WO1996018201A1 - Metallgekapselte schaltanlage mit einem vakuumschaltgerät - Google Patents

Metallgekapselte schaltanlage mit einem vakuumschaltgerät Download PDF

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WO1996018201A1
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vacuum
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switching device
vacuum switching
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Lennart Fleischer
Hans-Joachim Müller
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • 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
    • H01H33/122—Load break switches both breaker and sectionaliser being enclosed, e.g. in SF6-filled container

Definitions

  • the invention relates to a metal-enclosed switchgear with a gas-filled container and with a three-position switch arranged in the container for the switch positions ON, OFF and EARTHED, as well as with switching tubes of a vacuum switching device likewise arranged in the container, the container having bushings for connecting the three-position switch and the Vacuum holding tubes with components of the switchgear arranged on the outside of the container.
  • a switchgear with these features has become known, for example, from DE-A-42 11 155.
  • the vacuum holding tubes are part of a circuit breaker whose drive device is located outside the container filled with insulating gas.
  • the drive movement for the vacuum interrupters is conducted through the container wall to the vacuum interrupters by means of a gastight tappet bushing.
  • Switchgear with circuit breakers are not suitable for the operation of industrial systems with motors because they have to be switched on and off relatively often.
  • the drive devices of circuit breakers are designed for a relatively low switching frequency. It has therefore proven to be expedient to switch motor drives on and off at operational voltages in the lower medium-voltage range, for. B. 6 or 10 kV, vacuum switchgear in the form of contactors and to accommodate them together with other required components on a slide-in or trolley of an air-insulated, metal-encapsulated switchgear.
  • An example of this is shown in EP-B-0 263 396.
  • a switchgear comprises both the general energy supply of an industrial plant in the medium-voltage range and larger motor drives which are fed from the medium-voltage network
  • different types of switchgear panels are used, namely partially gas-insulated switchgear panels with vacuum circuit breakers and air-insulated switchgear boxes with vacuum contactors .
  • the invention has for its object to simplify the construction of switchgear of the type mentioned.
  • an electromagnetic drive device belonging to the vacuum switching device is likewise arranged in the container of the switchgear assembly and in that the vacuum holding device has the form of a contactor.
  • Commercial vacuum contactors can be used for the purposes of the invention. It should be noted that the electromagnetic drive device of such contactors is dimensioned for operation in atmospheric air and the function of the vacuum contactor can therefore be changed by a pressure of the insulating gas in the container of the switchgear which deviates from the atmospheric pressure. For the range of operating voltages of the lower medium-voltage range considered in connection with the invention, however, no pressure above the atmospheric pressure of the gas usually used as insulating gas sulfur hexafluoride is required.
  • a pressure which is slightly above atmospheric pressure and is suitable for preventing moisture or other foreign gases from diffusing into the container. It may therefore be sufficient to select a vacuum contactor in a standard version and to set its drive device in such a way as is the case, for example, for locations with increased air pressure, e.g. B. underground mining is provided.
  • Vacuum contactors with such an adjustment device are already known (DE-C-33 23 861). Since the electromagnetic drive of vacuum contactors only requires an auxiliary voltage from a low-voltage network, small and inexpensive bushings in the container wall are sufficient for supplying the operating energy. The small dimensions of these bushings allow them to be arranged at any suitable location on the container.
  • motor drives with operating voltages in the lower medium-voltage range form an important application of the invention.
  • the task of using a motor drive with changing direction of rotation, ie in turning operation, can also occur.
  • the two vacuum switching devices required for a motor turning control are accommodated in separate containers, additional bushings being provided on both containers for producing a phase crossing.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a switchgear assembly with a three-position switch and a vacuum contactor.
  • Figures 2 and 3 show a metal-encapsulated, gas-insulated
  • Control panel with a vacuum contactor cut from the side or from the front.
  • Figure 4 shows two fields of a switchgear, each with a vacuum contactor for a motor turning control.
  • the circuit diagram according to FIG. 1 schematically shows a switchgear 1 with an overhead busbar 2, which runs outside a container 3 filled with insulating gas.
  • a three-position switch 4 which has the positions ON, OFF and EARTHED.
  • a connection of the busbar 2 to a likewise outside of the container 3, but expediently in the immediate vicinity of the HV fuse 5 is established.
  • a vacuum contactor 6 approximately below the three-position switch 4, on the outlet side of which a front bushing for a cable connection and two
  • Bushings are arranged in a lower container wall. While one of the lower bushings represents an additional outgoing connection, an overvoltage limiter 7 is connected to the other bushing. An electromagnetic drive device 8 belonging to the vacuum contactor 6 is also located in the container 3.
  • FIGS. 2 and 3 Further details of the switchgear according to FIG. 1 are shown in FIGS. 2 and 3.
  • the outlines of the metal-encapsulated switchgear 1 with the circuit according to FIG. 1 can be seen in more detail from FIGS. 2 and 3.
  • the container 3 has essentially flat wall parts, which, however, can be provided with a suitable stiffening in order to withstand an internal gas pressure above atmospheric pressure without substantial deformation.
  • the essentially cuboid-shaped container 3 is provided locally with recesses.
  • the container 3 has on its front side a recess as a support for a low-voltage box 10, in which operating and control elements and measuring devices are located.
  • a further recess is provided which corresponds approximately to the depth of cable angle plugs.
  • Such an angled plug 11 is shown in FIG. 2 in connection with a bushing 12.
  • the container 3 has a further indentation in the upper left area, which has the depth of insulating housings 13 for HV fuses (position 5 in FIG. 1).
  • the three-position switch 4 is arranged so that its axis of rotation extends horizontally and is accessible on the front 14 of the container 3.
  • a drive device 15 is also located there.
  • the vacuum contactor 6 is located below the three-position switch 4 in the lower region of the container 3 and is adjacent to the outlets 12 on the outlet side.
  • One of the lower bushings 16 is used to connect the overvoltage limiter 7 (FIG. 1), while the remaining bushing 17 is provided in the event that the switch panel shown is to be used in connection with an identical or similar switch panel for turning control .
  • the busbar 2 indicated in FIG. 1 is not shown in detail in FIGS. 2 and 3. However, 6 guides 20 shown, which serve to connect the three-position switch 4 to the busbar 2.
  • the bushings 12, 16, 17 and 20 mentioned are each provided in triplicate in accordance with the number of phases in the three-phase network.
  • the vacuum contactor 6 accordingly has three vacuum holding tubes 21.
  • vacuum interrupters 21 of different sizes are shown.
  • switch fields shown in FIG. 4 are only shown side by side to illustrate their circuitry, while in reality they are set up in alignment with one another.
  • the fact that the vacuum contactors belonging to a motor turning control are housed in separate fields of a switchgear and thus separate gas-filled containers means that standard containers can be used which are easier to replace in the event of a fault.

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  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Patch Boards (AREA)

Abstract

Eine metallgekapselte Schaltanlage (1) weist einen gasgefüllten Behälter (3) mit einem Dreistellungsschalter (4) und einem Vakuumschaltgerät (6) auf. HH-Sicherungen befinden sich außerhalb des Behälters (3) in Luft. Das Vakuumschaltgerät (6) ist als Vakuumschütz mit einem elektromagnetischen Antrieb (8) ausgebildet, der gleichfalls in dem Behälter (3) untergebracht ist. Die beschriebene Schaltanlage eignet sich insbesondere zum Schalten von Motoren mit gleichbleibender Drehrichtung oder im Wendebetrieb.

Description

Beschreibung
Metallgekapselte Schaltanlage mit einem Vakuumschaltgerät
Die Erfindung betrifft eine metallgekapselte Schaltanlage mit einem gasgefüllten Behälter und mit einem in dem Behälter angeordneten Dreistellungsschalter für die Schaltstellungen EIN, AUS und GEERDET, sowie mit gleichfalls in dem Behälter angeordneten Schaltröhren eines Vakuumschaltgerätes, wobei der Behälter Durchführungen zur Verbindung des Dreistellungs- Schalters und der Vakuumsehaltröhren mit außerhalb des Behäl¬ ters angeordneten Komponenten der Schaltanlage auf eist.
Eine Schaltanlage mit diesen Merkmalen ist beispielsweise durch die DE-A-42 11 155 bekannt geworden. Dabei gehören die Vakuumsehaltröhren zu einem Leistungsschalter, dessen An¬ triebsvorrichtung sich außerhalb des mit Isoliergas gefüllten Behälters befindet. Die Antriebsbewegung für die Vakuumschal¬ tröhren wird mittels eine gasdichte Stößeldurchführung durch die Behälterwand zu den Vakuumschaltröhren geleitet.
Schaltanlagen mit Leistungsschaltern eignen sich nicht für den Betrieb industrieller Anlagen mit Motoren, weil diese relativ häufig ein- und auszuschalten sind. Die Antriebsvor- richtungen von Leistungεschaltern sind demgegenüber für eine relativ geringe Schalthäufigkeit ausgelegt. Es hat sich daher als zweckmäßig erwiesen, zum betriebsmäßigen Ein- und Aus¬ schalten motorischer Antriebe bei Betriebsspannungen im unteren Mittelspannungsbereich, z. B. 6 oder 10 kV, Vakuum- schaltgeräte in der Bauform von Schützen einzusetzen und diese zusammen mit weiteren benötigten Komponenten auf einem Einschub oder Fahrwagen einer luftisolierten, metallgekapsel¬ ten Schaltanlage unterzubringen. Ein Beispiel hierfür zeigt die EP-B-0 263 396. Umfaßt eine Schaltanlage sowohl die allgemeine Energieversor¬ gung einer industriellen Anlage im Bereich der MittelSpannung als auch größere Motorantriebe, die aus dem Mittelspannungs- netz gespeist werden, so gelangen unterschiedliche Typen von Schaltfeldern zum Einsatz, nämlich teilweise gasisolierte Schaltfelder mit Vakuumleistungsschaltern und luftisolierte Schaltfeider mit Vakuumschützen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau von Schaltanlagen der erwähnten Art zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine zu dem Vakuumschaltgerät gehörende elektromagnetische Antriebsvorrichtung gleichfalls in dem Behälter der Schaltan- läge angeordnet ist und daß das Vakuumsehaltgerät die Bauform eines Schützes besitzt. Für die Zwecke der Erfindung sind handelsübliche Vakuumschütze einsetzbar. Dabei ist zu beach¬ ten, daß die elektromagnetische Antriebsvorrichtung solcher Schütze für den Betrieb in atmosphärischer Luft bemessen ist und daher durch einen vom Atmosphärendruck abweichenden Druck des Isoliergases in dem Behälter der Schaltanlage die Funkti¬ on des Vakuumschützes verändert werden kann. Für den im Zusammenhang mit der Erfindung betrachteten Bereich von Betriebsspannungen des unteren Mittelspannungsbereiches wird jedoch kein wesentlich über dem Atmosphärendruck liegender Druck des in der Regel als Isoliergas benutzten Gases Schwe- felhexafluorid benötigt. Häufig wird ein nur wenig über dem Atmosphärendruck liegender Druck gewählt, der geeignet ist, das Eindiffundieren von Feuchtigkeit oder anderen Fremdgasen in den Behälter zu verhindern. Es kann daher ausreichend sein, ein Vakuumschütz in einer Standardausführung zu wählen und dessen Antriebsvorrichtung so einzustellen, wie dies beispielsweise für Orte mit erhöhtem Luftdruck, z. B. im Bergbau untertage, vorgesehen ist. Vakuumschütze mit einer solchen Einstellvorrichtung sind bereits bekannt (DE-C-33 23 861) . Da der elektromagnetische Antrieb von Vakuumschützen ledig¬ lich eine Hilfsspannung aus einem Niederspannungsnetz benö¬ tigt, genügen kleine und preiswerte Durchführungen in der Behälterwand für die Zuführung der Betriebsenergie. Die geringen Abmessungen dieser Durchführungen gestattet es, diese an einer beliebigen geeigneten Stelle des Behälters anzuordnen.
Für die Bauform einer mehrfeldrigen Schaltanlage erweist sich eine schmale Bauform der einzelnen Felder als vorteilhaft. Dies kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß der Dreistellungsschalter im oberen Bereich des Behälters und das Vakuumsehaltgerät unterhalb des Dreistellungsschalters im unteren Teil des Behälters angeord¬ net ist und daß für jeden Pol des Vakuumschaltgerätes wenig¬ stens zwei abgehende Durchführungen an der Fronseite und/oder an der Unterseite des Behälters vorgesehen sind. Hierdurch ist die Möglichkeit geschaffen, einen Überspannungsbegrenzer außerhalb des gasgefüllten Behälters anzuschließen. Dies erleichtert die Montage, Prüfung und Überwachung des Über¬ spannungsbegrenzers.
Wie bereits erwähnt, bilden motorische Antriebe mit Betriebs- Spannungen im unteren Mittelspannungsbereich einen wichtigen Anwendungsfall der Erfindung. Dabei kann auch die Aufgabe auftreten, einen Motorantrieb mit wechselnder Drehrichtung, d. h. im Wendebetrieb, einzusetzen. Hierzu ist es bekannt, zwei Vakuumschütze zu benutzen, von denen das eine den Motor mit vertauschten Phasen schaltet. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung werden die beiden für eine Motor-Wendesteuerung benötigten Vakuumschaltgeräte in gesonderten Behältern unter¬ gebracht, wobei zur Herstellung einer Phasenkreuzung zusätz¬ liche Durchführungen an beiden Behältern vorgesehen sind. Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltanlage mit einem Dreistellungsschalter und einem Vaku¬ umschütz. Die Figuren 2 und 3 zeigen ein metallgekapseltes, gasisoliertes
Schaltfeld mit einem Vakuumschütz im Schnitt von der Seite bzw. von vorn. Figur 4 zeigt zwei Felder einer Schaltanlage mit je einem Vakuumschütz für eine Motor-Wende¬ steuerung.
Das Schaltbild gemäß der Figur 1 zeigt schematisch eine Schaltanlage l mit einer obenliegenden Sammelschiene 2, die außerhalb eines mit Isoliergas gefüllten Behälters 3 ver¬ läuft. Im oberen Teil des Behälters 3 befindet sich ein Dreistellungsschalter 4, der die Stellungen EIN, AUS und GEERDET aufweist. In der Stellung EIN wird eine Verbindung der Sammelschiene 2 zu einer gleichfalls außerhalb des Behäl¬ ters 3, zweckmäßig jedoch in dessen unmittelbarer Nähe ange¬ ordneten HH-Sicherung 5 hergestellt. Im unteren Teil des Behälters 3 befindet sich etwa unterhalb des Dreistellungs- Schalters 4 ein Vakuumschütz 6, an dessen Abgangsseite eine frontseitige Durchführung für einen Kabelanschluß und zwei
Durchführungen in einer unteren Behälterwand angeordnet sind. Während die eine der unteren Durchführung einen zusätzlichen Abgangsanschluß darstellt, ist an die andere Durchführung ein Überspannungsbegrenzer 7 angeschlossen. Eine zu dem Vakuum- schütz 6 gehörende elektromagnetische Antriebsvorrichtung 8 befindet sich gleichfalls in dem Behälter 3.
Weitere Einzelheiten der Schaltanlage gemäß der Figur 1 zeigen die Figuren 2 und 3. Aus den Figuren 2 und 3 sind die Umrisse der metallgekapsel¬ ten Schaltanlage 1 mit der Schaltung gemäß der Figur 1 näher ersichtlich. Der Behälter 3 weist im wesentlichen ebene Wandteile auf, die jedoch mit einer geeigneten Versteifung versehen sein können, um einem über dem Atmosphärendruck liegenden inneren Gasdruck ohne wesentliche Verformung stand¬ zuhalten. Zur raumsparenden Unterbringung bestimmter Kompo¬ nenten der Schaltanlage ist der im wesentlichen quaderförmige Behälter 3 örtlich mit Ausneh ungen versehen. Insbesondere besitzt der Behälter 3 an seiner Frontseite oben eine Aus¬ nehmung als Auflage für einen Niederspannungskasten 10, in dem sich Bedienungs- und Steuerelemente sowie Meßgeräte befinden. Gleichfalls an der Frontseite, jedoch am unteren Ende des Behälters 3 ist eine weitere Ausnehmung vorgesehen, die etwa der Tiefe von KabelwinkelSteckern entspricht. Ein solcher Winkelstecker 11 ist in der Figur 2 in Verbindung mit einer Durchführung 12 gezeigt. Ferner ist aus der Figur 3 ersichtlich, daß der Behälter 3 im linken oberen Bereich eine weitere Einziehung besitzt, die der Tiefe von Isoliergehäusen 13 für HH-Sicherungen (Position 5 in Figur 1) besitzt. Der Dreistellungsschalter 4 ist so angeordnet, daß seine Drehachse horizontal verläuft und an der Frontseite 14 des Behälters 3 zugänglich ist. Dort befindet sich auch eine AntriebsVorrichtung 15.
Das Vakuumschütz 6 befindet sich unterhalb des Dreistellungs- Schalters 4 im unteren Bereich des Behälters 3 und ist den abgangsseitigen Durchführungen 12 benachbart. Die eine der unteren Durchführungen 16 dient zum Anschluß des Überspan- nungsbegrenzers 7 (Figur 1) , während die verbleibende Durch¬ führung 17 für den Fall vorgesehen ist, daß das gezeigte Schaltfeld in Verbindung mit einem gleichen oder ähnlichen Schaltfeld für eine Wendesteuerung benutzt werden soll.
Die in der Figur l angedeutete Sammelschiene 2 ist in den Figuren 2 und 3 nicht näher dargestellt. Jedoch sind Durch- 6 führungen 20 gezeigt, die zur Verbindung des Dreistellungs- Schalter 4 mit der Sammelschiene 2 dienen.
Wie bei einem Vergleich der Figuren 2 und 3 zu erkennen ist, sind die erwähnten Durchführungen 12, 16 17 und 20 jeweils entsprechend der Phasenzahl des Drehstromnetzes dreifach vorhanden. Das Vakuumschütz 6 weist dementsprechend drei Vakuumsehaltröhren 21 auf. Um zu veranschaulichen, daß die gleiche Bauform des vorgesehenen Vakuumschützes 6 für unter- schiedliche Betriebsspannungen geeignet ist, sind Vakuum¬ schaltröhren 21 unterschiedlicher Größe gezeigt.
In der Figur 4 entspricht das linke der beiden gezeigten Schaltfelder den Figuren 2 und 3. Das rechte der beiden gezeigten Schaltfelder besitzt eine obere Auskragung zur
Unterbringung weiterer Durchführungen 22, die mit den Durch¬ führungen 17 an der Unterseite des linken Schaltfeldes ver¬ bunden sind.
Es ist zu erwähnen, daß die in der Figur 4 gezeigten Schalt¬ felder lediglich zur Veranschaulichung ihrer Schaltung neben¬ einander dargestellt sind, während sie in Wirklichkeit mit¬ einander fluchtend aufgestellt sind. Dadurch, daß die zu einer Motor-Wendesteuerung gehörenden Vakuumschütze in ge- trennten Feldern einer Schaltanlage und damit gesonderten gasgefüllten Behältern untergebracht sind, können Standardbe¬ hälter eingesetzt werden, die im Störungsfall leichter aus¬ wechselbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Metallgekapselte Schaltanlage (1) mit einem gasgefüllten Behälter (3) und mit einem in dem Behälter (3) angeordneten Dreistellungsschalter (4) für die Schaltstellungen EIN, AUS und GEERDET, sowie mit gleichfalls in dem Behälter (3) angeordneten Schaltröhren (21) eines Vakuumschaltgerätes (6) , wobei der Behälter (3) Durchführungen (20, 12) zur Verbindung des Dreistellungsschalters (4) und der Vakuumsehaltröhren (21) mit außerhalb des Behälters (3) angeordneten Komponenten (2, 11) der Schaltanlage (1) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine zu dem Vakuumschaltgerät (6) gehörende elektromagnetische Antriebsvorrichtung (8) gleichfalls in dem Behälter (3) der Schaltanlage (1) angeordnet ist und daß das Vakuumschaltgerät (6) die Bauform eines Schützes besitzt.
2. Schaltanlage nach Anspruch l, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dreistellungsschalter (4) im oberen Bereich des Behälters (3) und das Vakuumschaltgerät (6) unterhalb des Dreistellungsschalters (4) im unteren Teil des Behälters (3) angeordnet ist und daß für jeden Pol des Vakuumschal geräteε (6) wenigstens zwei abgehende Durchführungen (16, 17) an der Frontseite und /oder an der Unterseite des Behälters (3) vorgesehen sind.
3. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c'h n e t , daß die für eine Motor-Wendesteuerung benötigten
Vakuumschaltgeräte (6) in gesonderten Behältern (3) untergebracht sind, und daß zur Herstellung einer Phasenkreuzung zusätzliche Durchführungen (17, 22) an beiden Behältern (3) vorgesehen sind.
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