EP3871244A1 - Erdungsschalter für eine mittel- und/oder hochspannungs-schaltungseinrichtung und entsprechende schaltungseinrichtung - Google Patents

Erdungsschalter für eine mittel- und/oder hochspannungs-schaltungseinrichtung und entsprechende schaltungseinrichtung

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Publication number
EP3871244A1
EP3871244A1 EP19820994.2A EP19820994A EP3871244A1 EP 3871244 A1 EP3871244 A1 EP 3871244A1 EP 19820994 A EP19820994 A EP 19820994A EP 3871244 A1 EP3871244 A1 EP 3871244A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
earthing switch
auxiliary
main
circuit device
Prior art date
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Pending
Application number
EP19820994.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mariusz ROHMANN
Dirk SCHRÄDER
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3871244A1 publication Critical patent/EP3871244A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/003—Earthing switches
    • 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
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    • 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
    • H01H33/123—Load break switches in which the auxiliary contact pivots on the main contact-arm and performs a delayed and accelerated movement
    • H01H33/124—Load break switches in which the auxiliary contact pivots on the main contact-arm and performs a delayed and accelerated movement the auxiliary contact being a whip contact
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H31/00—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H31/26—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch
    • H01H31/28—Air-break switches for high tension without arc-extinguishing or arc-preventing means with movable contact that remains electrically connected to one line in open position of switch with angularly-movable contact

Definitions

  • the invention relates to an earthing switch for a medium and / or high-voltage circuit device, wherein the earthing switch for earthing a contact element of the circuit device has a movable switching element and a contact arrangement arranged at the free end of the switching element, which has a main contact and an auxiliary contact for electrical contact of the contact element, wherein the switching element between a first position in which the main or auxiliary contact electrically contact the contact element and a second position in which both the main contact and the auxiliary contact electrically contact the contact element, and wherein the contact element is one Has structure for the electrical contact to the auxiliary contact.
  • the invention further relates to a corresponding switching device with such an earthing switch.
  • a switching arc When switching on and off the coupled currents with earthing switches, depending on the voltage level and especially when switching off - caused by the continuously flowing currents - a switching arc occurs.
  • a switching arc can extend over the entire disconnection path of the earthing switch, or can only thermally extinguish after the earthing circuit arrangement has come to a standstill in the “off” position.
  • the document DE 199 49 493 A1 shows an earthing switch for a medium-voltage circuit device, the earthing switch for earthing a contact piece of the circuit device having a movable switching element and a contact arrangement arranged at the free end of the switching element, which has two contact blades as the main contact and a front Zündhorn as an auxiliary contact for electrical contacting of the contact piece, the switching element between a first position in which neither the main nor auxiliary contact electrically contact the contact piece and a second position in which both the main contact and the auxiliary contact electrically contact the contact piece back and forth be movable and wherein the contact piece has a structure formed as a slot for the electrical contact to the auxiliary contact.
  • the auxiliary contact acts as a leading contact in relation to the main contact.
  • the earthing switch for earthing a contact element of the circuit device has a movable switching element and a contact arrangement arranged at the free end of the switching element, which has a main contact and an auxiliary contact for electrical contact of the contact element, the switching element being between a first position in the the main or auxiliary contact electrically contact the contact element and a second position in which both the main contact and the auxiliary contact can electrically contact the contact element and the contact element has a structure for the electrical contact to the auxiliary contact
  • the Auxiliary contact is formed by a rigid arm of the contact arrangement, the main contact being arranged fixed within the contact arrangement.
  • the rigid arm forming the auxiliary contact can now be matched to the structure of the contact element for electrical contacting the auxiliary contact such that it releases from the contact element when the earthing switch is opened with a resilient snap movement. In this way, the earthing switch opens very abruptly at a time when the main contact is already relatively far away from the contact element.
  • the contact switch is generally to be understood as an arrangement of elements of the contact switch, that is, as a contact switch arrangement. One of these elements is then the contact element with its structure for making electrical contact with the auxiliary contact. This element is in the open position of the contact switch separately from the other elements of the contact switch.
  • the result is a main contact system with the main contact and the contact element as contact and counter contact, and an auxiliary contact system with the auxiliary contact and the structure of the contact element as contact and counter contact.
  • the structure of the contact element for the electrical contacting of the auxiliary contact is designed as a rear grip structure with an inclined slope that can be gripped behind by the rigid arm.
  • This structure is in particular a nose structure, ie a structure in the form of a nose. This form means that the auxiliary contact is closed when the earthing switch is closed via the gently brought into a corresponding rear grip position on the rear grip structure and snaps or whips abruptly away from the contact element when opening.
  • the main and auxiliary contacts are arranged in such a way that the auxiliary contact is designed as a leading auxiliary contact which contacts the contact elements when the earthing switch closes before the main contact.
  • the earthing switch is movably mounted on a base element. It is preferably provided that the contact element is grounded via the base element. For this purpose, the base element is or is grounded.
  • the circuit device has the base element and that the earthing switch is designed as a built-on earthing switch.
  • the main contact is formed by a rigid arm of the contact arrangement, the contact arrangement branching out over the two arms.
  • the rigid arm is integrated into the contact arrangement via a torsion spring. This allows the rigid arm to be preloaded. It is preferred to see that the torsion spring is arranged at the free end of the rigid arm.
  • the earthing switch is an aforementioned earthing switch.
  • Theêtele element is a component of the earthing switch or at least one component of the medium and / or high voltage switching device.
  • Fig. 3 shows the sequence of movements when opening the ge in Fig. 1
  • Fig. 6 shows the sequence of movements when closing an earthing switch with a different modified auxiliary contact
  • Fig. 7 shows the sequence of movements when opening the earthing switch with a different modified auxiliary contact.
  • Fig. 1 shows a part of a medium and / or high-voltage circuit device 10 including an earthing switch 12 for this medium and / or high-voltage circuit device 10.
  • the earthing switch 12 is designed as a so-called Cultivator and the part shown the circuit device 10 consists of a base plate trained base element 14, which carries an insulator 16, on which a contact element 18 is arranged, which is electrically insulated from the base element 14 via the insulator 16.
  • the grounding switch 12 has a switching element 20 for grounding a mating contact formed by the contact element 18.
  • the contact element 18 can be understood as a component of the earthing switch 12, but is always part of the medium and / or high-voltage circuit device 10, in which the earthing switch 12 is integrated.
  • the contact element 18 has a structure 22, the shape and function of which will be discussed again in detail below in connection with the individual components of the switching element 20.
  • the switching element 20 is movable, more precisely pivotable, mounted on the base element 14 via a bearing 24 (double arrow 26) and has a contact arrangement 30 at its free end 28.
  • the contact arrangement 30 in turn has a star arm 32 which forms a main contact 34 of the switching element 20.
  • a rigid arm 38 branches off at a branch 36 of the contact arrangement 30 and forms an auxiliary contact 40 of the contact arrangement 30.
  • the term contact naturally refers in particular to an electrical contact. One can therefore refer to the two arms 32, 38 as contact arms 32, 38.
  • the rigid arm 38 is preferably made of aluminum and the structure 22 of the contact element 18 is made of stainless steel.
  • a contact arrangement 30 with a main contact 32 and an auxiliary contact 40 for the respective electrical contacting of the contact element 18 or of corresponding structures 18 of this contact element.
  • the main contact 32 contacts the base of the contact element 18 and the auxiliary contact 40 contacts the contact element 18 via the structure 22 of the contact element 18.
  • the structure 22 of the contact element 18 is designed for the electrical contacting of the auxiliary contact 40 as a rear grip structure with an inclined slope that can be gripped behind by the rigid arm 38.
  • This structure 22 is in particular a nose-shaped structure 22. With this shape, the auxiliary contact 40 is gently brought into a corresponding rear grip position on the rear grip structure 22 when the earthing switch 12 is closed, and snaps or whips abruptly from the contact element 18 when it is opened path.
  • the earthing switch 12 shown here is an earthing switch 12 in the form of a so-called mounting earth for disconnector of any type. However, it can also be designed as a stand-alone grounding switch 12.
  • the auxiliary contact 40 is specifically formed by an aluminum rod (ko African, AL 7075 T6) and the structure 22 of the contact element 18 by a stainless steel nose.
  • the stainless steel nose is, as I said, part of the fixed contact element 18 of the earthing switch 12 and the conical aluminum rod is part of the movable contact assembly 30 of the earthing switch 12.
  • the conical aluminum rod has a small end element 42 made of stainless steel for dielectric shielding at the free end tion and to accommodate the switching arc.
  • auxiliary contact 40 The design of the auxiliary contact 40 is thus characterized in detail by the following features:
  • the structure 22 serving as an auxiliary mating contact is a stainless steel nose which is part of the contact element 18 serving as a mating contact.
  • FIGS 2 to 7 now show different variants of the earthing switch 12 and its movement when closing (arrow 44) and when opening (arrow 46).
  • the auxiliary contact 40 acts as a leading contact with respect to the main contact 34 of the contact arrangement 30 of the earthing switch 12.
  • the bending-resistant arm 38 formed as an aluminum rod with the round end element 42 made of stainless steel contacts during the Run of the main contact system 18, 34 with the run-in slope of the structure 22 designed as a stainless steel nose, until the arm 38 then engages in the structure 22 by the further movement of the contact arrangement 30.
  • the current path is closed by the auxiliary contact system 22, 38, 42 ge and the main contact system 18, 32 can turn on voltage freely.
  • the auxiliary contact system 22, 38, 42 When the earthing switch 12 (FIGS. 3, 5 and 7) is switched off, the auxiliary contact system 22, 38, 42 is still closed.
  • the main contact system 18, 32 of the earthing switch 12 can open voltage-free.
  • the rigid arm 38 tensions (similar to a whip) until the protruding length of the rigid arm 38 has passed through the nose-shaped structure 22.
  • the rigid arm 38 leaves the structure 22, it whips back into its starting position (arrow 48).
  • the electrical contact of the auxiliary contact system 22, 38, 42 thereby opens at a very high speed Rapid switching of the auxiliary contact system 22, 38, 42 avoids a switching arc or is only weak or minimal.
  • FIG. 2 shows the sequence of movements when the earthing switch 12 shown in FIG. 1 is closed
  • FIG. 3 shows the sequence of movements when the earthing switch 12 shown in FIG. 1 is opened.
  • auxiliary contact system 22, 38, 42 with a short, rigid arm 38 (in particular aluminum rod).
  • Switching off Switching off the main contact system -> preloading auxiliary contact system 22, 38, 42 -> quick switch-off.
  • Cost-effective variant for switching small induced currents and voltages up to the nominal voltage level of 245 kV (to be restricted or expanded in the case of a detailed design).
  • FIG. 4 shows the sequence of movements when closing a Va riante of the earthing switch 12 with a slightly different auxiliary contact 40.
  • FIG. 5 shows the sequence of movements when the earthing switch 12 already shown in FIG. 4 is opened.
  • auxiliary contact system 22, 38, 42 with a long, rigid arm 38 (in particular aluminum rod).
  • Switching off Switching off the main contact system -> preloading the auxiliary contact system -> fast switching off.
  • Cost-effective variant for switching induced currents and voltages of the nominal voltage level 245 to 420 kV (to be restricted or expanded in the case of detailed design).
  • Fig. 6 shows the sequence of movements when closing a further variant of the earthing switch 12 with a slightly modified auxiliary contact 40.
  • Fig. 7 shows the sequence of movements when the earthing switch 12 already shown in Fig. 4 is opened.
  • the rigid arm 38 is on attached free end of the rigid arm 32 and points with its free end in the opposite direction as the rigid arm 32 ("hanging attachment").
  • This variant is referred to below as auxiliary contact system 22, 38, 42 with a long rigid arm 38 (in particular aluminum rod) and spring support.
  • Switching off Switching off the main contact system -> preloading the auxiliary contact system -> fast switching off.
  • the rod accelerates faster (a higher switching speed) compared to systems with massive auxiliary contacts and spring support
  • the elasticity of the selected aluminum enables such a high speed when leaving the stainless steel hook that practically no arc occurs (so short in time that it is possible to switch virtually arc-free - 'ho-arc feature').
  • conventional solutions always lead to long (large) arcs.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Erdungsschalter für eine Mittel- und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung und entsprechende Schaltungseinrichtung Die Erfindung betrifft einen Erdungsschalter (12) für eine Mittel- und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung (10), wobei der Erdungsschalter (12) zum Erden eines Kontaktelements (18) der Schaltungseinrichtung (10) ein bewegbares Schaltelement (20) und eine am freien Ende (28) des Schaltelements (20) angeordnete Kontaktanordnung (30) aufweist, die einen Hauptkontakt (34) und einen Hilfskontakt (40) zum elektrischen Kontaktieren des Kontaktelements (18) umfasst, wobei das Schaltelement (20) zwischen einer ersten Position bei dem weder Haupt- noch Hilfskontakt (34, 40) das Kontaktelement (18) elektrisch kontaktieren und einer zweiten Position bei dem sowohl der Hauptkontakt (34) als auch der Hilfskontakt (40) das Kontaktelement (18) elektrisch kontaktieren hin und her schwenkbar ist. Es ist vorgesehen, dass der Hilfskontakt (40) von einem biegesteifen Arm (38) der Kontaktanordnung (30) gebildet wird, wobei der Hauptkontakt (32) innerhalb der Kontaktanordnung (30) feststehend angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Mittel- und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung (10) mit einem derartigen Erdungsschalter (12).

Description

Beschreibung
Erdungsschalter für eine Mittel- und/oder Hochspannungs- Schaltungseinrichtung und entsprechende Schaltungseinrichtung
Die Erfindung betrifft einen Erdungsschalter für eine Mittel und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung, wobei der Er dungsschalter zum Erden eines Kontaktelements der Schaltungs einrichtung ein bewegbares Schaltelement und eine am freien Ende des Schaltelements angeordnete Kontaktanordnung auf weist, die einen Hauptkontakt und einen Hilfskontakt zum elektrischen Kontaktieren des Kontaktelements umfasst, wobei das Schaltelement zwischen einer ersten Position bei dem we der Haupt- noch Hilfskontakt das Kontaktelement elektrisch kontaktieren und einer zweiten Position bei dem sowohl der Hauptkontakt als auch der Hilfskontakt das Kontaktelement elektrisch kontaktieren hin und her bewegbar ist und wobei das Kontaktelement eine Struktur für den elektrischen Kontakt zum Hilfskontakt aufweist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Schalt vorrichtung mit einem derartigen Erdungsschalter.
Beim Ein- und Ausschalten eingekoppelter Ströme mit Erdungs schaltern entstehen, je nach Spannungsebene und im Besonders beim Ausschalten -hervorgerufen durch die kontinuierlich fließenden Ströme-, ein Schaltlichtbogen . Insbesondere ab 420kV-Spannungsebene kann sich ein Schaltlichtbogen über den ganzen Ausschaltweg des Erdungsschalters erstrecken, bzw. erst nach Stillstand der Erdungsschaltungsanordnung in die „Aus"-Stellung thermisch erlöschen.
Zum Schutz von Hauptkontaktsystemen vor Schäden, welche durch Schaltlichtbögen (Lichtbogen-Fußpunkte) hervorgerufen werden, ist es bei Schaltanlagen durchaus üblich Hilfskontaktsysteme zu installieren - Schutz der Hauptkontaktsysteme vor Schäden durch Schaltlichtbögen . Gegebenenfalls ist es auch notwendig benachbarte Schaltanlagenteile vor den Schaltlichtbögen zu schützen, da der Schaltlichtbogen bei thermischer Ausbreitung in benachbarte Schaltanlagenabschnitte kommutieren und be nachbarte Analgenteile beschädigen kann oder z.B. einen Kurz schluss hervorruft.
Die Druckschrift DE 199 49 493 Al zeigt einen Erdungsschalter für eine Mittelspannungs-Schaltungseinrichtung, wobei der Er dungsschalter zum Erden eines Kontaktstücks der Schaltungs einrichtung ein bewegbares Schaltelement und eine am freien Ende des Schaltelements angeordnete Kontaktanordnung auf weist, die zwei Kontaktmesser als Hauptkontakt und ein Vor zündhorn als Hilfskontakt zum elektrischen Kontaktieren des Kontaktstücks umfasst, wobei das Schaltelement zwischen einer ersten Position bei dem weder Haupt- noch Hilfskontakt das Kontaktstück elektrisch kontaktieren und einer zweiten Posi tion bei dem sowohl der Hauptkontakt als auch der Hilfskon takt das Kontaktstück elektrisch kontaktieren hin und her be wegbar ist und wobei das Kontaktstück eine als Schlitz ausge bildete Struktur für den elektrischen Kontakt zum Hilfskon takt aufweist . Beim Einschalten des Erdungsschalters wirkt der Hilfskontakt gegenüber dem Hauptkontakt als voreilender Kontakt .
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, durch die der Erdungsschalter sehr abrupt öffnet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unab hängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Erdungsschalter für eine Mittel und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung, bei dem der Er dungsschalter zum Erden eines Kontaktelements der Schaltungs einrichtung ein bewegbares Schaltelement und eine am freien Ende des Schaltelements angeordnete Kontaktanordnung auf weist, die einen Hauptkontakt und einen Hilfskontakt zum elektrischen Kontaktieren des Kontaktelements umfasst, wobei das Schaltelement zwischen einer ersten Position bei dem we- der Haupt- noch Hilfskontakt das Kontaktelement elektrisch kontaktieren und einer zweiten Position bei dem sowohl der Hauptkontakt als auch der Hilfskontakt das Kontaktelement elektrisch kontaktieren hin und her bewegbar ist und wobei das Kontaktelement eine Struktur für den elektrischen Kontakt zum Hilfskontakt aufweist, ist vorgesehen, dass der Hilfskon takt von einem biegesteifen Arm der Kontaktanordnung gebildet wird, wobei der Hauptkontakt innerhalb der Kontaktanordnung feststehend angeordnet ist.
Der den Hilfskontakt bildende biegesteife Arm kann nun so auf die Struktur des Kontaktelements zum elektrischen Kontaktie ren des Hilfskontakts abgestimmt sein, dass er sich beim Öff nen des Erdungsschalters mit einer federnden Schnapp-Bewegung vom Kontaktelement löst. Auf diese Weise öffnet der Erdungs schalter sehr abrupt zu einem Zeitpunkt, bei dem der Haupt kontakt schon relativ weit entfernt vom Kontaktelement ist.
Der Kontaktschalter ist in der Regel als Anordnung von Ele menten des Kontaktschalters zu verstehen, also als eine Kon taktschalteranordnung. Eines dieser Elemente ist dann das Kontaktelement mit seiner Struktur zum elektrischen Kontak tieren des Hilfskontakts. Dieses Element ist in der Offen- Stellung des Kontaktschalters separat von den anderen Elemen ten des Kontaktschalters .
Es ergibt sich ein Hauptkontaktsystem mit dem Hauptkontakt und dem Kontaktelement als Kontakt und Gegenkontakt sowie ein Hilfskontaktsystem mit dem Hilfskontakt und der Struktur des Kontaktelements als Kontakt und Gegenkontakt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Struktur des Kontaktelements zum elektrischen Kontaktieren des Hilfskontakts als eine vom biegesteifen Arm hintergreif bare HintergriffStruktur mit Einlaufschräge ausgebildet. Die se Struktur ist insbesondere eine Nasenstruktur, also eine Struktur in Form einer Nase. Durch diese Form wird der Hilfs kontakt beim Schließen des Erdungsschalters über die Einlauf- schräge sanft in eine entsprechende Hintergriff-Position an der HintergriffStruktur gebracht und schnappt oder peitscht beim Öffnen abrupt vom Kontaktelement weg.
Insbesondere ist vorgesehen, dass Haupt- und Hilfskontakt derart angeordnet sind, dass der Hilfskontakt als ein voraus eilender Hilfskontakt ausgebildet ist, der das Kontaktele ments beim Schließen des Erdungsschalters vor dem Hauptkon takt kontaktiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Erdungsschalter an einem Basiselement bewegbar gela gert. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Erdung des Kontaktelements über das Basiselement erfolgt. Dazu wird bzw. ist das Basiselement geerdet.
Bezüglich des Basiselements ist besonders bevorzugt vorgese hen, dass die Schaltungseinrichtung das Basiselement aufweist und der Erdungsschalter als Anbau-Erdungsschalter ausgebildet ist .
Bezüglich des erfindungsgemäßen Erdungsschalters ist weiter hin bevorzugt vorgesehen, dass der Hauptkontakt von einem starren Arm der Kontaktanordnung gebildet wird, wobei sich die Kontaktanordnung über die beiden Arme verzweigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erdungsschalters ist der biegesteife Arm über eine Drehfeder in die Kontaktanordnung eingebunden. Dadurch ist ein Vorspan nen des biegesteifen Arms möglich. Dabei ist bevorzugt vorge sehen, dass die Drehfeder am freien Ende des starren Arms an geordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Mittel- und/oder Hochspannungs- Schaltungseinrichtung mit einem Erdungsschalter, der zum Er den eines Kontaktelements ein bewegbares Schaltelement und eine am freien Ende des Schaltelements angeordnete Kontaktan ordnung aufweist, ist vorgesehen, dass der Erdungsschalter ein vorstehend genannter Erdungsschalter ist. Das Kontaktele ment ist eine Komponente des Erdungsschalters oder zumindest eine Komponente der Mittel- und/oder Hochspannungs-Schal tungseinrichtung .
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher be schrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Teil einer Mittel- und/oder Hochspannungs-
Schaltungseinrichtung mit einem Erdungsschalter ge mäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 den Bewegungsablauf bei Schließen des in Fig. 1 ge zeigten Erdungsschalters,
Fig. 3 den Bewegungsablauf bei Öffnen des in Fig. 1 ge
zeigten Erdungsschalters,
Fig. 4 den Bewegungsablauf bei Schließen eines Erdungs schalters mit abgeändertem Hilfskontakt,
Fig. 5 den Bewegungsablauf bei Öffnen des Erdungsschalters mit abgeändertem Hilfskontakt,
Fig. 6 den Bewegungsablauf bei Schließen eines Erdungs schalters mit anders abgeändertem Hilfskontakt und
Fig. 7 den Bewegungsablauf bei Öffnen des Erdungsschalters mit anders abgeändertem Hilfskontakt.
Die Fig. 1 zeigt einen Teil einer Mittel- und/oder Hochspan nungs-Schaltungseinrichtung 10 inklusive eines Erdungsschal ters 12 für diese Mittel- und/oder Hochspannungs-Schaltungs einrichtung 10. Der Erdungsschalter 12 ist dabei als soge nannter Anbauerder ausgebildet und der gezeigte Teil der Schaltungseinrichtung 10 besteht aus einem als Grundplatte ausgebildeten Basiselement 14, welches einen Isolator 16 trägt, auf dem ein Kontaktelement 18 angeordnet ist, das über den Isolator 16 vom Basiselement 14 elektrisch isoliert ist.
Der Erdungsschalter 12 weist ein Schaltelement 20 zum Erden eines vom Kontaktelement 18 gebildeten Gegenkontakts auf. Das Kontaktelement 18 kann als Komponente des Erdungsschalters 12 aufgefasst werden, ist jedoch immer Teil der Mittel- und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung 10, in die der Erdungs schalter 12 eingebunden ist. Das Kontaktelement 18 weist eine Struktur 22 auf, auf deren Form und Funktion im Folgenden im Zusammenhang mit den einzelnen Komponenten des Schaltelements 20 noch einmal ausführlich eingegangen wird.
Das Schaltelement 20 ist über ein Lager 24 am Basiselement 14 bewegbar, genauer gesagt schwenkbar, gelagert (Doppelpfeil 26) und weist an seinem freien Ende 28 eine Kontaktanordnung 30 auf. Die Kontaktanordnung 30 weist ihrerseits einen star ren Arm 32 auf, der einen Hauptkontakt 34 des Schaltelements 20 bildet. An einem Abzweig 36 der Kontaktanordnung 30 zweigt sich ein biegesteifer Arm 38 ab, der einen Hilfskontakt 40 der Kontaktanordnung 30 bildet. Der Begriff Kontakt bezieht sich dabei natürlich insbesondere auf einen elektrischen Kon takt. Man kann die beiden Arme 32, 38 daher auch als Kontakt arme 32, 38 bezeichnen. Am freien Ende des biegesteifer Arms 38 befindet sich ein kugelförmiges Abschlusselement 42 des Hilfskontakts 40. Bevorzugt ist der biegesteife Arm 38 aus Aluminium und die Struktur 22 des Kontaktelements 18 aus Edelstahl .
Es ergibt sich also eine Kontaktanordnung 30 mit einem Haupt kontakt 32 und einem Hilfskontakt 40 zum jeweiligen elektri schen Kontaktieren des Kontaktelements 18 bzw. von entspre chenden Strukturen 18 dieses Kontaktelements. Der Hauptkon takt 32 kontaktiert dabei die Basis des Kontaktelements 18 und der Hilfskontakt 40 kontaktiert das Kontaktelement 18 über die besagte Struktur 22 des Kontaktelements 18. Die Struktur 22 des Kontaktelements 18 ist zum elektrischen Kontaktieren des Hilfskontakts 40 als eine vom biegesteifen Arm 38 hintergreifbare HintergriffStruktur mit Einlaufschräge ausgebildet. Diese Struktur 22 ist dabei insbesondere eine nasenförmige Struktur 22. Durch diese Form wird der Hilfskon takt 40 beim Schließen des Erdungsschalters 12 über die Ein laufschräge sanft in eine entsprechende Hintergriff-Position an der HintergriffStruktur 22 gebracht und schnappt oder peitscht beim Öffnen abrupt vom Kontaktelement 18 weg.
Der hier gezeigte Erdungsschalter 12 ist ein Erdungsschalter 12 in der Bauform eines sogenannten Anbauerders für Trenn schalter jeder Bauart. Er kann jedoch auch als alleinstehen der Erdungsschalter 12 ausgebildet sein.
Der Hilfskontakt 40 wird konkret von einem Aluminiumstab (ko nisch, AL 7075 T6) und die Struktur 22 des Kontaktelements 18 von einer Edelstahlnase gebildet.
Die Edelstahlnase ist, wie gesagt, Bestandteil des festen Kontaktelements 18 des Erdungsschalters 12 und der konische Aluminiumstab ist Bestandteil der über das Schaltelement 20 bewegbaren Kontaktanordnung 30 des Erdungsschalters 12. Der konische Aluminiumstab hat am freien Ende ein kleines Ab schlusselement 42 aus Edelstahl zur dielektrischen Abschir mung und zur Aufnahme des Schaltlichtbogens .
Die Gestaltung des Hilfskontaktes 40 ist im Einzelnen also durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
- Aluminiumstab (über den Abzweig 36 befestigt am Schaltele ment 20) mit
o Material AL 7075 T6 (bestimmte Flexibilität, Federcha rakteristik, gute Leitfähigkeit) ,
o konischer Form (ermöglicht Flexibilität über die ganze Länge des Stabes) und
o rundem Abschlusselement 42 aus Edelstahl. Die als Hilfs-Gegenkontakt dienende Struktur 22 ist eine Edelstahlnase, die Teil des als Gegenkontakt dienenden Kon taktelements 18 ist.
Die Figuren 2 bis 7 zeigen nun verschiedene Varianten des Er dungsschalters 12 und dessen Bewegungsablauf beim Schließen (Pfeil 44) und beim Öffnen (Pfeil 46) .
Dabei ergibt sich die folgende Wirkungsweise des Hilfskontak tes 40:
Beim Einschalten des Erdungsschalters 12 (Figuren 2, 4 und 6) wirkt der Hilfskontakt 40 als voreilender Kontakt bezüglich des Hauptkontakts 34 der Kontaktanordnung 30 des Erdungs schalters 12. Der als Aluminiumstab mit dem runden Abschlus selement 42 aus Edelstahl ausgebildete biegesteife Arm 38 kontaktiert während des Laufes des Hauptkontaktsystems 18, 34 mit der Einlaufschräge der als Edelstahlnase ausgebildeten Struktur 22, bis der Arm 38 dann durch die weitere Bewegung der Kontaktanordnung 30 bei der Struktur 22 einrastet. Der Strompfad ist durch das Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 ge schlossen und das Hauptkontaktsystem 18, 32 kann Spannungs frei einschalten.
Beim Ausschalten des Erdungsschalters 12 (Figuren 3, 5 und 7) ist das Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 noch geschlossen. Das Hauptkontaktsystem 18, 32 des Erdungsschalters 12 kann Span nungsfrei öffnen. Die als Edelstahlnase ausgebildete Struktur 22 verhindert, dass der als Aluminiumstab ausgebildete biege steife Arm 38 des Hilfskontakts 40 sich beim Öffnen mit dem vom starren Arm 32 (Erderarm) gebildeten Hauptkontakt 34 mit in Richtung „Aus" bewegt. Der biegesteife Arm 38 spannt sich (ähnlich einer Peitsche) , bis die überstehende Länge des bie gesteifen Arms 38 durch die nasenförmige Struktur 22 abgelau fen ist. Verlässt der biegesteife Arm 38 die Struktur 22, peitscht er in seine Ausgangslage zurück (Pfeil 48) . Der elektrische Kontakt des Hilfskontaktsystems 22, 38, 42 öffnet sich dadurch mit sehr hoher Geschwindigkeit. Durch das sehr schnelle Schalten des Hilfskontaktsystems 22, 38, 42 wird ein Schaltlichtbogen vermieden oder ist nur schwach oder minimal ausgeprägt .
Die Fig. 2 zeigt den Bewegungsablauf bei Schließen des in Fig. 1 gezeigten Erdungsschalters 12 und die Fig. 3 zeigt den Bewegungsablauf bei Öffnen des in Fig. 1 gezeigten Erdungs schalters 12.
Diese Variante wird im Folgenden als Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 mit kurzem biegesteifem Arm 38 (insbesondere Alumini umstab) bezeichnet.
Es ergeben sich folgende Schaltreihenfolge sowie folgende Vor- und Nachteile dieser Variante:
Einschaltung: Kontaktierung Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 -> Kontaktierung Hauptkontaktsystem 18, 32.
Ausschaltung: Ausschaltung Hauptkontaktsystem -> Vorspannen Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 -> Schnelles Abschalten.
Vorteile :
kostengünstige Variante zum Schalten kleiner induzierter Ströme und Spannungen bis Nennspannungsebene 245 kV (bei de taillierter Auskonstruktion einzuschränken oder zu erwei tern) .
Nachteile :
Verletzung der Schlagweite der ungünstigen Erderstellung bei derart ausgestalteten Anbauerdern, durch den Überstand des als Aluminiumstab ausgebildeten biegesteifen Arms 38, möglich (eventuelle Notwendigkeit der Vermeidung durch Konstruktions anpassungen am Basiselement 14) .
Die Fig. 4 zeigt den Bewegungsablauf bei Schließen einer Va riante des Erdungsschalters 12 mit leicht geändertem Hilfs- kontakt 40. Die Fig. 5 zeigt den Bewegungsablauf bei Öffnen des bereits in Fig. 4 gezeigten Erdungsschalters 12.
Diese Variante wird im Folgenden als Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 mit langem biegesteifen Arm 38 (insbesondere Alumini umstab) bezeichnet.
Es ergeben sich folgende Schaltreihenfolge sowie folgende Vor- und Nachteile dieser Variante:
Einschaltung: Kontaktierung Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 -> Kontaktierung Hauptkontaktsystem 18, 32.
Ausschaltung: Ausschaltung Hauptkontaktsystem -> Vorspannen Hilfskontaktsystem -> Schnelles Abschalten.
Vorteile :
kostengünstige Variante zum Schalten induzierter Ströme und Spannungen der Nennspannungsebene 245 bis 420 kV (bei detail lierter Auskonstruktion einzuschränken oder zu erweitern) .
Nachteile :
Verletzung der Schlagweite der ungünstigen Erderstellung bei derart ausgestalteten Anbauerdern, durch den Überstand des als Aluminiumstab ausgebildeten biegesteifen Arms 38, möglich (eventuelle Notwendigkeit der Vermeidung durch Konstruktions anpassungen am Basiselement 14) .
Die Fig. 6 zeigt den Bewegungsablauf bei Schließen einer wei teren Variante des Erdungsschalters 12 mit leicht geändertem Hilfskontakt 40. Die Fig. 7 zeigt den Bewegungsablauf bei Öffnen des bereits in Fig. 4 gezeigten Erdungsschalters 12. Bei dieser Variante ist der biegesteife Arm 38 am freien Ende des starren Arms 32 befestigt und weist mit seinem freien En de in die entgegengesetzte Richtung wie der starre Arm 32 („hängende Befestigung") . Diese Variante wird im Folgenden als Hilfskontaktsystem 22, 38, 42 mit langem biegesteifen Arm 38 (insbesondere Alumini umstab) und Federunterstützung bezeichnet.
Diese Variante mit zusätzlichem Federelement, hier einer Drehfeder 50, am festen Ende des Aluminiumstabes und hängen der Befestigung des Aluminiumstabes erzeugt eine besonders schnelle Schaltgeschwindigkeit.
Es ergeben sich folgende Schaltreihenfolge sowie folgende Vor- und Nachteile dieser Variante:
Einschaltung: Kontaktierung Hilfskontaktsystem -> Kontaktie rung Hauptkontaktsystem.
Ausschaltung: Ausschaltung Hauptkontaktsystem -> Vorspannen Hilfskontaktsystem -> Schnelles Abschalten.
Vorteile :
Variante zum Schalten induzierter Ströme und Spannungen der Nennspannungsebene ab 420kV (bei detaillierter Auskonstrukti on einzuschränken oder zu erweitern) . Bauartbedingt keine Verletzung der Schlagweite der ungünstigen Erderstellung bei Anbauerdern, durch den Überstand des als Aluminiumstab ausge bildeten biegesteifen Arms 38.
Nachteile :
Aufwendiger und kostenintensiver als die Varianten ohne Dreh feder .
Durch den Einsatz der Hilfskontaktanordnung ergeben sich fol gende Vorteile:
- Läuft beim Öffnungsvorgang der Erdungsschalter nach und schütz damit den Hauptkontakt (Schalten kapazitiver und in duktiver Restströme) . - Nachlauf ist durch Durchmesser und Länge des Aluminiumsta bes anpassbar.
- Die Geschwindigkeit, damit auch die Schaltleistung des Hilfskontaktes, ist durch die Flexibilität des
Aluminiumstabes bestimmt und damit durch Durchmesser und Län ge des Aluminiumstabes anpassbar.
- Minimierung des Einsatzes von Aluminium und von Edelstahl im Vergleich zu den herkömmlichen Lösungen und Verzicht auf den Einsatz von weiteren Sondermaterialien wie z.B. Wolfram.
- Durch den Einsatz der geringen Masse ist ein schnelleres Beschleunigen des Stabes (eine höhere Schaltgeschwindigkeit) gegenüber Systemen mit massiven Hilfskontakten und Federun terstützung möglich
- Einsatz in Erdungsschaltern nur mit Schwenkbewegung und in Erdungsschaltern mit Schwenk-Schub-Bewegung .
- Im Besonderen ermöglicht die Elastizität des gewählten Alu miniums eine so hohe Geschwindigkeit beim Verlassen des Edel stahlhakens, dass praktisch kein Lichtbogen entsteht (zeit lich so kurz, dass quasi lichtbogenfrei geschaltet werden kann - ,ho-arc feature') . Im Vergleich dazu führen herkömmli che Lösungen immer zu lang anstehenden (großen) Lichtbögen.
Bezugszeichenliste :
10 Mittel- und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung
12 Erdungsschalter
14 Basiselement
16 Isolator
18 Kontaktelement
20 Schaltelement
22 Nasenstruktur
24 Lager
26 Doppelpfeil (Schwenkbewegung)
28 freies Ende
30 Kontaktanordnung
32 starrer Arm
34 Hauptkontakt
36 Abzweig
38 biegesteifer Arm
40 Hilfskontakt
42 Abschlusselement
44 Pfeil
46 Pfeil
48 Pfeil
50 Drehfeder

Claims

Patentansprüche
1. Erdungsschalter (12) für eine Mittel- und/oder Hochspan nungs-Schaltungseinrichtung (10), wobei der Erdungsschalter (12) zum Erden eines Kontaktelements (18) der Schaltungsein richtung (10) ein bewegbares Schaltelement (20) und eine am freien Ende (28) des Schaltelements (20) angeordnete Kontakt anordnung (30) aufweist, die einen Hauptkontakt (34) und ei nen Hilfskontakt (40) zum elektrischen Kontaktieren des Kon taktelements (18) umfasst, wobei das Schaltelement (20) zwi schen einer ersten Position bei dem weder Haupt- noch Hilfs kontakt (34, 40) das Kontaktelement (18) elektrisch kontak tieren und einer zweiten Position bei dem sowohl der Haupt kontakt (34) als auch der Hilfskontakt (40) das Kontaktele ment (18) elektrisch kontaktieren hin und her bewegbar ist und wobei das Kontaktelement (18) eine Struktur (22) für den elektrischen Kontakt zum Hilfskontakt (40) aufweist,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Hilfskontakt (40) von einem biegesteifen Arm (38) der Kontaktanordnung (30) gebildet wird, wobei der Hauptkon takt (32) innerhalb der Kontaktanordnung (30) feststehend an geordnet ist.
2. Erdungsschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Struktur (22) des Kontaktelements (18) zum elektri schen Kontaktieren des Hilfskontakts (40) als eine vom biege steifen Arm (38) hintergreifbare HintergriffStruktur mit Ein laufschräge, insbesondere als eine Nasenstruktur, ausgebildet ist .
3. Erdungsschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet ,
dass Haupt- und Hilfskontakt (34, 40) derart angeordnet sind, dass der Hilfskontakt (40) als ein vorauseilender Hilfskon takt (40) ausgebildet ist, der das Kontaktelements (18) beim Schließen des Erdungsschalters (12) vor dem Hauptkontakt (34) kontaktiert .
4. Erdungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Erdungsschalter (12) an einem Basiselement (14) be wegbar gelagert ist.
5. Erdungsschalter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Erdung des Kontaktelements (18) über das Basisele ment (14) erfolgt.
6. Erdungsschalter nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Schaltungseinrichtung (10) das Basiselement (14) aufweist und der Erdungsschalter (12) als Anbau- Erdungsschalter ausgebildet ist.
7. Erdungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der Hauptkontakt (34) von einem starren Arm (32) der Kontaktanordnung (30) gebildet wird, wobei sich die Kontakt anordnung (30) über die beiden Arme (32, 38) verzweigt.
8. Erdungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet ,
dass der biegesteife Arm (38) über ein Federelement, insbe sondere eine Drehfeder (50), in die Kontaktanordnung (30) eingebunden ist.
9. Erdungsschalter nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet ,
dass das Federelement am freien Ende des starren Arms (32) angeordnet ist.
10. Mittel- und/oder Hochspannungs-Schaltungseinrichtung (10) mit einem Erdungsschalter (12), der zum Erden eines Kontakte lements (18) ein bewegbares Schaltelement (20) und eine am freien Ende (28) des Schaltelements (20) angeordnete Kontakt- anordnung (30) aufweist, d a du r c h g e ke n n z e i c h n e t , da s s der Erdungsschalter (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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