Beschreibung
Schaltanlage mit in einer Freiluftdurchführung integrierten Trennschaltern
Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage zum Unterbrechen eines elektrischen Stromes, insbesondere im Bereich der Hochspannungstechnik, mit wenigstens einem auf Erdpotential liegenden gasgefüllten Gehäuse, wenigstens einem Trennschalter und wenigstens einem in einem der Gehäuse angeordneten Leistungsschalter, wobei an dem Gehäuse oder den Gehäusen hohle Freiluftdurchführungen zum Anschluss elektrischer Leiter vorgesehen sind.
Eine solche Schaltanlage ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 14 799 Ul bereits bekannt. Die dort offenbarte Schaltanlage weist ein auf einem Traggestell montiertes Gehäuse zum Kapseln eines Leistungsschalters auf. Um übergroße Abstände zwischen dem auf einem Hochspannungspotential lie- genden Leistungsschalter und dem auf Erdpotential liegenden
Gehäuse zu vermeiden, ist das Gehäuse mit Schwefelhexafluorid befüllt. Das Schwefelhexafluorid dient darüber hinaus als Löschgas zum Löschen eines beim Trennen der Kontakte des Leistungsschalters gezogenen Lichtbogens. An dem Gehäuse sind weiterhin voneinander weggeneigte Anschlussstutzen vorgesehen, an denen Freiluftdurchführungen befestigt sind, die zum Anschluss von Hochspannungsleitern eingerichtet sind. Um auch über längere Zeiträume hinweg hohe Spannungsdifferenzen sicher aufrechterhalten zu können, sind in den Anschlussstutzen Trennschalter vorgesehen, deren Kontakte nach der Stromunterbrechung durch den Leistungsschalter stromlos voneinander getrennt werden.
Aus dem Gebrauchsmuster DE 296 14 799 Ul ist eine Schaltanlage mit einem auf Erdpotential liegenden Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Leistungsschalter bekannt. Ferner sind Freiluftdurchführungen zum elektrischen Anschluss der Schaltanlage an ein Hochspannungsnetz vorgesehen. Dabei sind die Freiluftanordnungen über ein L-förmig ausgestaltetes Zwischenstück an den voneinander weggeneigten Anschlussstutzen des Gehäuses befestigt. Durch das Vorsehen des Zwischenstückes kann das mit Gas befüllte und den Leistungsschalter kap- selnde Gehäuse kleiner dimensioniert werden, ohne dass Spannungsüberschläge an den elektrischen Anschlüssen der Freiluftdurchführungen zu befürchten sind. Die L-förmigen Zwischenstücke dienen darüber hinaus zur Aufnahme der Trennschalter. Die zusätzlichen Zwischenstücke erhöhen jedoch den Herstellungsaufwand der vorbekannten Schaltanlage. Darüber hinaus ergeben sich Schwierigkeiten im Hinblick auf deren mechanische Stabilität.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Schaltanlage der ein- gangs genannten Art den Bauraum möglichst klein auszugestalten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass zumindest einer der Trennschalter in einer aus Isolierstoff bestehenden Freiluftdurchführung angeordnet ist.
Durch die Anordnung des Trennschalters in der Freiluftdurchführung kann die Schaltanlage kompakter ausgelegt werden. Dabei können die Abstände zwischen dem Trennschalter und einer notwendigerweise nicht leitenden Innenwandung der Freiluftdurchführung beliebig gering ausgelegt sein, ohne dass Teilentladungen oder Spannungsdurchbrüche zu befürchten sind. Der Trennschalter ist im Innern der Freiluftdurchführung also in
deren Isolator angeordnet, der zweckmäßigerweise aus Porzellan oder einem isolierenden Verbundwerkstoff, beispielsweise einem Geweberohr mit Silikonschirmen, hergestellt ist.
Zweckmäßigerweise ist jedem Trennschalter nur eine Freiluftdurchführung zugeordnet. Die erfindungsgemäße Schaltanlage kann wegen der möglichen geringen Abstände zwischen den Trennschaltern und deren Kapselung kleiner als vorbekannte Schaltanlagen ausgelegt werden. Darüber hinaus ist es erfin- dungsgemäß auch möglich, das auf Erdpotential liegende Gehäuse unabhängig von der Anzahl der Trennschalter auszulegen. So kann das Gehäuse von Schaltanlagen, die keine Trennschalter aufweisen, mit den gleichen Abmessungen hergestellt werden wie ein Gehäuse, das für eine Schaltanlage mit beispielsweise zwei Trennschaltern vorgesehen ist.
Die Schaltanlage kann erfindungsgemäß dreipolig ausgelegt sein, wobei für jede Phase ein Leistungsschalter und wenigstens ein Trennschalter vorgesehen sind. Dabei können alle Leistungsschalter von einem einzigen Gehäuse gekapselt sein. Abweichen hiervon ist jeder Leistungsschalter von einem separaten Gehäuse also einpolig gekapselt.
Bei einer bevorzugten Weiterentwicklung weist die Schaltanla- ge für jede Phase oder jeden Pol zwei Trennschalter auf, die jeweils in einer Freiluftdurchführung angeordnet sind. Abweichend dazu ist es auch möglich, dass die Schaltanlage je Pol lediglich einen in einer Freiluftdurchführung angeordneten Trennschalter aufweist, die andere oder anderen Freiluft- durchführungen des Pols jedoch lediglich zum Anschluss des Stromleiters vorgesehen sind. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass nur ein Pol einen Trennschaltern in einer Freiluftdurchführung aufweist.
Vorteilhafterweise ist jedoch jeder Trennschalter in einer Freiluftdurchführung angeordnet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jeder Trennschalter mittels einer gasdurchlässigen Halterung an dem Gehäuse abgestützt. Auf diese Weise ist für alle Trennschalter und den Leistungsschalter ein einziger durchgängiger Gasraum bereitgestellt, der sich mit nur einem ein- zigen Prüfverfahren auf seine Dichtheit hin überprüfen lässt. Als Halterung kann beispielsweise auch eine gasdurchlässige Durchführung oder eine oder mehrere Stützer im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
Abweichend dazu ist eine gasdichte Schottführung zum Halten jedes Trennschalters an dem oder einem der Gehäuse vorgesehen. Dabei trennt die Schottdurchführung einen Trennergas- raum, in dem der Trennschalter angeordnet ist, von einem Löschgasraum ab, in dem der Leistungsschalter vorgesehen ist. Trenngasraum und Löschgasraum können gemäß dieser erfindungsgemäßen Weiterentwicklung unabhängig voneinander beispielsweise mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt und/oder unterschiedlichen Gasen befüllt sein, so dass beispielsweise für den Trenngasraum auf ein Gas mit guten Löscheigenschaf- ten, wie etwa Schwefelhexafluorid, verzichtet werden kann.
Zweckmäßigerweise ist wenigstens eine an dem oder einem der Gehäuse abgestützte und aus einem Isolierstoff bestehende I- solierschwinge zum Einleiten einer Antriebsbewegung in den ihr zugeordneten Trennschalter vorgesehen. Durch Einsatz einer Isolierschwinge kann die Antriebsbewegung über eine Antriebswelle, die auf einfache Art und Weise beispielsweise an der Freiluftdurchführung gelagert werden kann, in die Schalt-
anläge eingeführt werden, wobei Dichtungsmittel zum Abdichten des Gasraumes oder Trennergasraumes vorgesehen sind. Die Isolierschwinge wandelt eine antreibende Drehbewegung in eine lineare Bewegung oder Hubbewegung um und leitet eine transla- torische Bewegung in den jeweiligen Trennschalter ein, wobei dieser entsprechend als Schubschalter ausgestaltet ist.
Vorteilhafterweise ist die Isolierschwinge an einem an dem oder einem der Gehäuse befestigten Zwischengehäuse der Frei- luftdurchführung angelenkt. Das Zwischengehäuse kann als separates Bauteil realisiert sein und beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Material wie Aluminium bestehen. Davon abweichend kann das Zwischengehäuse mehrteilig ausgebildet sein und über einen separaten Flanschabschnitt verfügen, mit dem es mit dem Isolator fest verklebt ist.
Vorteilhafterweise ist wenigstens einem Trennschalter wenigstens ein Erdungsschalter zum Erden des Trennschalters zugeordnet, so dass der jeweilige Pol der Schaltanlage beispiels- weise für Wartungsarbeiten auf einfache Art und Weise auf ein Erdpotential gelegt werden kann.
Vorteilhafterweise ist einem Trennschalter ein Erdungsschalter zugeordnet, wobei der Erdungsschalter im Zwischengehäuse der Freiluftdurchführung angeordnet ist. Bei dieser Weiterentwicklung der Erfindung stellt das metallisches Zwischengehäuse die notwendige mechanische Festigkeit bereit, wobei Drehlager und Dichtungsmittel in dem Zwischengehäuse auf besonders einfache und betriebssichere Weise anbringbar. Ferner kann die Freiluftdurchführung als funktionsfertiges separates Einzelbauteil hergestellt und vor Ort mit dem jeweiligen Gehäuse verbunden werden. Hierdurch vereinfacht sich die Montage der Schaltanlage.
Vorteilhafterweise weist die Freiluftdurchführung einen Stromwandler auf. Der Stromwandler ist sekundärseitig mit dem oder einem der auf Erdpotential liegenden Gehäuse elektrisch verbunden. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Stromwandler als Überwur stromwandler ausgebildet ist. Der Überwurfstromwandler kann ohne Öffnen des Gasraumes von der Schaltanlage entfernt werden.
Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Aufteilungsgehäuse zum Anschluss mehrerer Freiluftdurchführungen vorgesehen ist. Das Aufteilungsgehäuse ist beispielsweise zur Montage auf einen Anschlussstutzen eines Gehäuses mittels eines Gehäuseflansches vorgesehen und weist an seinem von dem Gehäuseflansch abgewandten Ende zwei weitere Aufteilungsstutzen zum Anschluss der Freiluftdurchführungen auf. Dabei weisen die Aufteilungsstutzen in unterschiedliche Richtungen, so dass die luftisolierten Hochspannungsanschlüsse einen zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen ausreichend großen Abstand zueinan- der aufweisen.
Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung sind Erdungsschalter in einer oder in mehreren Freiluftdurchführungen des Aufteilungsgehäuses vorgesehen.
Zweckmäßigerweise ist wenigstens ein Anzeigeelement zur Anzeige der Stellung des oder der Trennschalter und/oder des oder der Erdungsschalter vorgesehen.
Vorteilhafterweise ist wenigstens eine an einer der Freiluftdurchführung abgestützte Antriebseinheit zur Erzeugung einer Antriebsbewegung vorgesehen. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Freiluftdurchführung als funktionsfertiges Ein-
zelbauteil unabhängig von dem Leistungsschalter und dessen
Gehäuse oder Gehäusen hergestellt werden.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin- düng sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleich wirkende Bauteile mit gleichem Bezugszeichen versehen sind.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltanlage in einer teilweise geschnittenen Ansicht .
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Schaltanlage in einer geschnittenen
Ansicht und
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltanlage in einer geschnittenen Ansicht.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltanlage 1 weist ein auf Erdpotential liegendes metallisches Gehäuse 2 auf, das gasdicht ausgestaltet und beispielsweise mit Schwefelhexafluorid, einem Gas mit guten Lösch- und Isoliereigenschaften, befüllt ist. In dem Gehäuse 2 ist ein Leistungsschalter 3 angeordnet, der in Figur 1 in einer geschlossenen Kontaktstellung gezeigt ist. An das Gehäuse 2 sind ferner zwei Anschlussstutzen 4 angeformt, an denen Freiluftdurchführungen 5 befestigt sind. An dem von den Anschlussstutzen 4 abgewandten Ende der Freiluftdurchführung 5 sind Netzanschlüsse 6 zur Aufnahme einer figürlich nicht dargestellten Hochspannungsleitung vorgesehen. Um Spannungs-
Überschläge zwischen den Netzanschlüssen 6 insbesondere bei Höchstspannungen zu vermeiden, sind die Anschlussstutzen 4 voneinander weggeneigt, so dass eine ausreichend große Luftstrecke zwischen den Netzanschlüssen 6 bereitgestellt ist.
Die Freiluftdurchführungen 5 weisen einen hohlzylindrischen, zur Aufnahme jeweils eines Trennschalters 7 eingerichteten Isolator 5a auf. Jeder Trennschalter 7 ist somit in einer inneren Ausnehmung oder in einem Hohlraum der Freiluftdurchfüh- rung 5 angeordnet und weist einen feststehenden Einfahrkontakt 8 sowie einen ebenfalls feststehenden Gleitkontakt 9 auf. In dem Gleitkontakt 9 ist ein Schaltstift 10 beweglich geführt, wobei der Gleitkontakt 9 über einen hohlen Verbindungsleiter 11 elektrisch mit einem Steckkontakt 3a des Leis- tungsschalters 3 verbunden ist, so dass nach dem Einfahren des Schaltstiftes 10 in den Einfahrkontakt 8, wie in Figur 1 gezeigt, zwischen den Netzanschlüssen 6 eine leitende Verbindung hergestellt ist.
Um Spannungsspitzen durch hohe elektrische Feldstärken an E- cken und Kanten zu vermeiden, sind Feldsteuerelemente 21 vorgesehen.
Zum Einleiten einer Schaltbewegung in jeden Schaltstift 10 ist jeweils eine aus einem nicht leitenden Material bestehende Isolierschwinge 12 vorgesehen, die in einem Zwischengehäuse 13 angeordnet ist. Das aus einem zweckmäßigen Metall wie Aluminium bestehende Zwischengehäuse 13 weist einen Flanschabschnitt 13a auf, der gasdicht mit dem Isolator 5a der Frei- luftdurchführung 5 verklebt ist. Selbstverständlich können der Flanschabschnitt 13a und das Zwischengehäuse 13 im Rahmen der Erfindung auch einstückig ausgebildet sein. Das Zwischengehäuse 13 ist mittels Haltekappen 15 gasdicht verschlossen.
Zum Halten des Gleitkontaktes 9 über den Verbindungsleiter 11 in der Freiluftdurchführung 5 ist ein Stützer 16 vorgesehen, der einerseits mit dem Verbindungsleiter 11 und andererseits mit der Haltekappe 15 des Zwischengehäuses 13 fest verbunden ist. Der Stützer 16 ist aus einem Isolierstoff, wie beispielsweise Gießharz, hergestellt.
Zum Übertragen der Antriebsbewegung von der Isolierschwinge 12 auf den Schaltstift 10 ist eine Koppelstange 17 vorgese- hen, die an der Isolierschwinge 12 angelenkt ist und an ihrem von der Isolierschwinge 12 abgewandten Ende über eine Schalt- stiftführung 18 fest mit dem Schaltstift 10 verbunden ist. Der Verbindungsleiter 11, in dem die Koppelstange 17 und der Schaltstift 10 teilweise angeordnet ist, dient zur Führung der Koppelstange 17 und zur Vermeidung von Spannungsspitzen innerhalb des Isolators 5a der Freiluftdurchführung 5.
Die Isolierschwinge 12 ist weiterhin fest mit einer in dem Zwischengehäuse 13 gelagerten Antriebswelle 19 verbunden, die über ein zweckmäßiges, mit Dichtungsmitteln ausgerüstetes
Drehlager aus dem Zwischengehäuse 13 hinausgeführt ist. Durch Drehung der Antriebswelle 19 wird die Isolierschwinge 12 in eine in Figur 1 angedeutete Trennstellung 20 überführt, in welcher der Schaltstift 10 aus dem Einfahrkontakt herausge- führt ist, so dass zwischen dem Einfahrkontakt 8 und dem Gleitkontakt 9 eine Trennstrecke gebildet ist.
Durch die mechanische Anbindung des Gleitkontaktes 9 an das Zwischengehäuse 13 durch den gasdurchlässigen Stützer 16 ist lediglich ein Gasraum ausgebildet. Ist jede Freiluftdurchführung 5 mit einem Stützer 16 ausgerüstet, muss lediglich ein Prüfverfahren auf Dichtheit der Schaltanlage 1 durchgeführt werden.
In Figur 1 ist jedoch bei der rechts dargestellten Freiluftdurchführung 5 der Verbindungsleiter 11 über eine gasdichte Schottdurchführung 22 in der Freiluftdurchführung 5 gehalten. Durch die gasdichte Schottdurchführung 22 ist in der rechten Freiluftdurchführung 5 ein separater Trenngasraum bereitgestellt, der mit einem von demjenigen der restlichen Schaltanlage 1 abweichenden Gas befüllbar ist. Weiterhin sei auf den unterhalb des Gehäuses 2 angeordneten Spannungswandler 23 so- wie auf das Antriebsgehäuse 24 zum Unterbringen einer Antriebs- sowie einer Steuereinheit für den Leistungsschalter 3 verwiesen.
An dem Anschlussstutzen 4 ist ferner ein Erdungsschalter 25 erkennbar, der nach dem Öffnen des Trennschalters 7 zum Erden des Trennschalters 7 vorgesehen ist. Dazu stellt der Erdungsschalter 25 eine leitende Verbindung zwischen dem auf dem Verbindungsleiter 11 befindlichen Erdkontakt 25a sowie dem auf Erdpotential liegenden metallischen Gehäuse 2 her. Zum Antrieb des Erdungsschalters 25 ist eine aus dem Anschlussstutzen 4 des Gehäuses 2 herausgeführte Erdungswelle 26 vorgesehen.
Ferner ist ein an dem Gehäuse 2 befestigter Antriebskasten 27 zur Aufnahme eines Antriebes für die Erdungswelle 26 erkennbar. Der Antrieb für die Isolierschwinge 12 ist in dem Antriebsgehäuse 27a angeordnet. Darüber hinaus ist die Schaltanlage 1 mit einem Überwurfstromwandler 28 ausgerüstet.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltanlage, wobei auf einen Erdungsschalter 25 im Anschlussstutzen 4 sowie auf einen Spannungswandler 23 unterhalb des Gehäuses 2 verzichtet wurde.
Bei einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Erdungsschalter 25 in dem Zwischengehäuse 13 angeordnet und an einer der Haltekappen 15 befestigt.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zum Anschluss von drei Freiluftdurchführungen 5 an dem lediglich zwei Anschlussstutzen 4 aufweisenden Gehäuse 2 ist ein Aufteilungsstutzen 29 vorgesehen. Der Aufteilungsstutzen 29 weist zur Verbindung mit dem Anschlussstutzen 4 einen Gehäuseflansch 30 auf. An seinem von dem Gehäuseflansch 20 abgewandten Ende sind zwei Aufteilungsstutzen 31 zum Anschluss der Freiluftdurchführungen 5 vorgesehen. Dabei weisen die Aufteilungsstutzen in unterschiedliche Richtungen, so dass die luftisolierten Hochspannungsanschlüsse 6 einen zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen ausreichend großen Abstand zueinander aufweisen. Die mittlere Freiluftdurchführung 5 weist keinen Erdungsschalter 25 auf. Deren Trennschalter 7 wird durch den Erdungsschalter 25 der in Figur 3 rechten Freiluftdurchführung übernommen.