WO2011161121A1 - Hochspannungsschaltvorrichtung - Google Patents

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WO2011161121A1
WO2011161121A1 PCT/EP2011/060379 EP2011060379W WO2011161121A1 WO 2011161121 A1 WO2011161121 A1 WO 2011161121A1 EP 2011060379 W EP2011060379 W EP 2011060379W WO 2011161121 A1 WO2011161121 A1 WO 2011161121A1
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WO
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load
contact element
contact
switching
voltage switching
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Application number
PCT/EP2011/060379
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English (en)
French (fr)
Inventor
Raimund Buhl
Manfred Binder
Franz Hiemstra
Volker Kopke
Original Assignee
Ipt International Power & Technology Gmbh
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Publication date
Application filed by Ipt International Power & Technology Gmbh filed Critical Ipt International Power & Technology Gmbh
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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
    • H01H33/122—Load break switches both breaker and sectionaliser being enclosed, e.g. in SF6-filled container
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/42—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using cam or eccentric
    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a high voltage switching device for switching electrical contacts of a conductor according to the features of the preamble of claim 1.
  • High voltage in the sense of this application is any voltage above 1,000 volts (1 kV), which means in particular AC voltages (an application is not limited to AC voltages).
  • switching elements that can only switch no-load currents, which are collectively referred to herein as "disconnecting elements", and those switching elements that are capable of switching load currents, which are divided once again in the high-voltage technology in load switch and circuit breakers, the latter being provided for higher voltages and currents, in particular must be able to switch in the event of a short circuit.
  • load switching element all the switching elements which are also capable of switching load currents are summarized under the term "load switching element".
  • load switches are often operated in an inert gas atmosphere of SF 6 in the region of the medium voltage level (up to approximately 52 kV), which quickly extinguishes the switching arc generated during the switching operation and thus prevents destruction of the switch.
  • the medium voltage level up to approximately 52 kV
  • this gas is an enormously powerful greenhouse gas. In terms of mass, this gas has more than 20,000 times more harmful effects than the commonly known as greenhouse gas carbon dioxide.
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • SF 6 encapsulated load switch or load switchgear by other switching means.
  • the vacuum interrupters already used in the higher power range can be used.
  • two contact elements are arranged via a metallic bellows or similar device movable in an evacuated space, typically a ceramic tube, which form the electrical contact when moving towards each other. Due to the high vacuum with very low residual pressure, the formation of a switching arc is prevented here, or it breaks down again in the absence of ionizable gas immediately after a natural zero crossing.
  • the first disconnecting contact element of the disconnecting switching element is designed such that, in the event of a movement triggered by the drive, in any event one of its components will be the first load contact element for closing or closing Opening the load switching element relative to the second load contact element moves or triggers such a movement.
  • This movement of the first load contact element through the first disconnect contact element or through one of its components is particularly preferably directly and directly, ie without the interposition of any gear or other transmission means, but can also be done by the operation of a trigger mechanism.
  • the high-voltage switching device includes a disk connected to a drive via a rotation axis.
  • a metal rail is arranged, which forms part of the first separating contact element as well as a connected to a contact conductor first sliding contact.
  • the second isolating contact element has a second sliding contact, which also acts on the metal rail.
  • the first sliding contact can act on the metal rail or is separated from it.
  • the first isolating contact element is designed so that it also moves the first load contact element for switching the load switching element during its movement by the drive at the same time or triggers its movement.
  • a load switching element other elements can be selected in addition to a vacuum interrupter, eg switching chambers with oil or SF 6 as the extinguishing medium. If SF 6 or oil is selected, then this medium should preferably be housed in a similar encapsulated structure, as in the vacuum interrupter, on the one hand to minimize the amount of SF 6 required and on the other to prevent escape of this medium.
  • a plurality of inventive high-voltage switching elements can be arranged one behind the other and operated with a single drive shaft, which penetrates all disks and rotates due to the choice of the disc as part of the separating switching element.
  • the three phases of a high voltage line to be switched with a drive shaft e.g. the three phases of a high voltage line to be switched with a drive shaft.
  • the structure according to the invention allows the omission of any extinguishing medium, in particular so of SF 6 , in the region of the separating switching element, which can be arranged without special encapsulation in air.
  • the switching movement of the first load contact element controlled by the first disconnect contact element is expediently controlled and the said elements are designed such that first the disconnect switching element closes when a contact of the high-voltage switch device is closed, before the load switching element for transmitting the electrical load is closed, in the opening case initially the load switching element opens and the disconnect switching element then only opens the no-load current, without switching energy and possibly triggering a switching arc that could destroy the load switching element.
  • the metal rail is advantageously designed as provided in claim 3. Accordingly, it has in the radial direction seen from the axis of rotation of an extent along which the second sliding contact can be moved. Further, means are provided on the disc and the second isolating contact element, which cause a radial displacement of the second isolating contact element, so as to move the first load contact element for switching the load switching element. In other words - seen in a radial direction with respect to the axis of rotation - the second isolating contact element arranged to be displaceable outwards and acts on the first load contact element.
  • corresponding means are arranged, which cause a displacement of the second separating contact element, wherein the metal rail is sufficiently wide, that is expanded in the radial direction, to maintain the electrical contact between the second sliding contact and the metal rail along the travel path of the second separating contact element.
  • Means for radially displacing the first load contact element may be provided, which move a guide path on the disc and on the guide path, comprising engaging or at least indirectly acting on the first load contact element.
  • These rollers can be arranged on the second isolating contact element and move it as described above, so as to effect a displacement of the first load contact element.
  • the second separating contact element with its rollers on the istsungskulissenbahn which is preferably designed so that they only in an in the direction of rotation after an angular position in which a sliding contact of another component of the first separation contact element to the metal rail engages and thus the disconnect switch element is closed, lying angle position causes a displacement of the second isolating contact element radially outwards, in which this second isolating contact element has continuous contact with the metal rail and so the first load contact element is brought into electrical connection with the second load contact element, then the To close the load switching element according to the invention in high voltage switching devices.
  • rollers directly to the first load contact element or to a component rigidly connected thereto so as to shift the first load contact element directly.
  • first load contact element and the second disconnect contact element move relative to one another, the transmission of the electrical current between these elements can then take place via other connection paths than a radially displaceable sliding contact.
  • the guide track path can be designed on the disc so that during a switching operation in the opening direction initially the second separating contact element on the istskulitessbahn so unrolls that opening of the load switching element is made possible before the disconnect switching element by releasing a component of the first disconnect contact element of the metal rail in the open position device.
  • a circuit closure and compensate for corresponding tolerances, can be advantageously in the range of the switching position or the switching positions in which or in which the load contact element is closed, be provided with respect to the axis of rotation radially outwardly spring-loaded, relative to the rest of the guide track path movable plungers (see claim 5).
  • the guide track path may have an elevation which causes it to move radially outward before reaching the closed position of the first load contact element. This movement ensures by a certain pressing of the first load contact element against the second load contact element in the switching operation, a safe and reliable electrical connection in the on position of the load switching element.
  • the means for radially displacing the second disconnect contact element may also comprise permanent magnets arranged on the disk on the second disconnect contact element and directed towards one another with poles of the same name.
  • the means for radially displacing the second disconnect contact element may also comprise permanent magnets arranged on the disk on the second disconnect contact element and directed towards one another with poles of the same name.
  • the skilled person must provide only sufficiently strong permanent magnets here to safely trigger the switching process and perform.
  • the first load contact element is acted upon by a restoring force in an open position in which it is electrically separated from the second load contact element.
  • a restoring force can be exerted in particular by a spring, but other possibilities may be provided, e.g. the use of a weight force or the like.
  • the high-voltage switching device can also have latching means which hold the first load-contact element in a closing position against the restoring force.
  • means for releasing the locking means are then arranged on the first separating contact element, which release the locking means in a switching position of the high-voltage switching device in which the first isolating contact element is in electrical contact with the second isolating contact element.
  • the first load contact element during opening is not carried directly by the first disconnect contact element and follows its movement, as is the case when closing the load switching element (ie when moving the first load contact element against the second load contact element).
  • the disconnection takes place by releasing the catch connection catching the first load contact element when closing the load switching element and abruptly due to the restoring force (for example exerted by a spring element) acting on the first load contact element.
  • This ensures a particularly short turn-off time, which helps to further suppress the formation of a discharge arc in the load switching element.
  • a corresponding means such as a driving lug or a comparable projection, be arranged, which causes a release of the same from the first load contact element upon abutting on an element of the latching means.
  • the high-voltage switching device has three connections, namely a connection to a busbar, a connection to an outgoing line branch and a grounding connection, wherein the load switching element is arranged at the connection to the outgoing line branch.
  • the outgoing line branch can be electrically connected via the disconnecting switching element and the load switching element selectively connected to the busbar, electrically connected to the ground or disconnected from all electrical connections.
  • a high-voltage switch is formed from three high-voltage switching devices constructed according to the invention. Conveniently, these three high-voltage switching devices are then arranged so that they are operated by one and the same drive, using a disk provided with a metal rail, these discs of all three high-voltage switching devices preferably sit on a common axis of rotation by a single drive (whether motor or manually).
  • Figure 1 shows a high-voltage switching device according to the invention in a first embodiment variant in cross-section in a first switching position with separate from other electrical connections outgoing line branch.
  • Fig. 2 in a comparable view, the embodiment of a high voltage switching device of Figure 1 in a second switching position in which the outgoing line branch is connected to the busbar.
  • Fig. 3 shows the embodiment of a high voltage switching device of Figure 1 in a comparable view in a third switching position in which the outgoing line branch is electrically connected to earth.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a high-voltage switching device according to the invention in a sectional illustration comparable to the previous figures in a first switching position, in which the outgoing line branch is completely separated from all electrical connections;
  • Fig. 5 shows the embodiment for a high voltage switching device of Figure 4 in similar view in a switching position in which an outgoing line branch is connected to the busbar.
  • Fig. 6 shows the embodiment of the high voltage switching device of Figure 4 in similar view in a further switching position in which the outgoing line branch is connected to ground.
  • FIG. 7 shows a high-voltage switch for the three phases, formed from three high-voltage switching devices arranged one behind the other according to the embodiment of Figures 1 to 3 in a partially cut away view.
  • FIG. 8 shows a three-dimensional view of the high-voltage switch according to FIG. 7 with completely closed housings
  • FIG. 9 shows a view comparable to FIG. 7 of a high-voltage switch formed from high-voltage switching devices according to the exemplary embodiment according to FIGS. 4 to 6;
  • FIG. 10 shows a high-voltage switch according to FIG. 9 with completely closed housings
  • Fig. 11 in two representations a and b schematically the essential elements of a high voltage switch in a third embodiment in a first, two switching contacts connecting switch position, wherein in the illustration of Fig. 11b, a part of a contact rail is cut away for illustration and better illustration of the underlying Elements;
  • Fig. 12 in two views a and b the same essential elements of the high voltage switch in the embodiment variant of FIG. 11 in a second switching position in which a second contact pair is electrically connected to each other, again here in the representation b in the figure, the contact rail partially is cut away to better illustrate the underlying structure;
  • FIG. 13 shows in two illustrations a and b the high-voltage switch according to the embodiment variant shown in FIGS. 11 and 12 with the essential elements in an intermediate position in which the switch is opened with both the opened disconnecting switching element and the opened power switching element; Again, in the representation b, a part of the contact rail is cut away again to better clarify the underlying structures;
  • FIG. 14 shows the high-voltage switch from FIGS. 11 to 13 with the essential elements in a switching position in which the isolating switching element is closed, but the power switching element is still open, wherein in the illustration of FIG. 14b the contact rail is again partially cut away to clarify it lying structures;
  • FIG. 15 in two views a and b, in the view b again with partially cut away contact rail, one of the intermediate position shown in Figures 14a and b similar switching position with respect to the preparation of the switching contact for the second contact pairing;
  • FIGS 11 to 15 shows in a time sequence the sequence in the high-voltage switch according to FIGS 11 to 15 when switching a separation process to illustrate the caused by releasing a locking means fast turn-off of the load switching element.
  • Fig. 17 in a detailed view of the triggering device for the locking element as part of the latching device.
  • a total of three embodiments of a high-voltage switching device according to the invention are shown in a schematic representation, as well as high voltage switch with for the three phases of the three-phase current successively arranged high-voltage devices of this type.
  • This high-voltage switching device 1 comprises, arranged in a housing 2, a disc 3.
  • This disc 3 has centrally an internally toothed opening 4, through which the axis of rotation or drive shaft of a drive can be passed rotationally relative to the disc.
  • the disc 3 is formed in the radial direction, as seen from the opening, with different extensions. Over an angular range of slightly more than 180 °, a portion of further expansion, in which a metal rail 5 is inserted as contact extends. Further, a mecanicsungskulissenbahn 6 is formed on the disc 3, in which a total of two in the radial direction outwardly movable and each biased by a spring 7 radially outward thrust pieces 8 are arranged.
  • a total of three contacts are arranged around the center of the opening 4, in each case offset by 120 °, namely a busbar contact 9, a grounding contact 10 and a branch contact 11. All these contacts have sliding contacts 12, 12a, which are arranged in a position in which they depending on the angular position of the disc 3, the metal rail 5 can contact.
  • the branch contact 11 which also forms the second isolating switch contact, is directly electrically and mechanically connected to a first load switch contact 13 of a vacuum interrupter 14.
  • This first load switch contact 13 is axially movable in the vacuum interrupter 14 in the direction of a second load switch contact 15 fixed relative to the vacuum interrupter 14 away from this.
  • the branch contact 11 as a whole, ie with its sliding contacts 12a in the radial direction with respect to the central opening 4 and thus in the axial direction of the vacuum interrupter 14 movable.
  • the first load switching contact 13 is biased by means of a spring (not shown here) in an open position in which it is separated from the second load switching contact 15.
  • the branch contact 11 is fixedly connected to rollers 16 which run along the réellesungskulissenbahn 6 along.
  • a movement of the branch contact 11 in the radial direction is caused when the disc 3 is moved through a through the opening 4 projecting through the axis of rotation or shaft.
  • the extent of the metal rail 5 in the radial direction is selected such that a displacement of the branch contact 11 can take place in this direction without the sliding contacts 12a assigned to this branch contact 11 coming loose from the metal rail 5.
  • Fig. 1 the high-voltage switching device 1 is shown in a position in which the branch is completely separated electrically and connected to no other line piece.
  • the metal rail 5 is connected to the branch contact 11 in connection, but is not connected by another component of the first separating contact element, namely the sliding contacts 12 either of the busbar contact 9 or the grounding contact 10.
  • the first load switching contact 13 is released from the second load switching contact 15, so that the load switching element in the form of the vacuum interrupter 14 is located in an open position.
  • the open position of the separating switching element formed by the sliding contacts 12, 12a and the metal rail 5 can now be made visible in accordance with the standards by either a housing cover of the high voltage switching device 1 is made transparent and thus immediately visible, or by an opening 4 through the projecting axis of rotation or switching shaft is provided with corresponding markings that indicate the position of the disc 3 directly visually.
  • a further switching position of the high voltage switching device 1 is shown. This was achieved by rotating the disc 3 from the position shown in Fig. 1 clockwise by 60 °. In this position, an electrical contact between the busbar and the branch line is made, the busbar contact 9 is connected with its sliding contacts 12 via the metal rail 5 and the sliding contacts 12a with the branch contact 11 and wherein the directly to the sliding contacts 12a electrically connected load switching contact 13 in the vacuum interrupter 14 is in electrical connection with the second load switching contact 15.
  • a further switching position of the high voltage switching device 1 is shown, which is reached from the position shown in Fig. 1 by turning by 60 ° counterclockwise.
  • a connection of the branch to the ground is made by the grounding contact 10 is connected to the branch contact 11 and the load switching contacts 13 and 15 are brought into contact with each other.
  • the high voltage switching device 20 comprises a housing 2 in which a disc 3 is rotatably arranged, which has in its center an internally toothed opening 4 for connection to a rotation axis or drive shaft. Again, along the disc 3, a metal rail 5 as a contacting element and part of the separation switching element, more precisely, the first separation switching contact, is provided.
  • a busbar contact 9 which is electrically and mechanically connected to a first load switching contact 13 in a vacuum interrupter 14, in turn with a fixed second power switch contact 15 can be brought into electrical connection.
  • the spring 17 can be seen, which forces the first load switching contact 13 in an open position in which this seen in the axial direction is maximally removed from the second load switching contact 15 and thus the load switching element in the form of the vacuum interrupter 14 opens.
  • ground contact 10 and branch contact 11 turn sliding contacts 12, 12a are arranged, which engage the metal rail 5 and so can make electrical contact with each other.
  • the branch contact 11 has no role and the disc 3 no sliding guide track.
  • 3 permanent magnets 19 are arranged at certain positions of the disc, and a permanent magnet 18 is fixed to the branch contact 11.
  • the permanent magnets 18 and 19 are aligned so that the permanent magnets 19 each point with the same pole radially outward and the permanent magnet 18 also with the same pole in the radial direction with respect to the opening 4 points inwards.
  • the permanent magnets 18 and 19 may face each other in a way that poles of the same name meet each other and thus cause a repulsion.
  • the high-voltage switching device 20 is shown in one of the Fig. 1 according to the above-described embodiment comparative position in which both the disconnect element is open by the sliding contacts 12 of the contacts busbar contact 9 and grounding contact 10 are released from the metal rail 5, as Also at the same time the load switching element in the form of the vacuum interrupter 14 is located in the open position, where the first load switching contact 13 is separated from the second load switching contact 15 and removed.
  • the high-voltage switching device 20 is now shown in a comparable position in FIG. 2, in which the busbar contact 9 is electrically connected to the branch contact 11.
  • the disconnecting switching element is closed by contacting the sliding contacts 12 of the busbar contact 9 with the metal rail 5 and the sliding contacts 12a of the branch contact 11 with just this metal rail 5, then is at existing switching closure of the disconnecting switching element by further rotation of the disc 3 and moving the permanent magnet 19 in the region of the permanent magnet 18 and the repulsive force between the same poles 18 and 19 opposing permanent magnets 18 and 19 pressed radially outward with respect to the opening 4 and thereby the first load switching contact 13 has been connected to the second load switching contact 15 in the vacuum interrupter 14. Now there is an electrical connection between the busbar contact 9 and the branch contact.
  • a switching position corresponding to the switching position shown for the first exemplary embodiment in FIG. 3 is shown for the high-voltage switching device 20, in which the branch contact 11 is connected to the grounding contact 10.
  • the metal rail 5 first ensures closing of the disconnecting switching element, in that the sliding contacts 12 of the earthing contact 10 and the sliding contacts 12a of the branch contact 11 come into contact simultaneously with the metal rail 5, only after that is the load switching element in the form of the vacuum interrupter 14 through the repulsive force of the permanent magnets 19 and 18 and the resulting movement of the first load switching contact 13 is closed.
  • the high-voltage switching device according to the invention can also be used in a two-phase AC voltage network as a single-pole switch or in a two-combination for connecting both phases of a branch or for switching conductors of a DC voltage network.
  • FIGS. 9 and 10 a similar arrangement of the full-value high-voltage switch for all three phases is shown, as it can be constructed from high-voltage switching devices 20 according to the second embodiment, also arranged on a single axis of rotation or drive shaft.
  • the high-voltage switching device 21 also has a disk 23, which is mounted in a housing (not illustrated here) and rotatable about an axis of rotation 22. This disk 23 is located with the axis of rotation 22 in the center between three each by 120 ° angularly offset contact terminals, namely a busbar terminal 24, a terminal 25 to an outgoing line branch and a ground terminal 26th
  • a conductive material, in particular copper, formed contact rail which rotates with the disc 23.
  • the contact rail 27 has thickened contact heads 28 at its two end regions, which are seen in their longitudinal direction.
  • sliding contacts 29, 30 and 31 are also arranged at 120 ° about the axis of rotation 22, wherein these are positioned so that in each case two of the sliding contacts 29, 30 and 31 with the contact heads 28 of the contact rail 27 in electrical contact can reach.
  • the sliding contact 29 is assigned to the busbar connection 24, the sliding contact 30 leads to a connected to the terminal 25 to the outgoing line branch vacuum interrupter 32, the sliding contact 31 contacts the ground terminal 26th
  • a gate guide track 33 is further formed, on which a connected to a first load contact element of the vacuum interrupter 32 roller 34 runs and rolls.
  • the high-voltage switching device 21 is shown in a switching position in which the busbar is connected via the busbar connection 24 to the outgoing line branch via the connection 25 to the same.
  • disconnecting element in the form of sliding contacts 29 and 30 in conjunction with the contact rail 27 closed also acting as a power switching element
  • vacuum interrupter 32 is also closed by the first power contact element, moved over the on the slide track 33 running roller 34 and the rigidly connected to this roller 34 switch punch 35 is pressed against a located in the vacuum interrupter second load contact element and brought into electrical contact with this.
  • electrical current can flow from the busbar to the outgoing leg of the line.
  • latching means having latching elements 40 which engage in notches or recesses 38 (see Fig. 13) on the switching die 35, the switching punch 35 and thus held the first load contact element in the closed position and against the force applied by the coil springs 36 and 37 restoring force.
  • Fig. 12 a comparable Fig. 11 switching position is shown, in which only the disc 23 is rotated by 240 ° counterclockwise to connect the connection to the outgoing line branch 25 to the ground terminal 26 in this switching position.
  • Fig. 13 an open position of the high-voltage switching device 21 according to this third embodiment is shown. Again, the presentation is again limited to the essential elements of this switching device. It can be clearly seen here that the disk 23 is rotated into a position in which the two contact heads 28 of the contact rail 27 are in electrical connection with none of the sliding contacts 29, 30 or 31.
  • the isolating switching element is thus, and this can be achieved by e.g. Choice of transparent housing made visible from the outside, in an open position. Of the sliding contacts 29, 30, 31 no one is contacted.
  • the roller 34 is located on a closer to the axis of rotation 22 position on the réellesungskulissenbahn 33, the switching punch 35 and with him the first load contact element of the vacuum interrupter 32 is retracted and thus the vacuum interrupter 32 also in an open position. Accordingly, the latching elements 40 are released from the notches 38 in the switching punch 35.
  • the coil springs 36 and 37 are relaxed, have driven the first load contact element in the Ausschalttraum.
  • FIG. 13b arranged on the disc 23 outside the guide slot 33 driving cam 41, whose function will be described below.
  • a similar driving cam 41 is located on the disc in symmetrical positioning in a concealed below the contact head 28 shown in Fig. 13b right.
  • the driving cam 41 located in this position can be seen in FIG. 14b.
  • FIGS. 13b and 14b also show elevations 42 arranged in the slide tracks 33 in a region below the contact heads 28.
  • FIG. 14 in the illustrations a and b, similar to FIG. 15, a position of the high-voltage switching device 21 is shown as it exists shortly before the overall closed position is reached.
  • Fig. 14 shows a position shortly before establishing a complete circuit closure between the outgoing line branch and the ground terminal, for grounding the line branch, e.g. for the purpose of maintenance work to be performed thereon
  • FIG. 15 shows a corresponding switch position shortly before the complete establishment of a circuit closure between the busbar terminal and the outgoing line branch for covering this line branch with mains voltage.
  • the roller 34 is moved further away from the axis of rotation 22 to the outside by the guide on the sliding guide track 33, whereby the switching punch 35 after on the outside, is pressed away from the axis of rotation 22, against the force exerted by the coil springs 36 and 37 restoring force until the locking means 39 engages with the locking elements 40 in the notches 38 of the switching punch 35 and the power switching element, more precisely its first load contact element in the closed position holds.
  • the roller 34 passes over the elevation 42 in the ceremoniessungskulissenbahn 33, which causes an additional overstroke on the order of 2 to 3 mm outwards, ie away from the axis of rotation 22, which ensures that the contact even after several switching operations and a corresponding wear of the switch contacts in the vacuum tube 32 safely comes about.
  • the guide track path 33 drops again in the direction of the axis of rotation 22.
  • This elevation 42 causes a closing of the power switching element in the form of the vacuum interrupter 32 with an excessive at the beginning of the closing force, so that an electrically conductive and secure contact between the both contact elements in the vacuum interrupter 32 is ensured and the risk of a Heidelbergentladungs realise is further reduced.
  • Fig. 16a a switching position is shown in which both the disconnecting switching element and the power switching element are closed and the outgoing line branch is electrically connected to the busbar.
  • the locking elements 40 engage in the notches 38 of the switching punch 35 and hold it in the closed switching position of the vacuum interrupter 32.
  • this sectional view corresponds to the switching position shown in Fig. 11. Now, if the disk 23 is moved counterclockwise to open the electrical connection, the disconnect switching element remains electrically closed, since further the contact heads 28 are in communication with the sliding contacts.
  • the roller 34 leaves the slide track 33, since the switching punch 35 is held by the still latched locking elements 40 in the closed position and against the restoring force of the coil springs (not shown here). This can be seen in FIG. 16b.
  • the release lever 43 is mounted at a pivot point 44. In the further movement of the disc 23 in the counterclockwise direction of the driving cam 41 moves the end of the release lever 43, where it engages outwardly, whereby an located beyond the bearing point 44 located end 45 of the release lever 43 pivots inwards.
  • the location of the driving cam on the disc 23 is selected so that the described triggering operation for releasing the load contact elements from each other (opening the vacuum interrupter) in the course of this required travel path of the disc is performed and process takes place in such a span, in the permanent permanently connected by the contact heads 28 still applied to the sliding contacts the separating switching element is still closed. The actual switched off with electrical power switching process thus takes place exclusively in the vacuum interrupter.
  • FIGS. 17 a and b the elements of the latching means 39 are shown enlarged again (in each case in a view of a front and a rear side).
  • the deflected at the pivot points 44 release levers 43 which act with their ends 45 on ends 46 of the locking elements 40 to this in a spreading of the release lever 43 from a latching holding position into a release position to move outside.
  • the locking means 39 are biased by springs 50, 51 in a position in which the locking elements 40 are directed towards each other at a small distance, ie in a detent position in which the locking elements 40 engage in located in their area of action notches 38 in this.
  • About teeth 49 ensures that when the driving cam 41 engages one of the locking lever 43 and this entrains, both locking lever and thus both locking elements 40 are moved equally outward.

Abstract

Eine Hochspannungsschaltvorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten (9, 10, 11) eines Leiters mit einem Trennschaltelement (5, 12, 12a), welches ein wenigstens mit einem Bestandteil (5) über einen Antrieb bewegbares erstes Trennkontaktelement (5, 12) und wenigstens ein durch Bewegen des ersten Trennkontaktelementes (5, 12) mit diesem in elektrischen Kontakt bringbares zweites Trennkontaktelement (12a) aufweist, und mit einem Lastschaltelement (14) mit einem ersten und einem zweiten Lastkontaktelement (13, 15), welche in einem Medium zum Löschen und/oder Verhindern eines Schaltlichtbogens angeordnet sind, wobei das erste Trennkontaktelement (5, 12) so ausgebildet ist, dass es bei seiner durch den Antrieb ausgelösten Bewegung eine Bewegung des ersten Lastkontaktelement (13) zum Schließen bzw. Öffnen des Lastschaltelementes (14) relativ zu dem zweiten Lastkontaktelement (15) bewirkt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das erste Trennkontaktelement (5, 12) eine auf einer mit dem Antrieb über eine Drehachse verbundenen, drehbaren Scheibe angeordnete Metallschiene (5) und einen mit einem Kontaktleiter (9, 10) verbundenen ersten Schleifkontakt (12) umfasst, der je nach Drehwinkelstellung der Scheibe (3) an der Metallschiene (5) angreifen kann bzw. von dieser getrennt ist. Ein solches Hochspannungsschaltgerät kann besonders einfach geschaltet werden, und es lassen sich eine Vielzahl solcher Hochspannungsschaltgeräte mit einem gemeinsamen Antrieb schalten.

Description

Hochspannungsschaltvorrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsschaltvorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten eines Leiters gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Stand der Technik
In der Hochspannungsschalttechnik wird – abhängig von den Schaltanforderungen – nach unterschiedlichen Schalterarten unterschieden. Hochspannung im Sinne dieser Anmeldung ist jede Spannung oberhalb von 1.000 Volt (1 kV), wobei hier insbesondere Wechselspannungen gemeint sind (eine Anwendung jedoch nicht auf Wechselspannungen beschränkt ist).
Eine grobe Unterscheidung lässt sich machen zwischen solchen Schaltelementen, die ausschließlich Leerlaufströme schalten können, die hier zusammenfassend als „Trennschaltelemente“ bezeichnet werden, und solchen Schaltelementen, die auch Lastströme zu schalten in der Lage sind, die in der Hochspannungstechnik noch einmal unterteilt werden in Lastschalter und Leistungsschalter, wobei letztgenannte für höhere Spannungen und Ströme vorgesehen sind, insbesondere auch im Kurzschlussfall schalten können müssen. Für die Zwecke dieser Anmeldung werden der Einfachheit halber aber sämtliche Schaltelemente, die auch Lastströme zu schalten in der Lage sind, unter dem Begriff „Lastschaltelement“ zusammengefasst.
Es bestehen in der Hochspannungstechnik Sicherheitsvorschriften, die auf verschiedenen Netzebenen vorsehen, dass Trennschalter vorhanden sein müssen, die – häufig zusätzlich zu den Lastschaltelementen – eine sichtbare Schaltstellung aufweisen, in der durch einfache Sichtkontrolle die tatsächliche Abtrennung eines vom Netz zu trennenden Leitungsabschnittes aufgezeigt wird. Die entsprechende sichtbare Trennstrecke wird in Deutschland z.B. nach der DIN/VDE 0105 bestimmt.
Lastschalter werden je nach Einsatzgebiet und zu schaltender Spannung jedenfalls im Bereich der mittleren Spannungsebene (bis etwa 52 kV) häufig in einer Schutzgasatmosphäre aus SF6 betrieben, welches Gas den beim Schaltvorgang entstehenden Schaltlichtbogen zügig löscht und so eine Zerstörung des Schalters verhindert. Zwar kann in einer solchen Bauweise mit Vorteil in einem Lastschalter selbst auch die von der DIN vorgeschriebene sichtbare Trennstrecke verwirklicht werden (man spricht dann von einem sogenannten Lasttrennschalter), jedoch ist eine Atmosphäre aus SF6 in verschiedener Hinsicht problematisch.
Zwar ist das Gas selbst ungiftig und unter normalen Umständen reaktionsträge, jedoch ist dieses Gas ein enorm starkes Treibhausgas. Bezogen auf die Masse hat dieses Gas eine über 20.000-fach schädlichere Wirkung als das gemeinhin als Treibhausgas bekannte Kohlendioxid. Darüber hinaus ist SF6 (Schwefelhexafluorid) beim Abbau und der Zerstörung der Ozonschicht beteiligt. Ferner ist bis dato noch nicht abschließend erforscht, welche möglichen Zersetzungsprodukte in der SF6-Atmosphäre beim Löschen eines Schaltlichtbogens entstehen, die wiederum schädliche Einflüsse haben können.
Es wird insoweit angestrebt, SF6 gekapselte Lastschalter bzw. Lastschaltanlagen zu ersetzen durch andere Schaltmittel. Hierbei kann z.B. auf die bereits im höheren Leistungsbereich verwendeten Vakuumschaltröhren zurückgegriffen werden. Bei diesen Bauelementen sind über einen metallischen Federbalg oder ähnliche Vorrichtung beweglich in einem evakuierten Raum, typischerweise einer Keramikröhre, zwei Kontaktelemente angeordnet, die beim aufeinander zu Bewegen den elektrischen Kontakt bilden. Aufgrund des hohen Vakuums mit sehr geringem Restdruck wird hier die Entstehung eines Schaltlichtbogens verhindert bzw. dieser bricht in Ermangelung ionisierbaren Gases unmittelbar nach einem natürlichen Nulldurchgang wieder zusammen.
Problematisch bei diesen Elementen ist, dass eine sichtbare Trennung hier nicht realisiert werden kann. Werden Vakuumschaltröhren in Lastschaltern verwendet, die auch einen Trennschalter mit beinhalten müssen, so muss ein Trennschalter separat vorgesehen und mit komplizierten Sicherheitsverriegelungen zu der Schaltstellung des Lastschalters verriegelt werden. Denn bei einem Schaltvorgang muss zunächst der Trennschalter geschlossen werden, bevor der Lastschalter geschlossen werden kann, da ansonsten der Schaltlichtbogen am nicht abgesicherten Schalter anfiele. Umgekehrt muss beim Öffnen der Verbindung zunächst der Lastschalter geöffnet werden, bevor der Trennschalter in eine Offenstellung gebracht werden kann. Bei bekannten Lösungen werden, wie bereits erwähnt, Lastschalter und Trennschalter unabhängig voneinander über jeweils einen eigenen Antrieb bewegt, wobei diese Antriebe zum Einhalten der oben genannten sicherheitsrelevanten Schaltreihenfolgen gegeneinander verriegelt sind.
Aus der DE 35 28 770 A1 ist eine Mittelspannungs-Schaltanlage mit einer über einen gemeinsamen Linearantrieb bewegbaren Kombination aus einem Trennschalter und einer Vakuumschaltröhre bekannt. Bei dieser bekannten Mittelspannungs-Schaltanlage ist der Trennschalter in einem gasdichten Gehäuse angeordnet, das mit einem Isoliermedium, insbesondere SF6 gefüllt ist.
Darstellung der Erfindung
Hier besteht nun Bedarf, eine eingangs genannte Hochspannungsschaltvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass sie auf einfache Weise und ohne das Erfordernis einer komplexen Sicherheitsverriegelung ein Lastschaltelement und ein Trennschaltelement miteinander vereint, so dass hinsichtlich der Ausgestaltung des Lastschaltelementes ein erhöhtes Maß an Freiheit gegeben ist, zugleich aber das Sicherheitserfordernis einer sichtbaren Trennstrecke erfüllt wird. Dabei soll der Einsatz von SF6 oder einem anderen durch eine künstliche Atmosphäre gebildeten Isoliermedium im Bereich des Trennschaltelementes entfallen können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochspannungsschaltvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen einer solchen Hochspannungsschaltvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.
Erfindungsgemäß ist bei einer Hochspannungsschaltvorrichtung, die ein Trennschaltelement und ein Lastschaltelement in der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Weise enthält, das erste Trennkontaktelement des Trennschaltelementes so ausgebildet, dass es bei einer durch den Antrieb ausgelösten Bewegung jedenfalls eines seiner Bestandteile das erste Lastkontaktelement zum Schließen bzw. Öffnen des Lastschaltelementes relativ zu dem zweiten Lastkontaktelement bewegt bzw. eine solche Bewegung auslöst. Diese Bewegung des ersten Lastkontaktelementes durch das erste Trennkontaktelement bzw. durch einen seiner Bestandteile erfolgt insbesondere bevorzugt direkt und unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung etwaiger Getriebe oder anderer Übertragungsmittel, kann aber auch durch die Betätigung eines Auslösemechanismus erfolgen.
Ferner enthält die Hochspannungsschaltvorrichtung eine über eine Drehachse mit einem Antrieb verbundene Scheibe. Auf dieser Scheibe ist eine Metallschiene angeordnet, die ebenso wie ein mit einem Kontaktleiter verbundener erster Schleifkontakt Bestandteil des ersten Trennkontaktelementes bildet. Das zweite Trennkontaktelement weist einen zweiten Schleifkontakt auf, der ebenfalls an der Metallschiene angreift. Je nach Drehwinkelstellung der Scheibe kann der erste Schleifkontakt an der Metallschiene angreifen bzw. ist von diesem getrennt. Durch Drehen der Scheibe um die Drehachse wird so das Trennkontaktelement geschlossen, wenn der zweite Schleifkontakt an der Metallschiene anliegt. Das Trennkontaktelement ist in Offenstellung, wenn der zweite Schleifkontakt von der Metallschiene abgehoben ist, die Scheibe also sich in einer Drehstellung befindet, in der die Metallschiene mit dem zweiten Schleifkontakt nicht in überdeckender Position befindlich ist.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird einerseits eine Trennung zwischen Lastschaltelement und Trennschaltelement bewirkt, welche Trennung hinsichtlich der Auswahl des Lastschaltelementes einen größeren Freiraum erlaubt, insbesondere auch die Wahl einer Vakuumschaltröhre als Lastschaltelement ermöglicht (vgl. Anspruch 11), ohne dass die beiden Schaltelemente Trennschaltelement und Lastschaltelement mit unabhängigen Antrieben zu bewegen wären, was wiederum eine komplizierte Sicherheitsverriegelung erforderlich machen würde. Vielmehr ist in erfindungsgemäßer Weise das erste Trennkontaktelement so gestaltet, dass es bei seiner Bewegung durch den Antrieb zugleich auch das erste Lastkontaktelement zum Schalten des Lastschaltelementes bewegt bzw. dessen Bewegung auslöst. Als Lastschaltelement können neben einer Vakuumschaltröhre auch andere Elemente gewählt werden, z.B. Schaltkammern mit Öl oder auch SF6 als Löschmedium. Wird SF6 oder auch Öl gewählt, so sollte dieses Medium bevorzugt in einer ähnlichen gekapselten Struktur untergebracht sein, wie in der Vakuumschaltröhre, um zum einen die benötigte Menge an SF6 zu minimieren und zum anderen ein Entweichen dieses Mediums zu verhindern.
Dabei können aufgrund der Wahl der Scheibe als Bestandteil des Trennschaltelementes mehrere erfindungsgemäße Hochspannungsschaltelemente hintereinander angeordnet und mit einer einzigen Antriebswelle betätigt werden, die sämtliche Scheiben durchragt und dreht. So können z.B. die drei Phasen einer Hochspannungsleitung mit einer Antriebswelle geschaltet werden.
Der erfindungsgemäße Aufbau erlaubt dabei das Fortlassen jeglichen Löschmediums, insbesondere also auf von SF6, im Bereich des Trennschaltelementes, welches ohne besondere Kapselung in Luft angeordnet sein kann.
Zweckmäßigerweise wird die durch das erste Trennkontaktelement gesteuerte Schaltbewegung des ersten Lastkontaktelementes so gesteuert und werden die genannten Elemente so ausgebildet sein, dass beim Schließen eines Kontaktes der Hochspannungsschaltvorrichtung zunächst das Trennschaltelement schließt, bevor dann das Lastschaltelement zum Übertragen der elektrischen Last geschlossen wird, im Öffnungsfall zunächst das Lastschaltelement öffnet und das Trennschaltelement dann nur noch den Leerlaufstrom öffnet, ohne so Energie zu schalten und dabei möglicherweise einen Schaltlichtbogen auszulösen, der das Lastschaltelement zerstören könnte.
Die Metallschiene ist mit Vorteil wie in Anspruch 3 vorgesehen ausgebildet. Demnach weist sie in radialer Richtung von der Drehachse aus gesehen eine Ausdehnung auf, entlang derer der zweite Schleifkontakt verschoben werden kann. Ferner sind an der Scheibe und dem zweiten Trennkontaktelement Mittel vorgesehen, die eine radiale Verschiebung des zweiten Trennkontaktelementes bewirken, um so das erste Lastkontaktelement zum Schalten des Lastschaltelementes zu bewegen. Mit anderen Worten wird – gesehen in einer radialen Richtung bezogen auf die Drehachse – das zweite Trennkontaktelement nach außen verlagerbar angeordnet und wirkt so auf das erste Lastkontaktelement ein. An der Scheibe sind entsprechende Mittel angeordnet, die eine Verlagerung des zweiten Trennkontaktelementes bewirken, wobei die Metallschiene ausreichend breit, also in radialer Richtung ausgedehnt, ist, um entlang des Verfahrweges des zweiten Trennkontaktelementes den elektrischen Kontakt zwischen dem zweiten Schleifkontakt und der Metallschiene aufrechtzuerhalten.
Es können Mittel zum radialen Verschieben des ersten Lastkontaktelementes vorgesehen sein, die eine Führungskulissenbahn auf der Scheibe und auf der Führungskulissenbahn bewegte, an dem ersten Lastkontaktelement angreifende oder zumindest mittelbar auf dieses wirkende Rollen umfassen. Diese Rollen können an dem zweiten Trennkontaktelement angeordnet sein und dieses gemäß obiger Beschreibung verschieben, um so auch eine Verlagerung des ersten Lastkontaktelementes zu bewirken. Bei dieser Ausgestaltungsvariante rollt beim Bewegen der Scheibe das zweite Trennkontaktelement mit seinen Rollen auf der Führungskulissenbahn, wobei diese bevorzugt derart gestaltet ist, dass sie erst in einer in der Drehrichtung nach einer Winkelstellung, in der ein Schleifkontakt eines weiteren Bestandteils des ersten Trennkontaktelementes an der Metallschiene angreift und damit das Trennschaltelement geschlossen ist, liegenden Winkelstellung eine Verlagerung des zweiten Trennkontaktelementes radial nach außen bewirkt, bei der dieses zweite Trennkontaktelement fortwährenden Kontakt mit der Metallschiene hat und so das erste Lastkontaktelement mit dem zweiten Lastkontaktelement in elektrische Verbindung gebracht wird, um dann auch das Lastschaltelement erfindungsgemäß in Hochspannungsschaltvorrichtungen zu schließen.
Ebenso ist es möglich, die Rollen direkt an dem ersten Lastkontaktelement bzw. einem mit diesem starr verbundenen Bauteil anzubringen, um so das erste Lastkontaktelement unmittelbar zu verschieben. In diesem Fall bewegen sich das erste Lastkontaktelement und das zweite Trennkontaktelement relativ zueinander, die Weiterleitung des elektrischen Stroms zwischen diesen Elementen kann dann über andere Verbindungswege als einen radial verschiebbaren Schleifkontakt erfolgen.
Die Führungskulissenbahn kann auf der Scheibe so ausgestaltet sein, dass bei einem Schaltvorgang in Öffnungsrichtung zunächst das zweite Trennkontaktelement auf der Führungskulissenbahn so abrollt, dass ein Öffnen des Lastschaltelementes ermöglicht wird, bevor auch das Trennschaltelement durch Lösen eines Bestandteils des ersten Trennkontaktelementes von der Metallschiene in Offenstellung gerät.
Um sicherzustellen, dass in der Schaltstellung, in der das Lastschaltelement geschlossen werden soll, hier auch ein Schaltschluss erfolgt, und entsprechende Toleranzen auszugleichen, können mit Vorteil im Bereich der Schaltstellung bzw. der Schaltstellungen, in der bzw. in denen das Lastkontaktelement geschlossen ist, in Bezug auf die Drehachse radial nach außen federbelastete, relativ zu der übrigen Führungskulissenbahn bewegbare Druckstücke vorgesehen sein (vgl. Anspruch 5). Alternativ oder zusätzlich kann die Führungskulissenbahn eine Erhöhung aufweisen, die vor Erreichen der Schließstellung des ersten Lastkontaktelements eine Bewegung desselben radial nach außen bewirkt. Diese Bewegung besorgt durch ein gewisses Anpressen des ersten Lastkontaktelements gegen das zweite Lastkontaktelement im Schaltvorgang eine sichere und zuverlässige elektrische Verbindung in der eingeschalteten Stellung des Lastschaltelements.
Alternativ zu einer Ausgestaltung mit einer Führungskulissenbahn können die Mittel zum radialen Verschieben des zweiten Trennkontaktelementes auch auf der Scheibe an dem zweiten Trennkontaktelement angeordnete Permanentmagneten umfassen, die mit gleichnamigen Polen aufeinander zu gerichtet sind. Werden auf der Scheibe entsprechende Permanentmagnete so angeordnet, dass sie in einer Drehwinkelstellung, in der das Lastschaltelement geschlossen sein soll, in ausreichender Nähe dem an dem zweiten Trennkontaktelement angeordneten, mit gleichnamigem Pol auf den an der Scheibe angeordneten Permanentmagneten zugerichteten Permanentmagneten gegenüberliegen, so wird die Bewegung des zweiten Trennkontaktelementes und damit der Schaltvorgang für das Lastschaltelement durch die Abstoßung der Permanentmagnete eingeleitet. Der Fachmann muss hier lediglich ausreichend starke Permanentmagnete vorsehen, um den Schaltvorgang sicher auszulösen und durchzuführen.
Zweckmäßigerweise ist das erste Lastkontaktelement mit einer Rückstellkraft in einer Offenstellung beaufschlagt, in der es von dem zweiten Lastkontaktelement elektrisch getrennt ist. Dies stellt sicher, dass nur bei einem gewollten Schaltvorgang, bei dem aufgrund der Bewegung des ersten Trennkontaktelementes das erste Lastkontaktelement auf das zweite Lastkontaktelement zu bewegt wird, hier die elektrische Verbindung geschlossen wird. Die Rückstellkraft kann dabei insbesondere durch eine Feder ausgeübt werden, allerdings können auch andere Möglichkeiten vorgesehen sein, z.B. die Ausnutzung einer Gewichtskraft oder dgl.
Dabei kann die Hochspannungsschaltvorrichtung nach einer Ausgestaltung der Erfindung auch Rastmittel aufweisen, die das erste Lastkontaktelement in einer dieses schließenden Stellung entgegen der Rückstellkraft halten. Bei dieser Variante sind dann auch an dem ersten Trennkontaktelement Mittel zum Lösen der Rastmittel angeordnet, die die Rastmittel in einer Schaltstellung der Hochspannungsschaltvorrichtung lösen, in der das erste Trennkontaktelement mit dem zweiten Trennkontaktelement in elektrischem Kontakt steht. Bei dieser Variante wird das erste Lastkontaktelement beim Öffnen nicht unmittelbar von dem ersten Trennkontaktelement mitgeführt und folgt dessen Bewegung, wie dies beim Schließen des Lastschaltelementes erfolgt (also beim Bewegen des ersten Lastkontaktelementes gegen das zweite Lastkontaktelement). Vielmehr erfolgt die Trennung durch Lösen der beim Schließen des Lastschaltelementes das erste Lastkontaktelement einfangenden Rastverbindung und aufgrund der auf dem ersten Lastkontaktelement lastenden Rückstellkraft (z.B. ausgeübt durch ein Federelement) schlagartig. So wird eine besonders kurze Ausschaltzeit sichergestellt, die die Bildung eines Entladungsbogens in dem Lastschaltelement weiter zu unterdrücken hilft. An dem ersten Trennkontaktelement bzw. an einem dieses tragenden Bauteil kann hierfür z.B. ein entsprechendes Mittel, wie etwa eine Mitnehmernase oder ein vergleichbarer Vorsprung, angeordnet sein, der bei einem Anstoßen an ein Element des Rastmittels ein Lösen desselben von dem ersten Lastkontaktelement bewirkt. Wichtig ist dabei lediglich, dass das Öffnen des Lastschaltelementes zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem das Trennschaltelement noch geschlossen ist, damit der unter Last durchgeführte Ausschaltvorgang sicher und zuverlässig ausschließlich in dem Lastschaltelement, welches entsprechend zum Unterdrücken bzw. Löschen eines Schaltlichtbogens eingerichtet ist, erfolgt.
Mit Vorteil weist die erfindungsgemäße Hochspannungsschaltvorrichtung drei Anschlüsse auf, nämlich einen Anschluss zu einer Sammelschiene, einen Anschluss zu einem abgehenden Leitungszweig und einen Erdungsanschluss, wobei das Lastschaltelement an dem Anschluss zu dem abgehenden Leitungszweig angeordnet ist. Dabei kann der abgehende Leitungszweig über das Trennschaltelement und das Lastschaltelement wahlweise mit der Sammelschiene elektrisch verbunden, mit der Erde elektrisch verbunden oder aber von allen elektrischen Verbindungen getrennt werden.
Da für einen vollständigen Hochspannungsschalter typischerweise die drei Phasen des in diesen Bereichen verwendeten Drehstromes gleichzeitig geschaltet werden müssen, wird ein Hochspannungsschalter aus drei erfindungsgemäß aufgebauten Hochspannungsschaltvorrichtungen gebildet. Zweckmäßigerweise sind diese drei Hochspannungsschaltvorrichtungen dann so angeordnet, dass sie durch ein und denselben Antrieb bedient werden, bei Verwendung einer mit einer Metallschiene versehenen Scheibe, sitzen diese Scheiben aller drei Hochspannungsschaltvorrichtungen bevorzugt auf einer gemeinsamen Drehachse, die durch einen einheitlichen Antrieb (sei es motorisch oder manuell) angetrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Hochspannungsschaltvorrichtung in einer ersten Ausgestaltungsvariante im Querschnitt in einer ersten Schaltstellung mit von weiteren elektrischen Verbindungen getrenntem abgehenden Leitungszweig;
Fig. 2 in vergleichbarer Ansicht das Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsschaltvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer zweiten Schaltstellung, in der der abgehende Leitungszweig mit der Sammelschiene verbunden ist;
Fig. 3 das Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsschaltvorrichtung gemäß Fig. 1 in vergleichbarer Ansicht in einer dritten Schaltstellung, in der der abgehende Leitungszweig mit Erde elektrisch verbunden ist;
Fig. 4 eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Hochspannungsschaltvorrichtung in einer den vorherigen Figuren vergleichbaren Schnittdarstellung in einer ersten Schaltstellung, in der der abgehende Leitungszweig insgesamt von allen elektrischen Verbindungen getrennt ist;
Fig. 5 das Ausführungsbeispiel für eine Hochspannungsschaltvorrichtung gemäß Fig. 4 in gleichartige Ansicht in einer Schaltstellung, in der ein abgehender Leitungszweig mit der Sammelschiene verbunden ist;
Fig. 6 das Ausführungsbeispiel der Hochspannungsschaltvorrichtung gemäß Fig. 4 in gleichartiger Ansicht in einer weiteren Schaltstellung, in der der abgehende Leitungszweig mit Erde verbunden ist;
Fig. 7 einen Hochspannungsschalter für die drei Phasen, gebildet aus drei hintereinander angeordneten Hochspannungsschaltvorrichtungen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 in teilweise weggeschnittener Ansicht;
Fig. 8 eine dreidimensionale Ansicht des Hochspannungsschalters gemäß Fig. 7 mit vollständig geschlossenen Gehäusen;
Fig. 9 eine der Fig. 7 vergleichbare Ansicht eines Hochspannungsschalters gebildet aus Hochspannungsschaltvorrichtungen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 4 bis 6;
Fig. 10 einen Hochspannungsschalter gemäß Fig. 9 mit vollständig geschlossenen Gehäusen;
Fig. 11 in zwei Darstellungen a und b schematisch die wesentlichen Elemente eines Hochspannungsschalters in einer dritten Ausführungsvariante in einer ersten, zwei Schaltkontakte verbindenden Schaltstellung, wobei in der Darstellung der Fig. 11b ein Teil einer Kontaktschiene weggeschnitten ist zur Veranschaulichung und besseren Darstellung der darunter liegenden Elemente;
Fig. 12 in zwei Ansichten a und b dieselben wesentlichen Elemente des Hochspannungschalters in der Ausgestaltungsvariante gemäß Fig. 11 in einer zweiten Schaltstellung, in der eine zweite Kontaktpaarung elektrisch miteinander verbunden ist, wobei auch hier wieder in der Darstellung b in der Figur die Kontaktschiene teilweise weggeschnitten ist zur besseren Veranschaulichung der darunter liegenden Struktur;
Fig. 13 in zwei Darstellungen a und b den Hochspannungsschalter gemäß der in den Figuren 11 und 12 gezeigten Ausführungsvariante mit den wesentlichen Elementen in einer Zwischenstellung, in der der Schalter geöffnet ist mit sowohl geöffnetem Trennschaltelement als auch geöffnetem Leistungsschaltelement; auch hier ist in der Darstellung b erneut ein Teil der Kontaktschiene weggeschnitten zur besseren Verdeutlichung der darunter liegenden Strukturen;
Fig. 14 den Hochspannungsschalter aus den Figuren 11 bis 13 mit den wesentlichen Elementen in einer Schaltposition, in welcher das Trennschaltelement geschlossen, das Leistungsschaltelement allerdings noch geöffnet ist, wobei in der Darstellung der Fig. 14b erneut die Kontaktschiene teilweise weggeschnitten ist zur Verdeutlichung der darunter liegenden Strukturen;
Fig. 15 in zwei Ansichten a und b, in der Ansicht b wieder mit teilweise weg geschnittener Kontaktschiene, eine der in den Figuren 14a und b gezeigten Zwischenposition gleichende Schaltstellung in Bezug auf die Herstellung des Schaltkontaktes für die zweite Kontaktpaarung;
Fig. 16 in einer zeitlichen Abfolge den Ablauf in dem Hochspannungsschalter gemäß den Figuren 11 bis 15 beim Schalten eines Trennvorganges zur Verdeutlichung des durch Lösen eines Rastmittels bewirkten schnellen Ausschaltvorganges des Lastschaltelementes; und
Fig. 17 in einer Detaildarstellung die Auslöseeinrichtung für das Rastelement als Bestandteil der Rasteinrichtung.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
In den Figuren sind in schematischer Darstellung insgesamt drei Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Hochspannungsschaltvorrichtung gezeigt, sowie Hochspannungsschalter mit für die drei Phasen des Drehstromes hintereinander angeordneten Hochspannungsvorrichtungen solcher Art.
In den Figuren 1 bis 3, auf die hier zunächst Bezug genommen wird, ist eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Hochspannungsschaltvorrichtung in drei verschiedenen Schaltstellungen dargestellt. Diese Hochspannungsschaltvorrichtung 1 umfasst, angeordnet in einem Gehäuse 2, eine Scheibe 3. Diese Scheibe 3 weist zentral eine innen verzahnte Öffnung 4 auf, durch die die Drehachse bzw. Antriebswelle eines Antriebes relativ zu der Scheibe verdrehfest hindurchgeführt werden kann.
Die Scheibe 3 ist in radialer Richtung, gesehen von der Öffnung aus, mit unterschiedlich weiter Erstreckung ausgebildet. Über einen Winkelbereich von etwas mehr als 180° erstreckt sich ein Abschnitt weiterer Ausdehnung, in welchem als Kontakt eine Metallschiene 5 eingelassen ist. Diese Metallschiene 5 ist Bestandteil eines ersten Trennkontaktes eines Trennschaltelementes der Hochspannungsschaltvorrichtung 1. Ferner ist auf der Scheibe 3 eine Führungskulissenbahn 6 ausgebildet, in der insgesamt zwei in radialer Richtung nach außen bewegbare und durch jeweils eine Feder 7 radial nach außen vorgespannte Druckstücke 8 angeordnet sind.
Um das Zentrum der Öffnung 4 jeweils um 120° versetzt sind insgesamt drei Kontakte angeordnet, nämlich ein Sammelschienenkontakt 9, ein Erdungskontakt 10 und ein Abzweigkontakt 11. Alle genannten Kontakte verfügen über Schleifkontakte 12, 12a, die in einer Position angeordnet sind, in der sie je nach Drehwinkelstellung der Scheibe 3 die Metallschiene 5 kontaktieren können.
Der Abzweigkontakt 11, der zugleich den zweiten Trennschaltkontakt bildet, ist unmittelbar elektrisch und mechanisch verbunden mit einem ersten Lastschaltkontakt 13 einer Vakuumschaltröhre 14. Dieser erste Lastschaltkontakt 13 ist in der Vakuumschaltröhre 14 axial bewegbar in Richtung eines relativ zu der Vakuumschaltröhre 14 feststehenden zweiten Lastschaltkontaktes 15 bzw. von diesem weg. Hierfür ist der Abzweigkontakt 11 insgesamt, also mit seinen Schleifkontakten 12a in radialer Richtung in Bezug auf die zentrale Öffnung 4 und damit in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre 14 bewegbar. Der erste Lastschaltkontakt 13 ist mittels einer Feder (hier nicht gezeigt) in eine Offenstellung vorgespannt, in welcher er von dem zweiten Lastschaltkontakt 15 getrennt ist.
Der Abzweigkontakt 11 ist mit Rollen 16 fest verbunden, die auf der Führungskulissenbahn 6 entlang laufen. So wird, gesteuert durch die Führungskulissenbahn 6 eine Bewegung des Abzweigkontaktes 11 in radialer Richtung hervorgerufen, wenn die Scheibe 3 durch eine durch die Öffnung 4 hindurch ragende Drehachse bzw. –welle bewegt wird. Dabei ist die Ausdehnung der Metallschiene 5 in radialer Richtung (bezogen auf die Öffnung 4) derart gewählt, dass eine Verschiebung des Abzweigkontaktes 11 in diese Richtung erfolgen kann, ohne dass die diesem Abzweigkontakt 11 zugeordneten Schleifkontakte 12a sich von der Metallschiene 5 etwa lösen.
In Fig. 1 ist die Hochspannungsschaltvorrichtung 1 in einer Stellung gezeigt, in der der Abzweig insgesamt elektrisch abgetrennt und mit keinem weiteren Leitungsstück verbunden ist. Die Metallschiene 5 steht zwar mit dem Abzweigkontakt 11 in Verbindung, ist aber von einem weiteren Bestandteil des ersten Trennkontaktelementes, nämlich den Schleifkontakten 12 entweder des Sammelschienenkontaktes 9 oder des Erdungskontaktes 10 nicht verbunden. Zugleich ist auch der erste Lastschaltkontakt 13 von dem zweiten Lastschaltkontakt 15 gelöst, so dass das Lastschaltelement in Form der Vakuumschaltröhre 14 in einer Offenstellung befindlich ist. Die Offenstellung des durch die Schleifkontakte 12, 12a und die Metallschiene 5 gebildeten Trennschaltelementes kann nun in Übereinstimmung mit den Normen sichtbar gemacht werden, indem entweder eine Gehäuseabdeckung der Hochspannungsschaltvorrichtung 1 transparent und damit unmittelbar einsehbar gestaltet wird, oder aber indem eine die Öffnung 4 durchragende Drehachse bzw. Schaltwelle mit entsprechenden Markierungen versehen wird, die die Stellung der Scheibe 3 unmittelbar optisch anzeigen.
In Fig. 2 ist eine weitere Schaltstellung der Hochspannungsschaltvorrichtung 1 dargestellt. Diese wurde erreicht durch Drehung der Scheibe 3 aus der in Fig. 1 gezeigten Position im Uhrzeigersinn um 60°. In dieser Position ist ein elektrischer Kontakt zwischen der Sammelschiene und der Abzweigleitung hergestellt, wobei der Sammelschienenkontakt 9 mit seinen Schleifkontakten 12 über die Metallschiene 5 und die Schleifkontakte 12a mit dem Abzweigkontakt 11 verbunden ist und wobei der mit den Schleifkontakten 12a unmittelbar elektrisch verbundene Lastschaltkontakt 13 in der Vakuumschaltröhre 14 mit dem zweiten Lastschaltkontakt 15 in elektrischer Verbindung steht. Beim Bewegen der Scheibe 3 in die hier gezeigte Schaltstellung wird zunächst, und bevor ein Schließen der Lastschaltkontakte 13, 15 in der Vakuumschaltröhre 14 erfolgt, zwischen den Schleifkontakten 12 des Sammelschienenkontaktes 9 und den Schleifkontakten 12a des Abzweigkontaktes 11 eine elektrische Verbindung hergestellt, indem die Metallschiene 5 von beiden Schleifkontakten 12, 12a erfasst wird. Dies ist sichergestellt, da der Umfang, entlang dessen die Metallschiene 5 sich erstreckt, entsprechend größer ist als der Winkelabstand von 120°, der zwischen Sammelschienenkontakt 9 und Abzweigkontakt 11 besteht. Auf diese Weise ist zunächst das Trennschaltelement geschlossen. Bei einer weiteren Bewegung der Scheibe 3 in Richtung des Uhrzeigersinnes fährt dann der Abzweigkontakt 11 mit seinen Rollen 16 auf der Kulissenführungsbahn 6 soweit auf, dass eine Bewegung des gesamten Abzweigkontaktes 11 in radialer Richtung gesehen nach außen hervorgerufen wird, so dass der Lastschaltkontakt 13 gegen den zweiten Lastschaltkontakt 15 gedrückt wird, zum Schließen des Kontaktes in der Vakuumschaltröhre 14. Zum Ende des Weges auf der Führungskulissenbahn 6 läuft der Abzweigkontakt 11 mit seinen Rollen auf das Druckstück 8 auf, welches durch die Feder 7 belastet radial nach außen drückt und so für einen sicheren Schaltschluss in der Vakuumschaltröhre 14 sorgt, indem ein möglicherweise noch vorhandener Schließweg sicher überbrückt wird.
In Fig. 3 ist eine weitere Schaltstellung der Hochspannungsschaltvorrichtung 1 gezeigt, die aus der in Fig. 1 gezeigten Position heraus durch Drehen um 60° entgegen den Uhrzeigersinn erreicht wird. In dieser Schaltstellung ist eine Verbindung des Abzweiges mit der Erde hergestellt, indem der Erdungskontakt 10 mit dem Abzweigkontakt 11 verbunden und die Lastschaltkontakte 13 und 15 miteinander in Kontakt gebracht sind. Ähnlich wie beim Schalten in die in Fig. 2 dargestellte Position wird auch hier zunächst über die Schleifkontakte 12 des Erdungskontaktes 10 und die Schleifkontakte 12a des Abzweigkontaktes 11, die vermittels der Metallschiene 5 elektrisch verbunden werden, das Trennschaltelement geschlossen, bevor bei einer weiteren Bewegung der Scheibe 3 die Rollen 16 auf der Führungskulissenbahn 6 so auflaufen, dass der Abzweigkontakt 11 radial nach außen verschoben wird und damit den ersten Lastschaltkontakt 13 in der Vakuumschaltröhre 14 mit dem zweiten Lastschaltkontakt 15 verbinden. Auch in dieser Schaltstellung sorgt das Druckstück 8, welches durch die Feder 7 belastet radial nach außen vorgespannt ist, für einen sicheren Kontaktschluss in der Vakuumschaltröhre 14.
Es ist für einen Fachmann klar und ersichtlich, dass für die hier gezeigte Hochspannungsschaltvorrichtung eine mechanische Verriegelung vorgesehen sein muss, die ein Drehen der Schaltvorrichtung in eine Schaltposition verhindert, in der der Sammelschienenkontakt 9 in elektrische Verbindung mit dem Erdungskontakt 10 geraten kann. Diese Verriegelung wird üblicherweise in der Antriebsmechanik vorzusehen sein, die hier nicht näher dargestellt ist.
In den Figuren 4 bis 6, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine alternative Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Hochspannungsschaltvorrichtung 20 dargestellt. Dort, wo die Elemente einer solchen Vorrichtung 20 den zuvor gezeigten Elementen entsprechen und gleichartig gebildete sind, sind auch in dieser Figur gleiche Bezugszeichen verwendet. So umfasst auch die Hochspannungsschaltvorrichtung 20 ein Gehäuse 2, in welchem drehbar eine Scheibe 3 angeordnet ist, die in ihrem Zentrum eine innen gezahnte Öffnung 4 zum Verbinden mit einer Drehachse bzw. Antriebswelle aufweist. Auch hier ist entlang der Scheibe 3 eine Metallschiene 5 als ein kontaktierendes Element und Bestandteil des Trennschaltelementes, genauer des ersten Trennschaltkontaktes, vorgesehen. Ebenfalls liegen, jeweils in 120° bezog auf das Zentrum der Öffnung 4 beabstandet ein Sammelschienenkontakt 9, ein Erdungskontakt 10 und ein radial nach außen verschiebbarer Abzweigkontakt 11, der elektrisch und mechanisch mit einem ersten Lastschaltkontakt 13 in einer Vakuumschaltröhre 14 verbunden ist, der wiederum mit einem feststehenden zweiten Lastschaltkontakt 15 in elektrische Verbindung gebracht werden kann. In dieser Darstellung explizit eingezeichnet ist auch die Feder 17 zu erkennen, die den ersten Lastschaltkontakt 13 in eine Offenstellung zwingt, in welcher dieser in axialer Richtung gesehen maximal von dem zweiten Lastschaltkontakt 15 entfernt ist und somit das Lastschaltelement in Form der Vakuumschaltröhre 14 offenhält.
In den einzelnen Kontakten Sammelschienenkontakt 9, Erdungskontakt 10 und Abzweigkontakt 11 sind wiederum Schleifkontakte 12, 12a angeordnet, die an der Metallschiene 5 angreifen und so einen elektrischen Kontakt untereinander herstellen können.
Unterschiedlich ist bei dieser Ausgestaltungsvariante, dass der Abzweigkontakt 11 keine Rolle aufweist und die Scheibe 3 keine Kulissenführungsbahn. Vielmehr sind bei dieser Ausgestaltungsform an bestimmten Positionen der Scheibe 3 Permanentmagnete 19 angeordnet, und ein Permanentmagnet 18 ist an dem Abzweigkontakt 11 festgelegt. Dabei sind die Permanentmagnete 18 und 19 so ausgerichtet, dass die Permanentmagnete 19 jeweils mit gleichnamigem Pol radial nach außen weisen und der Permanentmagnet 18 mit ebenfalls dem gleichnamigen Pol in radialer Richtung bezog auf die Öffnung 4 nach innen weist. Somit können sich also die Permanentmagnete 18 und 19 in einer Weise gegenüberliegen, dass gleichnamige Pole aufeinander treffen und somit eine Abstoßung bewirken.
In Fig. 4 ist die Hochspannungsschaltvorrichtung 20 in einer der Fig. 1 gemäß dem zuvor geschilderten Ausführungsbeispiel vergleicharen Position dargestellt, in der sowohl das Trennschaltelement offen ist, indem die Schleifkontakte 12 der Kontakte Sammelschienenkontakt 9 und Erdungskontakt 10 von der Metallschiene 5 gelöst sind, als auch zugleich das Lastschaltelement in Form der Vakuumschaltröhre 14 in Offenstellung befindlich ist, wo der erste Lastschaltkontakt 13 von dem zweiten Lastschaltkontakt 15 getrennt und entfernt ist. Auch für diese Offenstellung gilt das entsprechend zu Fig. 1 ausgeführte, dass nämlich eine entsprechende Sichtstrecke gebildet ist in Übereinstimmung mit den Normen, die in der zuvor beschriebenen Weise sichtbar gemacht werden kann.
In Fig. 5 ist die Hochspannungsschaltvorrichtung 20 nun in einer der Fig. 2 vergleichbaren Stellung gezeigt, in welcher der Sammelschienenkontakt 9 mit dem Abzweigkontakt 11 elektrisch verbunden ist. Hierzu ist zunächst das Trennschaltelement durch Kontaktieren der Schleifkontakte 12 des Sammelschienenkontaktes 9 mit der Metallschiene 5 und der Schleifkontakte 12a des Abzweigkontaktes 11 mit eben dieser Metallschiene 5 geschlossen, anschließend ist bei bestehendem Schaltschluss des Trennschaltelementes durch weiteres Verdrehen der Scheibe 3 und Bewegen des Permanentmagneten 19 in den Bereich des Permanentmagneten 18 und der zwischen diesen gleichnamigen Polen einander gegenüberliegenden Permanentmagneten 18 und 19 auftretenden Abstoßungskraft der Abzweigkontakt 11 in Bezug auf die Öffnung 4 radial nach außen gedrückt und dadurch der erste Lastschaltkontakt 13 mit dem zweiten Lastschaltkontakt 15 in der Vakuumschaltröhre 14 verbunden worden. Nun besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Sammelschienenkontakt 9 und dem Abzweigkontakt.
In Fig. 6 ist für die Hochspannungsschaltvorrichtung 20 eine der für das erste Ausführungsbeispiel in Fig. 3 gezeigte Schaltstellung entsprechende Schaltstellung gezeigt, in welcher der Abzweigkontakt 11 mit dem Erdungskontakt 10 verbunden ist. Auch hier sorgt zunächst die Metallschiene 5 für ein Schließen des Trennschaltelementes, indem die Schleifkontakte 12 des Erdungskontaktes 10 und die Schleifkontakte 12a des Abzweigkontaktes 11 gleichzeitig mit der Metallschiene 5 in Kontakt kommen, erst im Anschluss daran wird das Lastschaltelement in Form der Vakuumschaltröhre 14 durch die abstoßende Kraft der Permanentmagneten 19 und 18 und die daraus resultierende Bewegung des ersten Lastschaltkontaktes 13 geschlossen.
In den Figuren 7 und 8 ist der Aufbau eines vollständigen Hochspannungsschalters für die drei Phasen eines Drehstromes gezeigt, wie er sich durch in Richtung der die Öffnungen 4 durchragenden Drehachse bzw. Antriebswelle hintereinander vorgesehene Anordnung von drei Hochspannungsschaltvorrichtungen 1 ergibt. Alle drei Hochspannungsschaltvorrichtungen werden hier mit einem einzigen Antrieb bedient, so dass alle drei Phasen der Hochspannung gleichzeitig entsprechend geschaltet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Hintereinanderanordnung von einem Vielfachen von drei solchen Hochspannungsschaltvorrichtungen1 an mehreren Abzweigen (dreiphasig) zugleich mit einem Antrieb zu beschalten. Dabei ist in Fig. 7 die Darstellung mit teilweise geöffnetem Gehäuse, in Fig. 8 eine Anordnung der Spannungsschaltvorrichtungen mit geschlossenen Gehäuse gezeigt. Ebenfalls kann die erfindungsgemäße Hochspannungsschaltvorrichtung auch in einem zweiphasig aufgebauten Wechselspannungsnetz als einpoliger Schalter bzw. in einer Zweierkombination zum Beschalten beider Phasen eines Abzweiges oder auch zum Schalten von Leitern eines Gleichspannungsnetzes eingesetzt werden.
In den Figuren 9 und 10 ist entsprechend eine gleichartige Anordnung des vollwertigen Hochspannungsschalters für alle drei Phasen gezeigt, wie er aus Hochspannungsschaltvorrichtungen 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut sein kann, ebenfalls in Anordnung auf eine einzige Drehachse bzw. Antriebswelle.
In den Figuren 11 bis 17 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Hochspannungsschaltvorrichtung 21 mit den funktionswesentlichen Bestandteilen dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die jeweiligen Figuren beschrieben, wobei gleich bezeichnete Elemente in den Figuren gleich ausgebildet sind und in ihrer Funktionalität wirken wie beschrieben. Insofern kann in Bezug auf die Darstellung einzelner Figuren, zu denen einzelne Elemente und deren Funktionsweise nicht ausführlich beschrieben sind, auf die entsprechende Beschreibung der Elemente in den weiteren figürlichen Darstellungen zurückgegriffen und auf diese verwiesen werden.
Auch die Hochspannungsschaltvorrichtung 21 weist eine in einem hier nicht näher dargestellten Gehäuse gelagerte, um eine Drehachse 22 drehbare Scheibe 23 auf. Diese Scheibe 23 befindet sich mit der Drehachse 22 im Zentrum zwischen drei jeweils um 120° winkelversetzten Kontaktanschlüssen, nämlich einem Sammelschienenanschluss 24, einem Anschluss 25 zu einem abgehenden Leitungszweig und einem Erdungsanschluss 26.
Auf der Scheibe 23 ist positionsfest zu der Scheibe 23 eine aus leitendem Material, insbesondere Kupfer, gebildete Kontaktschiene angeordnet, die mit der Scheibe 23 mitdreht. Die Kontaktschiene 27 weist an ihren beiden in deren Längsrichtung gesehenen Endbereichen verdickte Kontaktköpfe 28 auf.
Ebenfalls um jeweils 120° um die Drehachse 22 winkelversetzt sind in der Hochspannungsschaltvorrichtung 21 Schleifkontakte 29, 30 und 31 angeordnet, wobei diese so positioniert sind, dass jeweils zwei der Schleifkontakte 29, 30 bzw. 31 mit den Kontaktköpfen 28 der Kontaktschiene 27 in elektrischen Kontakt gelangen können. Der Schleifkontakt 29 ist dabei dem Sammelschienenanschluss 24 zugeordnet, der Schleifkontakt 30 führt zu einer mit dem Anschluss 25 zum abgehenden Leitungszweig verbundenen Vakuumschaltröhre 32, der Schleifkontakt 31 kontaktiert den Erdungsanschluss 26.
Auf der Scheibe 23 ist weiterhin eine Kulissenführungsbahn 33 geformt, auf der eine mit einem ersten Lastkontaktelement der Vakuumschaltröhre 32 verbundene Rolle 34 läuft und abrollt.
In der Fig. 11 ist die Hochspannungsschaltvorrichtung 21 in einer Schaltstellung gezeigt, in welcher die Sammelschiene über den Sammelschienenanschluss 24 mit dem abgehenden Leitungszweig über den Anschluss 25 zu demselben verbunden ist. Dazu ist über ein bei der Hochspannungsschaltvorrichtung 21 in dieser Ausgestaltung ausgebildetes Trennschaltelement in Form der Schleifkontakte 29 und 30 im Zusammenwirken mit der Kontaktschiene 27 geschlossen, ferner ist die als Leistungsschaltelement fungierende Vakuumschaltröhre 32 ebenfalls geschlossen, indem das erste Leistungsskontaktelement, bewegt über die auf der Kulissenführungsbahn 33 laufende Rolle 34 und den mit dieser Rolle 34 starr verbundenen Schaltstempel 35 gegen ein in der Vakuumschaltröhre befindliches zweites Lastkontaktelement gepresst und mit diesem in elektrischen Kontakt gebracht ist. In dieser Schaltstellung kann elektrischer Strom von der Sammelschiene in den abgehenden Leitungszweig fließen. Zu erkennen sind in der Fig. 11 auch zwei Schraubenfedern 36 und 37, die in dieser Schaltstellung gespannt sind und eine in Richtung einer Ausschaltstellung des ersten Lastkontaktelementes wirkende Rückstellkraft auf den Schaltstempel 35 aufbringen. Mit einem allgemein mit dem Bezugszeichen 39 versehenen, in nachfolgenden Beschreibungen zu den weiteren Figuren noch näher erläuterten Rastmittel, welches Rastelemente 40 aufweist, die in Kerben bzw. Ausnehmungen 38 (vgl. hierzu Fig. 13) an dem Schaltstempel 35 eingreifen, ist der Schaltstempel 35 und damit das erste Lastkontaktelement in der geschlossenen Stellung und entgegen der von den Schraubenfedern 36 und 37 aufgebrachten Rückstellkraft gehalten.
In Fig. 12 ist eine der Fig. 11 vergleichbare Schaltstellung gezeigt, in der lediglich die Scheibe 23 um 240° entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht ist, um in dieser Schaltstellung den Anschluss zum abgehenden Leitungszweig 25 mit dem Erdungsanschluss 26 zu verbinden.
In Fig. 13 ist eine geöffnete Stellung der Hochspannungsschaltvorrichtung 21 gemäß dieses dritten Ausführungsbeispieles dargestellt. Auch hier beschränkt sich die Darstellung erneut auf die wesentlichen Elemente dieser Schaltvorrichtung. Klar zu erkennen ist hier, dass die Scheibe 23 in eine Position gedreht ist, in der die beiden Kontaktköpfe 28 der Kontaktschiene 27 mit keinem der Schleifkontakte 29, 30 oder 31 in elektrischer Verbindung stehen. Das Trennschaltelement ist mithin, und dies kann durch z.B. Wahl transparenter Gehäuse von außen sichtbar gemacht werden, in einer Offenstellung. Von den Schleifkontakten 29, 30, 31 ist keiner kontaktiert.
Die Rolle 34 befindet sich auf einer näher zu der Drehachse 22 gelegenen Position auf der Führungskulissenbahn 33, der Schaltstempel 35 und mit ihm das erste Lastkontaktelement der Vakuumschaltröhre 32 ist zurückgezogen und somit die Vakuumschaltröhre 32 ebenfalls in einer geöffneten Stellung. Entsprechend sind die Rastelemente 40 aus den Kerben 38 in dem Schaltstempel 35 gelöst. Die Schraubenfedern 36 und 37 sind entspannt, haben das erste Lastkontaktelement in die Ausschaltrichtung getrieben. Zu erkennen ist insbesondere in der Fig. 13b ein an der Scheibe 23 außerhalb der Führungskulisse 33 angeordneter Mitnahmenocken 41, dessen Funktion nachfolgend noch beschrieben wird. Ein gleichartiger Mitnahmenocken 41 befindet sich an der Scheibe auch in symmetrischer Positionierung in einer unterhalb des in der Fig. 13b rechts dargestellten Kontaktkopfes 28 verdeckten Position. Der in dieser Position befindliche Mitnahmenocken 41 ist in Fig. 14b zu erkennen. In den Figuren 13b und 14b sind ferner in den Kulissenbahnen 33 in einem Bereich unterhalb der Kontaktköpfe 28 angeordnete Überhöhungen 42 gezeigt.
In der Fig. 14 in den Darstellungen a und b ist ähnlich wie in der Fig. 15 eine Position der Hochspannungsschaltvorrichtung 21 gezeigt, wie sie kurz vorm Erreichen der insgesamt geschlossenen Stellung besteht. Dabei zeigt die Fig. 14 eine Stellung kurz vor dem Herstellen eines vollständigen Schaltschlusses zwischen abgehendem Leitungszweig und dem Erdungsanschluss, zum Erden des Leitungszweiges, z.B. zum Zwecke von an diesem durchzuführenden Wartungsarbeiten, wohingegen Fig. 15 eine entsprechende Schaltposition kurz vor der vollständigen Herstellung eines Schaltungsschlusses zwischen dem Sammelschienenanschluss und dem abgehenden Leitungszweig zum Belegen dieses Leitungszweiges mit Netzspannung aufzeigt.
In beiden Figuren ist gut zu erkennen, dass in einer Schaltposition, in der die Rolle 34 noch auf einem der Drehachse 22 näher gelegenen Abschnitt der Führungskulissenbahn 33 entlang rollt, die verbreiterten Kontaktköpfe 28 der Kontaktschiene 27 bereits mit den jeweiligen Schleifkontakten (30 und 31 in Fig. 14 bzw. 29 und 30 in Fig. 15) in Kontakt stehen. In beiden Darstellungen ist mithin das Trennschalterelement bereits in einer geschlossenen Schalterstellung befindlich, während das Leistungsschalterelement in Form der Vakuumröhre 32 noch in einer offenen Schaltstellung befindlich ist. Erst durch ein weiteres Verdrehen der Scheibe 23 entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 14 bzw. mit dem Uhrzeigersinn in Fig. 15 wird durch die Führung auf der Kulissenführungsbahn 33 die Rolle 34 weiter von der Drehachse 22 nach außen weg bewegt, wodurch der Schaltstempel 35 nach außen, von der Drehachse 22 weggedrückt wird, entgegen der von den Schraubenfedern 36 und 37 ausgeübten Rückstellkraft, bis am Ende das Rastmittel 39 mit den Rastelementen 40 in den Kerben 38 des Schaltstempels 35 einrastet und das Leistungsschaltelement, genauer dessen erstes Lastkontaktelement in der geschlossenen Stellung hält. Bei diesem Weiterführen des Weges überfährt die Rolle 34 die Überhöhung 42 in der Führungskulissenbahn 33, die einen zusätzlichen Überhub in einer Größenordnung von 2 bis 3 mm nach außen, also von der Drehachse 22 weg bewirkt, der sicherstellt, dass der Kontakt auch nach mehreren Schaltvorgängen und einer entsprechenden Abnutzung der Schaltkontakte in der Vakuumröhre 32 sicher zustande kommt. Im Anschluss an diese Überhöhung 42 fällt die Führungskulissenbahn 33 wieder ab in Richtung der Drehachse 22. Diese Überhöhung 42 bewirkt ein Schließen des Leistungsschaltelementes in Form der Vakuumschaltröhre 32 mit einer zu Anfang des Schließvorganges überhöhten Andrückkraft, so dass ein elektrisch leitender und sicherer Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen in der Vakuumschaltröhre 32 gewährleistet ist und die Gefahr einer Schaltentladungsbildung weiter verringert wird. Da der Vorgang zum endgültigen Verbinden der beiden Anschlüsse erst durch das Schließen in der Vakuumschaltröhre 32 vollendet wird, genügt es, diese zum Löschen eines eventuellen Schaltlichtbogens bzw. zum Verhindern desselben auszurüsten. Das Trennschaltelement in Form der auf der Scheibe 23 angeordneten Kontaktschiene 27 und den zugehörigen Schleifkontakten 29, 30 bzw. 31 kann hingegen in Luft angeordnet sein, ohne dass ein Löschmedium wie etwa SF6 vorhanden sein muss.
In Fig. 16 ist in vier aufeinander folgenden Schaltstellungen der Hochspannungsschaltvorrichtung 21 gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Ablauf des Ausschaltvorganges der Vakuumschaltröhre 32 dargestellt. In der Fig. 16a ist eine Schaltstellung gezeigt, in der sowohl das Trennschaltelement als auch das Leistungsschaltelement geschlossen sind und der abgehende Leitungszweig mit der Sammelschiene elektrisch verbunden ist. Die Rastelemente 40 rasten dabei in den Kerben 38 des Schaltstempels 35 ein und halten diesen in der geschlossenen Schaltstellung der Vakuumschaltröhre 32. Insofern entspricht diese Ausschnittsdarstellung der in Fig. 11 dargestellten Schaltstellung. Wird nun zum Öffnen der elektrischen Verbindung die Scheibe 23 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt, so bleibt das Trennschaltelement elektrisch geschlossen, da weiterhin die Kontaktköpfe 28 mit den Schleifkontakten in Verbindung stehen. Die Rolle 34 verlässt dabei die Kulissenbahn 33, da der Schaltstempel 35 durch die nach wie vor verrasteten Rastelemente 40 in der geschlossenen Stellung und entgegen der Rückstellkraft der Schraubenfedern (hier nicht dargestellt) gehalten ist. Zu erkennen ist dies in der Fig. 16b. Dort ist auch (gestrichelt unterhalb des in der Figur oben dargestellten Kontaktkopfes 28) zu erkennen, wie der Mitnahmenocken 41 in dieser Stellung an einen Lösehebel 43 des Rastmittels 39 angreift. Der Lösehebel 43 ist an einem Drehpunkt 44 gelagert. Bei der weiteren Bewegung der Scheibe 23 in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt der Mitnahmenocken 41 das Ende des Lösehebels 43, an dem dieser angreift nach außen, wodurch ein jenseits des Lagerpunktes 44 gelegenes Ende 45 des Lösehebels 43 nach innen verschwenkt. Dieses wiederum wirkt auf ein Ende 46 des Rastelementes 40 ein, so dass ein diesem Ende 46 gegenüberliegend von einem Drehpunkt 47 befindliches Rastende 48 des Rastelementes 40 nach außen und aus der Kerbe 38 verschwenkt wird.
Bei einer weiteren Drehbewegung der Scheibe 23 springt dann, wie dies in Fig. 16d gezeigt ist, der Schaltstempel 35 getrieben durch die Kraft der hier nicht dargestellten Schraubenfedern in Richtung der Drehachse 22 zurück, die Rolle 34 gerät wieder in Kontakt mit der Führungskulissenbahn 33. Dies ist der Öffnungsvorgang der Vakuumschaltröhre, wobei durch das schnelle Ausrasten der Rastelemente 40 und die Kraft der Schraubenfedern ein kurzer Schaltvorgang gewährleistet ist. Anzumerken ist hier, dass die Lage des Mitnahmenockens auf der Scheibe 23 so gewählt ist, dass der beschriebene Auslösevorgang zum Lösen der Lastkontaktelemente voneinander (Öffnen der Vakuumschaltröhre) im Verlauf eines hierfür benötigten Verfahrweges der Scheibe vollzogen wird und Vorgang in einer solchen Spanne abläuft, in der permanent durch die noch immer an den Schleifkontakten anliegenden Kontaktköpfe 28 das Trennschaltelement weiterhin geschlossen ist. Der eigentliche mit elektrischer Leistung beaufschlagte Ausschaltvorgang findet somit ausschließlich in der Vakuumschaltröhre statt.
In den Figuren 17a und b sind (jeweils in einer Ansicht von einer Vor- und einer Rückseite) noch einmal vergrößert die Elemente des Rastmittels 39 gezeigt.
Zu erkennen ist hier noch einmal das Zusammenwirken zwischen den einzelnen Elementen, den an den Drehpunkten 44 umgelenkten Lösehebeln 43, die mit ihren Enden 45 auf Enden 46 der Rastelemente 40 einwirken, um diese bei einem Spreizen der Lösehebel 43 aus einer verrastenden Haltestellung in eine Lösestellung nach außen zu bewegen. Dabei sind über Federn 50, 51 die Rastmittel 39 in eine Stellung vorgespannt, in der die Rastelemente 40 aufeinander zu gerichtet sind mit geringem Abstand, also in eine Raststellung, in der die Rastelemente 40 bei in ihrem Wirkungsbereich befindlichen Kerben 38 in diese eingreifen. Über Verzahnungen 49 ist sichergestellt, dass, wenn der Mitnahmenocken 41 an einem der Rasthebel 43 angreift und diesen mitnimmt, beide Rasthebel und damit beide Rastelemente 40 gleichermaßen nach außen bewegt werden.
Bezugszeichenliste
1 Hochspannungsschaltvorrichtung
2 Gehäuse
3 Scheibe
4 Öffnung
5 Metallschiene
6 Führungskulissenbahn
7 Feder
8 Druckstück
9 Sammelschienenkontakt
10 Erdungskontakt
11 Abzweigkontakt
12, 12a Schleifkontakt
13 erster Lastschaltkontakt
14 Vakuumschaltröhre
15 zweiter Lastschaltkontakt
16 Rolle
17 Feder
18 Permanentmagnet
19 Permanentmagnet
20 Hochspannungsschaltvorrichtung
21 Hochspannungsschaltvorrichtung
22 Drehachse
23 Scheibe
24 Sammelschienenanschluss
25 Anschluss zu abgehenden Leitungszweig
26 Erdungsanschluss
27 Kontaktschiene
28 Kontaktkopf
29 Schleifkontakt
30 Schleifkontakt
31 Schleifkontakt
32 Vakuumschaltröhre
33 Kulissenführungsbahn
34 Rolle
35 Schaltstempel
36 Schraubenfeder
37 Schraubenfeder
38 Kerbe
39 Rastmittel
40 Rastelement
41 Mitnahmenocken
42 Überhöhung
43 Lösehebel
44 Drehpunkt
45 Ende
46 Ende
47 Drehpunkt
48 Rastende
49 Verzahnung
50 Feder
51 Feder

Claims (11)

  1. Hochspannungsschaltvorrichtung zum Schalten von elektrischen Kontakten (9, 10, 11; 24, 25, 26) eines Leiters mit einem Trennschaltelement (5, 12, 12a; 27, 29, 30, 31), welches ein wenigstens mit einem Bestandteil (5; 27) über einen Antrieb bewegbares erstes Trennkontaktelement (5, 12; 27, 29, 31) und wenigstens ein durch Bewegen des ersten Trennkontaktelementes (5, 12; 27, 29, 31) mit diesem in elektrischen Kontakt bringbares zweites Trennkontaktelement (12a; 30) aufweist, und mit einem Lastschaltelement (14; 32) mit einem ersten und einem zweiten Lastkontaktelement (13, 15; 35), welche in einem Medium zum Löschen und/oder Verhindern eines Schaltlichtbogens angeordnet sind, wobei das erste Trennkontaktelement (5, 12; 27, 29, 31) so ausgebildet ist, dass es bei seiner durch den Antrieb ausgelösten Bewegung eine Bewegung des ersten Lastkontaktelement (13; 35) zum Schließen bzw. Öffnen des Lastschaltelementes (14; 32) relativ zu dem zweiten Lastkontaktelement (15) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennkontaktelement (5, 12; 27, 29, 31) eine auf einer mit dem Antrieb über eine Drehachse (22) verbundenen, drehbaren Scheibe (23) angeordnete Metallschiene (5; 27) und einen mit einem Kontaktleiter (9, 10; 24, 26) verbundenen ersten Schleifkontakt (12; 29, 31) umfasst, der je nach Drehwinkelstellung der Scheibe (3; 23) an der Metallschiene (5; 27) angreifen kann bzw. von dieser getrennt ist.
  2. Hochspannungsschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennkontaktelement (5, 12; 27, 29, 31) so ausgebildet ist, dass es beim Schließen der elektrischen Verbindung das erste Lastkontaktelement (13; 35) erst dann zum Schließen des Lastschaltelementes (14; 32) mit dem zweiten Lastkontaktelement (15) in Kontakt bewegt, wenn das erste Trennkontaktelement (5, 12; 27, 29, 31) mit dem zweiten Trennkontaktelement (12a; 30) eine elektrische Verbindung hergestellt hat, und dass es eine Bewegung des ersten Lastkontaktelements (13; 35) zum Öffnen des Lastschaltelementes (14; 32) bis zum Abreißen des elektrischen Kontaktes bewirkt, bevor das erste Trennkontaktelement (5, 12; 27, 29, 31) den elektrischen Kontakt zu dem zweiten Trennkontaktelement (12a; 30) verliert.
  3. Hochspannungsschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennkontaktelement einen zweiten Schleifkontakt (12a) zum Angreifen an der Metallschiene (5) aufweist und dass die Metallschiene (5) in radialer Richtung von der Drehachse aus gesehen eine Ausdehnung aufweist, entlang derer der zweite Schleifkontakt (12a) verschoben werden kann, und dass an der Scheibe (3) und dem zweiten Trennkontaktelement (12a) Mittel (6, 16; 18, 19) vorgesehen sind zum radialen Verschieben des zweiten Trennkontaktelementes (12a), um so eine Bewegung des ersten Lastkontaktelements (13) zum Schalten des Lastschaltelementes (14) zu bewirken.
  4. Hochspannungsschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum radialen Verschieben des ersten Lastkontaktelementes (13; 35) vorgesehen sind, die eine Führungskulissenbahn (6; 33) auf der Scheibe (3; 23) und auf der Führungskulissenbahn (6; 33) bewegte, an dem ersten Lastkontaktelement (13; 35) angreifende oder zumindest mittelbar auf dieses wirkende Rollen (16; 34) umfassen.
  5. Hochspannungsschaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führungskulissenbahn (6) im Bereich der Schaltstellung bzw. Schaltstellungen, in der bzw. in denen das Lastschaltelement (14) geschlossen ist, in Bezug auf die Drehachse radial nach außen federbelastete, relativ zu der übrigen Führungskulissenbahn (6) bewegbare Druckstücke (8) vorgesehen sind.
  6. Hochspannungsschaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskulissenbahn (33) eine Überhöhung aufweist, die vor Erreichen der Schließstellung des ersten Lastkontaktelements (35) eine Bewegung des ersten Lastkontaktelementes (35) radial nach außen bewirkt.
  7. Hochspannungsschaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (18, 19) zum radialen Verschieben des zweiten Trennkontaktelementes (12a) auf der Scheibe (3) und an dem zweiten Trennkontaktelement (12a) angeordnete Permanentmagneten (18, 19) umfasst, die mit gleichnamigen Polen aufeinander zu gerichtet sind.
  8. Hochspannungsschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lastkontaktelement (13; 35) mit einer Rückstellkraft in eine Offenstellung beaufschlagt ist, in der es von dem zweiten Lastkontaktelement (15) elektrisch getrennt ist.
  9. Hochspannungsschaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das es Rastmittel (39) aufweist, die das erste Lastkontaktelement (35) in einer das Lastschaltelement (32) schließenden Stellung entgegen der Rückstellkraft halten, und dass an dem ersten Trennkontaktelement (23) Mittel (41) angeordnet sind zum Lösen der Rastmittel (39) in einer Schaltstellung, in der das erste Lastkontaktelement (35) mit dem zweiten Lastkontaktelement in elektrischem Kontakt steht.
  10. Hochspannungsschaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es drei Anschlüsse aufweist, nämlich einen Anschluss (9; 24) zu einer Sammelschiene, einen Anschluss (11; 25) zu einem abgehenden Leitungszweig und einen Erdungsanschluss (10; 26), wobei das Lastschaltelement (14; 32) an dem Anschluss (11; 25) zu dem abgehenden Leitungszweig angeordnet ist und wobei über das Trennschaltelement (5, 12, 12a; 27, 29, 31) und das Lastschaltelement (14; 32) der abgehende Leitungszweig wahlweise mit der Sammelschiene elektrisch verbunden, mit der Erde elektrisch verbunden oder aber von allen elektrischen Verbindungen getrennt werden kann.
  11. Hochspannungsschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschaltelement (14; 32) eine Vakuumschaltröhre ist.
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