromkommutieren geforderten kur­zen Schaltzeiten von bis zu wenigen 10 ms werden kon­struktiv unter anderem dadurch erreicht, daß die zu be­wegenden Massen klein gehalten werden. Der Mehrstel­lungs-Kommutierungstrenner kann deshalb z.B. vorteilhaft mit SF6-Gasfüllung ausgeführt sein, wodurch kleine Iso­lationsabstände und daraus folgend kleine bewegliche Massen möglich sind.
  • Die Löscheinrichtungen müssen vorteilhaft nur auf eine Wiederkehrspannung von in der Regel weniger als 1000V ausgelegt sein und sind somit vom Aufwand nicht mit den Löscheinrichtungen der Leistungsschalter der entspre­chenden Spannungsebene vergleichbar. Als Löscheinrich­tung können deshalb vorteilhaft auch Niederspannungs- oder Mittelspannungs-Vakuumschaltröhren, die in den Strompfad integriert sind, verwendet werden. Eine mecha­nische Integration der Vakuumschaltröhre in den bewegli­chen Arm des Trenners hat räumliche Vorteile, führt je­doch zu größeren zu bewegenden Massen und damit längeren Schaltzeiten oder größeren benötigten Antriebsenergien und ist unter diesem Aspekt nachteilig. Eine Integration der Vakuumschaltröhre in den Hauptstrompfad des Tren­ners, wie in der DE-OS34 12 399 vorgeschlagen, weist darüberhinaus den Nachteil auf, daß die Kontakte ständig vom Strom beaufschlagt werden.
  • Die Trenn-, Verbindungs- und Kommutierungsfunktionen des Mehrstellungs-Kommutierungstrenners können durch einen einzigen mechanischen Antrieb erfolgen. Pro Einspeise- oder Abgangsleitung einer Schaltanlage mit einer Haupt­sammelschiene und zwei oder mehr Hilfssammelschienen ist stets nur ein einziger Mehrstellungs-Kommutierungstren­ner notwendig. Der Mehrstellungs-Kommutierungstrenner ermöglicht somit den Aufbau einer im Vergleich zu kon­ventionellen Schaltanlagen deutlich kostengünstigeren Schaltanlage mit minimalem Leistungsschalter-Aufwand.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeich­nungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 bis 5 eine prinzipielle Darstellung eines Mehr­stellungs-Kommutierungstrenners in ver­schiedenen Schaltstellungen,
    • Fig. 6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Mehrstellungs-Kommutierungstrenners mit mehrereren beweglichen Kontaktstiften,
    • Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Mehrstellungs-Kommutierungstrenners mit einer Vakuumschaltröhre zum Löschen des Komutierungslichtbogens.
  • In den Fig. 1 bis 5 ist eine prinzipielle Darstellung eines Mehrstellungs-Kommutierungstrenners in verschiede­nen Schaltstellungen gezeigt. Der Mehrstellungs-Kommu­tierungstrenner 1 mit Antrieb 2 weist vier externe An­schlüsse 3, 4, 5 und 6 auf. Die externen Anschlüsse 3 bzw. 5 bzw. 6 sind mit internen Kontakten 7 (Hauptstrom­bahn-Kontakt) bzw. 8 bzw. 9 (Nebenstrombahn-Kontakte) direkt verbunden. Desweiteren weist der Trenner 1 zwei Erdkontakte 10 bzw. 11 auf. Der externe Anschluß 4 ist intern mit einem durch den Antrieb 2 beweglichen Kon­taktstift 12 verbunden. Der Kontaktstift 12 ist an sei­nem frei beweglichen Ende mit einem Schleifkontakt 13 (bewegliche Kontaktvorrichtung) zur wahlweisen Verbin­dung mit den Kontakten 7 bis 9 bzw. Erdkontakten 10, 11 versehen.
  • Die interne elektrische Verbindung von Anschluß 3 nach Anschluß 4 wird als Hauptstrombahn und die Verbindungen von Anschluß 4 nach Anschluß 5 sowie von Anschluß 4 nach Anspruch 6 werden als Nebenstrombahnen bezeichnet. Die in Fig. 1 gezeigte Schaltstellung des beweglichen Kon­taktstiftes 12 und des daran befestigten Schleifkontak­tes 13 ist gerade so, daß die Hauptstrombahn 3-4 ge­schlossen ist.
  • In den Fig. 2 bis 5 sind eine Kommutierung von der Hauptstrombahn 3-4 auf die Nebenstrombahn 4-5 und daran anschließend die Trennung und die nachfolgende Erdung über den Erdkontakt 10 dargestellt. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei Phasen des unterbrechungslosen Kommutierens von der Hauptstrombahn 3-4 auf die Nebenstrombahn 4-5. In Fig. 2 verbindet der Schleifkontakt 13 den Kontakt 7 der Hauptstrombahn 3-4 mit dem Kontakt 8 der Nebenstrom­bahn 4-5. In dieser Phase kann die unterbrechungslose Kommutierung erfolgen. Das Ende der Kommutierung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Verbindung zwischen dem Schleif­kontakt 13 und dem Kontakt 7 der Hauptstrombahn 3-4 ist unterbrochen, so daß der Stromfluß nun ausschließlich über den Kontakt 8 der Nebenstrombahn 4-5 erfolgt.
  • Fig. 4 zeigt eine Trennstellung, in der sowohl die Hauptstrombahn 3-4 als auch die Nebenstrombahnen 4-5 und 4-6 unterbrochen sind und der Kontakt 7 der Hauptstrom­bahn 3-4 sowie die Kontakte 8 und 9 der Nebenstrombahnen 4-5 bzw. 4-6 voneinander elektrisch isolierend getrennt sind.
  • In Fig. 5 ist der Schleifkontakt 13 mit dem Erdkontakt 10 verbunden. Dadurch wird eine an den Anschluß 4 ange­schlossene Einspeise- oder Abgangsleitung geerdet.
  • In gleicher Weise wie die beschriebene Kommutierung von der Hauptstrombahn 3-4 auf die Nebenstrombahn 4-5 kann eine Kommutierung von der Hauptstrombahn 3-4 auf die Nebenstrombahn 4-6 erfolgen, und ebenso kann sich daran die Trennung sowie die Erdung über den Erdkontakt 11 anschließen.
  • In Fig. 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Mehr­stellungs-Kommutierungstrenners 14 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Der Trenner 14 weist drei interne Kontakte 15 (Nebenstrombahn-Kontakt) bzw. 16 (Haupt­strombahn-Kontakt) bzw. 17 (Nebenstrombahn-Kontakt) auf, unter denen sich Kontaktstifte 18 bzw. 19 bzw. 20 (be­wegliche Kontaktvorrichtung) befinden. In die Kontakte 15, 16, 17 sind Einrichtungen zur Beblasung des beim Kommutierungsvorgang entstehenden Lichtbogens integ­riert, so daß eine Löschung erfolgt (siehe hierzu bei­spielsweise Burkhard, Schaltgeräte der Elektroenergie­technik, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach 1985, Seiten 104 bis 110). Die beim Beispiel gemäß Fig. 6 vorgesehenen Einrichtungen zur Beblasung des Kommutierungslichtbogens unterscheiden sich von den bekannten Einrichtungen zur Bogenbeblasung in Leistungsschaltern dadurch, daß sie speziell auf die nur geringe Wiederkehrspannung beim Kommutierungsvorgang abgestimmt und somit gegenüber den bekannten Einrichtungen vergleichsweise sehr einfach aufgebaut sind.
  • Die Kontaktstifte 18 bzw. 19 bzw. 20 sind in Führungs­hülsen 21 bzw. 22 bzw. 23 vertikal beweglich gelagert. Über einen Kulissenschieber 24 können die Bewegungen der Kontaktstifte 18, 19, 20 mechanisch gekoppelt koordi­niert werden.
  • Die koordinierte Steuerung der Bewegungen der Kontakt­stifte erfolgt durch fest mit den Kontaktstiften 18 bzw. 19 bzw. 20 verbundene Führungszapfen 25 bzw. 26 bzw. 27, die im Schlitz des waagerecht in beiden Richtungen ver­schiebbaren Kulissenschiebers 24 geführt sind. Die Kon­taktstifte 18 bzw. 19 bzw. 20 sind an ihren den Kontak­ten 15, 16, 17 jeweils abgewandten Enden über flexible Anschlußleitungen 28 bzw. 29 bzw. 30 mit einem gemeinsa­men Anschluß 31 elektrisch verbunden.
  • Der Anschluß 31 ist mit einer Einspeise- oder Abgangs­leitung, der Kontakt 16 mit einer Hauptsammelschiene, der Kontakt 15 mit einer ersten Hilfssammelschiene und der Kontakt 17 mit einer zweiten Hilfssammelschiene ver­bunden. Die interne Verbindung von Kontakt 16 nach An­schluß 31 wird als Hauptstrombahn und die Verbindungen von Kontakt 15 nach Anschluß 31 sowie von Kontakt 17 nach Anschluß 31 als Nebenstrombahnen bezeichnet.
  • Bei der in Fig. 6 gezeigten Schaltstellung des Trenners 14 ist der Kontaktstift 19 mit dem Kontakt 16 der Haupt­strombahn verbunden, während die Kontaktstifte 18 und 20 keinen elektrischen Kontakt mit den Kontakten 15 und 17 der Nebenstrombahnen haben. Die Hauptstrombahn 16-31 ist demnach über den Kontaktstift 19 und die Anschlußleitung 29 geschlossen, während die Nebenstrombahnen 15-31 und 17-31 geöffnet sind. Wird jetzt der Kulissenschieber 24 beispielsweise nach links verschoben, dann wird zunächst der Kontaktstift 18, - durch den Führungszapfen 25 ange­treiben, - nach oben bewegt und somit wird die Neben­strombahn 15-31 geschlossen. Danach bewegt sich der Kon­taktstift 19, - durch den Führungszapfen 26 angetrieben, - nach unten, wodurch die Hauptstrombahn 16-31 geöffnet wird. Ein zunächst über die Hauptstrombahn 16-31 flie­ßender Strom wird demnach unterbrechungsfrei auf die Ne­benstrombahn 15-31 kommutiert.
  • Wird jetzt der Kulissenschieber 21 noch weiter nach links bewegt, so bewegt sich der Kontaktstift 18, - durch den Führungszapfen 25 angetrieben, - wieder nach unten, und der Mehrstellungs-Kommutierungstrenner 14 befindet sich in der Trennstellung.
  • In gleicher Weise wie die beschriebene Kommutierung von der Hauptstrombahn 16-31 auf die Nebenstrombahn 15-31 kann eine Kommutierung von der Hauptstrombahn 16-31 auf die Nebenstrombahn 17-31 erfolgen.
  • Der Mehrstellungs-Kommutierungstrenner 14 kann mit wei­teren Kontakten und Kontaktstiften/Führungshülsen verse­hen sein, um zusätzlich eine Erdung zu ermöglichen.
  • In Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Mehrstellungs-Kommutierungstrenners 32 dargestellt. Der Trenner 32 weist drei Kontakte 33 (Nebenstrombahn-Kon­takt), 34 (Hauptstrombahn-Kontakt), 35 (Nebenstrombahn-­Kontakt) sowie einen zentralen Kommutierungsschleifkon­takt 36 auf. Der Kommutierungsschleifkontakt 36 (beweg­liche Kontaktvorrichtung) verfügt über drei nebeneinan­der liegende Kontaktsegmente 37, 38, 39, die mittels Isolierstücke 40, 41 elektrisch isoliert voneinander getrennt sind, wobei die Kontaktsegmente 37, 38 an den äußeren Enden des Kommutierungsschleifkontaktes 36 ange­ordnet sind und sich das Kontaktsegment 39 in der Mitte zwischen den Segmenten 37, 38 bzw. zwischen den Isolier­stücken 41, 40 befindet.
  • Der Kommutierungsschleifkontakt 36 ist am beweglichen Ende eines um einen Drehpunkt 43 schwenkbaren Dreharmes 42 angebracht. Der Dreharm 42 ist mit einer ebenfalls um den gleichen Drehpunkt 43 schwenkbaren, elektrisch iso­lierenden Kurvenscheibe 44 mechanisch fest verbunden. An der Kurvenscheibe 44 liegt der bewegliche Kontakt 47 einer (einzigen) Vakuumschaltröhre 46 (siehe hierzu bei­spielsweise Burkhard, Schaltgeräte der Elektroenergie­technik, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach, 1985, Seite 110 bis 111), d.h. die Vakuumschaltröhre 46 kann je nach momentaner Stellung der Kurvenscheibe 44 über den beweg­lichen Kontakt 47 ein- und ausgeschaltet werden. Das Schaltvermögen der Vakuumschaltröhre ist der Kommutie­rungsspannung (induktive Spannung infolge der Kopplung zwischen den Phasen) angepaßt.
  • Die beiden äußeren Kontaktsegmente 37, 38 des Kommutie­rungsschleifkontaktes 36 sind durch einen Bügel 45 elek­trisch miteinander verbunden. Der Bügel 45 ist über eine flexible Verbindungsleitung 49 an den beweglichen Kon­takt 47 der Vakuumschaltröhre 46 angeschlossen. Das mittlere (innere) Kontaktsegment 39 des Kommutierungs­schleifkontaktes 36 ist über den Dreharm 42 und eine flexible Verbindungsleitung 50 mit einem Anschluß 52 elektrisch verbunden. Der Festkontakt 48 der Vakuum­schaltröhre 46 ist über eine flexible Verbindungsleitung 51 ebenfalls mit dem Anschluß 52 elektrisch verbunden.
  • Der den Dreharm 42 und die Kurvenscheibe 44 um den Dreh­punkt 43 schwenkende Antrieb ist mit Ziffer 53 bezeich­net.
  • Der Anschluß 52 ist mit einer Einspeise- oder Abgangs­leitung, der Kontakt 34 mit einer Hauptsammelschiene, der Kontakt 33 mit einer ersten Hilfssammelschiene und der Kontakt 35 mit einer zweiten Hilfssammelschiene ver­bunden. Die interne Verbindung von Kontakt 34 nach An­schluß 52 wird als Hauptstrombahn und die Verbindungen von Kontakt 33 nach Anschluß 52 sowie von Kontakt 35 nach Anschluß 52 werden als Nebenstrombahnen bezeichnet.
  • Bei der in Fig. 7 gezeigten Schaltstellung des Trenners ergibt sich ein Stromfluß vom Kontakt 34 über das Kon­taktsegment 39, den Dreharm 42 und die Verbindungslei­tung 50 zum Anschluß 52 (Hauptstrombahn 34-52). Da der bewegliche Kontakt 47 der Vakuumschaltröhre 46 bei der dargestellten Schaltstellung durch die Kurvenscheibe 44 in die "Aus"-Stellung geführt wird, ist die Vakuum­schaltröhre 46 geöffnet. Durch Schwenken des Dreharmes 42 nach links oder rechts kann der Strom auf den Kontakt 33 oder den Kontakt 35 kommutiert werden.
  • Wird beispielsweise der Dreharm 42 nach links ge­schwenkt, so bleibt zunächst die Berührung des Kontakt­segmentes 39 mit dem Kontakt 34 erhalten. Durch entspre­chende Gestaltung der Kurvenscheibe 44 wird die Vakuum­schaltröhre 46 unmittelbar nach der Berührung des Kon­taktes 33 mit dem Kontaktsegment 37 geschlossen, indem der bewegliche Kontakt 47 der Vakuumschaltröhre 46 durch einen trapezförmigen Nocken der Kurvenscheibe 44 in die "Ein"-Stellung (abwärts) gedrückt wird. Das Kontaktseg­ment 39 berührt in dieser Schaltstellung immer noch den Kontakt 34, d.h. die elektrische Verbindung 34-39-42-50-52 bleibt bestehen. Beim Schließen der Va­kuumschaltröhre findet ein Vorzündlichtbogen innerhalb der Vakuumschaltröhre statt, d.h. es ergibt sich ein Stromfluß vom Anschluß 52 über die Verbindungsleitung 51, den Festkontakt 48, die Vakuumschaltröhre 46, den beweglichen Kontakt 47, die Verbindungsleitung 49, den Bügel 45 und das Kontaktsegment 37 zum Kontakt 33.
  • Durch weiteres Schwenken des Dreharms 42 nach links wird eine Lage erreicht, in der nur noch das Isolierstück 40 und das äußere Kontaktsegment 38 den Kontakt 34 berühren und in der das mittlere Kontaktsegment 39 den Kontakt 33 bereits berührt. In dieser Lage wird die Vakuumschal­tröhre 46 wieder geöffnet, indem der bewegliche Kontakt 47 durch die Kurvenscheibe 44 wieder in die "Aus"-Stel­lung (aufwärts) geführt wird.
  • Nach dem Öffnen entsteht innerhalb der Vakuumschaltröhre 46 ein Kommutierungslichtbogen und verlöscht beim ersten Stromnulldurchgang wieder. Die Kommutierung von der Hauptstrombahn 34-52 auf die Nebenstrombahn 33-52 ist somit abgeschlossen und ein Stromfluß 52-50-42-39-33 bzw. umgekehrt ist gewährleistet. Durch weiteres Schwen­ken des Dreharmes 42 nach links wird die Trennstellung erreicht, in der sowohl die Hauptstrombahn als auch die Nebenstrombahnen unterbrochen sind und auch keine Quer­verbindung zwischen der Hauptstrombahn und einer der Nebenstrombahnen besteht.
  • In der gleichen Art erfolgen beim Kommutieren von Kon­takt 33 auf den Kontakt 34 (Schwenken des Dreharmes nach rechts) bzw. vom Kontakt 34 auf den Kontakt 35 (weiteres Schwenken des Dreharmes nach rechts) bzw. vom Kontakt 35 auf den Kontakt 34 (Schwenken des Dreharmes nach links) ebenfalls das Entstehen und Löschen des Kommutierungs­lichtbogens sowie das Entstehen des Vorzündlichtbogens innerhalb der Vakuumschaltröhre 46. Da die Vakuumschalt­röhre 46 mechanisch nicht in den Dreharm 42 integriert ist, werden ihre Kontakte stets nur beim Kommutieren belastet, nicht jedoch in den Betriebsstellungen 52-34, 52-33 oder 52-35. Die Kontaktbelastung ist deshalb er­heblich reduziert.
  • Der Mehrstellungs-Kommutierungstrenner 32 kann mit wei­teren Kontakten versehen sein, um zusätzlich eine Erdung zu ermöglichen.
  • Außer der gemäß Fig. 7 beschriebenen einzigen Vakuum­schaltröhre können auch mehrere Vakuumschaltröhren oder andere Kommutierungslichtbogenlöscheinrichtungen einge­setzt werden, beispielsweise kann die Löschung des ent­stehenden Lichtbogens mit niedriger Wiederkehrspannung durch magnetische Beblasung oder Gasbeblasung (z.B. mit Schwefelhexafluorid) unterstützt werden (siehe hierzu beispielsweise Burkhard, Schaltgeräte der Elektroener­gietechnik, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach, 1985, Seiten 88, 104 bis 110, 218).

Claims (7)

1. Mehrstellungs-Kommutierungstrenner für Hoch- und Mittelspannungs-Schaltanlagen mit einem Anschluß für eine Einspeise- oder Abgangsleitung, einer mit diesem Anschluß verbundenen beweglichen Kontaktvorrichtung und einem feststehenden Hauptstrombahn-Kontakt zum Anschluß einer Hauptsammelschiene und mindestens einem festste­henden Nebenstrombahn-Kontakt zum Anschluß einer Hilfs­sammelschiene, wobei die bewegliche Kontaktvorrichtung mittels eines mechanischen Antriebes mit dem Hauptstrom­bahn-Kontakt bzw. mit dem Nebenstrombahn-Kontakt bzw. mit beiden gleichzeitig verbindbar ist, dadurch gekenn­zeichnet, daß Löscheinrichtungen zur Löschung eines Kom­mutierungslichtbogens vorgesehen sind und die Steuerung der Löscheinrichtungen mechanisch gekoppelt mit der be­weglichen Kontaktvorrichtung erfolgt.
2. Mehrstellungs-Kommutierungstrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschung des entste­henden Kommutierungslichtbogens durch eine Einrichtung zur magnetischen Beblasung bzw. Gasbeblasung unterstützt wird.
3. Mehrstellungs-Kommutierungstrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lichtbogen-Löschung eine Vakuumschaltröhre (46) vorgesehen ist.
4. Mehrstellungs-Kommutierungstrenner nach den An­sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweg­liche Kontaktvorrichtung aus mindestens zwei elektrisch miteinander verbundenen, in Führungshülsen (21,22,23) verschiebbaren Kontaktstiften (18,19,20) besteht, wobei die Kontaktstifte direkt unter den feststehenden Kontak­ten (15, 16, 17) angeordnet sind und wobei die Kontakt­stifte (18,19,20) mit Führungszapfen (25,26,27) versehen sind, die mittels eines Kulissenschiebers (24) mecha­nisch gekoppelt bewegbar sind.
5. Mehrstellungs-Kommutierungstrenner nach den An­sprüchen 1 und 3, wobei die bewegliche Kontaktvorrich­tung aus einem Dreharm mit aufgesetztem Kommutierungs­schleifkontakt besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kommutierungsschleifkontakt (36) drei jeweils durch Iso­lierstücke (40,41) elektrisch voneinander getrennte Kon­taktsegmente (37,38,39) aufweist, wobei der eine Kontakt (48) der Vakuumschaltröhre (46) und der mit dem mittle­ren Kontaktsegment (39) elektrisch verbundene Dreharm (42) am Anschluß (52) für die Einspeise- oder Abgangs­leitung liegen, während der andere Kontakt (47) der Va­kuumschaltröhre (46) mit den beiden äußeren Kontaktseg­menten (37,38) verbunden ist.
6. Mehrstellungs-Kommutierungstrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des beweg­lichen Kontaktes (47) der Vakuumschaltröhre (46) durch eine Kurvenscheibe (44) erfolgt, die mechanisch mit der Bewegung des Dreharms (42) gekoppelt ist.
7. Mehrstellungs-Kommutierungstrenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine abbrandfeste Ausführung des Hauptstrombahn-Kontaktes (7,16,34), der Nebenstrombahn-Kontakte (8/9,15/17,33/35) und der beweglichen Kontaktvorrichtung (12/13, 18/19/20, 36/42).
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