Trennschalter für eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage Die Strombahn normaler Trennschalter für Hoch spannung besteht üblicherweise aus zwei auf einer Geraden angeordneten, von Stützisolatoren getrage nen Anschlussstücken, die durch ein in der Ein schaltstellung ebenfalls in dieser Geraden liegendes Trennmesser verbunden sind. Man hat diese Form u. a. im Hinblick darauf gewählt, dass hierbei keine Stromkräfte auftreten können, die das Trennmesser zu öffnen suchen.
Es ist ferner ein Hochspannungsschalter für Röntgenanlagen bekannt, bei dem keine Anschluss- stücke im üblichen Sinne vorhanden sind, weil die als Zuleitungen vorgesehenen Kabel unmittelbar in einem Isolierstoffgehäuse mit einer geerdeten Metal linierung bzw. einem darin schwenkbar gelagerten Schaltstück enden. Die Achsen der Kabel bilden in der Ausschaltstellung einen rechten Winkel. Da die bei Röntgenanlagen auftretenden Ströme nur sehr klein sind, können ihre mechanischen Wirkungen auf das bewegliche Schaltstück vernachlässigt werden.
Für Starkstromanlagen ist der bekannte Schalter je doch im Hinblick auf die Stromkräfte nicht ohne weiteres geeignet. Ausserdem ist der bekannte Schal ter für Röntgenanlagen für Starkstromanlagen auch aus einem anderen Grunde nicht verwendbar. Wie erwähnt, endet das eine Kabel in einem Kabelend- verschluss, der das bewegliche Schaltstück des Schal ters bildet, so dass das Kabel beim Schalten mitbe wegt werden muss.
Kabel für Starkstromanlagen mit den für grosse Ströme erforderlichen grossen Leiter querschnitten sowie gegebenenfalls mit einer Beweh rung sind jedoch viel zu wenig flexibel, als dass mit dem Kabelendverschluss als beweglichem Schalt stück eine genügend grosse Schaltbewegung erreicht werden könnte. Ausserdem würde eine solche Bau- weise unwirtschaftlich grosse Betätigungskräfte er fordern.
Für metallgekapselte Hochspannungsschaltanla gen, deren Hochspannung führende Teile mit einer Umhüllung aus verfestigtem Isoliermaterial, insbe sondere aus Giessharz, versehen sind, ist ferner ein Trennschalter angegeben worden, bei dem das be wegliche Schaltstück in einem geschlossenen Raum angeordnet ist, der mit einer Isolierflüssigkeit ge füllt ist. Das Schaltstück ist stiftförmig ausgebildet und wird in Richtung seiner Achse translatorisch bewegt.
Als Antrieb soll entweder ein Druckmittel antrieb oder ein Elektromotor vorgesehen sein, der auf Hochspannungspotential angeordnet ist und über einen Isoliertransformator von Erdpotential aus ge speist wird. Der bekannte Trennschalter ist daher verhältnismässig aufwendig. Ausserdem beansprucht er viel Raum in Längsrichtung des beweglichen Schaltstückes.
Seine Länge beträgt mindestens das Doppelte der Trennstrecke. Hinzu kommt noch der Raum für die ebenfalls in dieser Richtung verlau fenden Anschlussstücke.
Die Erfindung befasst sich mit einem Trenn schalter für eine metallgekapselte Hochspannungs- schaltanlage, deren Hochspannung führende Teile mit einer Umhüllung aus verfestigtem Isoliermaterial, insbesondere aus Giessharz, versehen sind, auf der die Metallkapselung sitzt. Erfindungsgemäss bildet die mit der Metallkapselung versehene Umhüllung ein geschlossenes Gehäuse, in das zwei Anschluss- bolzen im rechten Winkel zueinander eingesetzt sind.
Mit dem im Gehäuseinneren liegenden Teil des einen Anschlussbolzens wirkt ein an dem anderen Anschluss- bolzen schwenkbar gelagertes Trennmesser zusam men, das von einem auf der den Anschlussbolzen abgekehrten Seite des Trennmessers gelegenen An triebsglied betätigt wird.
Dadurch werden folgende Vorteile erreicht: Die rechtwinklige Anordnung der Anschlussbol- zen zueinander macht es möglich, den an die Trenn schalter angeschlossenen Leistungsschalter aus dem Zuge der Hochspannungsschaltanlage auszubauen, ohne dass die benachbarten Teile, beispielsweie die Sammelschienen oder ein Kabelabgang, vorher be wegt werden müssen. Dies gilt auch für den Fall, dass zwischen den Geräten der Schaltanlage Steck kupplungen mit konisch ineinander greifenden Tei len vorgesehen sind, um die notwendige elektrische Festigkeit zu erhalten.
Im Gegensatz zu dem für Röntgenanlagen bekannten Schalter ist dabei durch die fest in der Gehäusewand sitzenden Anschluss- bolzen für eine grosse Stromtragfähigkeit gesorgt, da die feststehenden Bolzen ohne weiteres mit einem für hohe Stromstärken geeigneten Querschnitt aus geführt werden können.
Das die Anschlussbolzen verbindende Trennmes ser wird zum Schalten geschwenkt. Die Schwenk bewegung lässt sich einfacher als die translatorische Bewegung des vorgenannten bekannten Trennschal ters erreichen. Ausserdem erfordert sie nicht so viel Raum in einer Richtung.
Das Gehäuse enthält beim Schalter nach der Erfindung auch das Antriebsglied für das Trenn messer. Dies ist deshalb günstig, weil man innerhalb des Gehäuses für eine gute Isolationsfestigkeit sor gen kann. Beispielsweise kann man das Gehäuse mit einem Isoliermittel hoher elektrischer Festigkeit, vorzugsweise mit einem Isolieröl, füllen. Die Isolier strecken des Antriebsgliedes, z. B. einer von dem Trennmesser zu einer geerdeten Antriebswelle führen den Isolierstoffstange, können dann kurz sein.
Des halb kann das Antriebsglied bei geringem Gewicht eine grosse mechanische Festigkeit aufweisen, so dass es als Verriegelung des Trennmessers gut geeignet ist, durch die ein Ausschalten unter dem Einfluss von Stromkräften verhindert wirrt. Eine solche Verrie gelung ergibt sich z. B. für Schalter mit einer An triebskurbel dadurch, dass Isolierstoffstange und Kur bel in der Einschaltstellung ein in Strecklage be findliches Stützgelenk bilden.
Um die Montage des Schalters nach der Er findung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, das Ge häuse auf der den Anschlussbolzen abgekehrten Seite mit einem lösbaren Deckel zu versehen. Der Deckel kann aus Metall bestehen und mit der Metallkapse- lung des Schalters leitend verbunden sein. Wegen der guten Isolationsfestigkeit, die sich im Gehäuse inneren erreichen lässt, brauchen die Abmessungen des Gehäuses auch in diesem Fall nur verhältnis mässig klein zu sein. Man kann aber auch einen Isolierstoffdeckel oder einen Metalldeckel mit einer dem Gehäuseinneren zugekehrten Isolierstoffschicht verwenden.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Schal ters ist in Weiterbildung der Erfindung eine Bruch- membran in der Wand des Schaltergehäuses vorge sehen. Die Bruchmembran hat die Aufgabe, bei einer Störung, beispielsweise einem durch Überspan nung verursachten Lichtbogen im Gehäuse, eine schnelle Druckentlastung zu ermöglichen. Hierdurch wird das explosionsartige Zersprengen des Gehäuses vermieden. Die Bruchmembran wird zweckmässig im Bereich des Deckels vorgesehen, da dann die zum Anbringen des Deckels vorgesehenen Mittel, z. B. Metallteile mit Gewindebohrungen oder dergleichen, auch zum Befestigen der Bruchmembran dienen kön nen. Man kann die Bruchmembran auch mit dem Deckel baulich vereinigen und erhält so eine be sonders einfache Ausführung.
Die Auschlussbolzen des Trennschalters nach der Erfindung können auswechselbar sein. Dies ist bei spielsweise dann vorteilhaft, wenn man gleiche Ge häuse für Schalter unterschiedlicher Stromstärke ver wenden will. Man kann sich dann durch Bolzen mit entsprechend abgestuften Querschnitten den Er fordernissen anpassen. Ferner sina auswechselbare Anschlussbolzen deshalb günstig, weil sie einen Er satz im Falle von Beschädigungen an den Kontakt flächen möglich machen und leicht zu justieren sind.
Die Anschlussbolzen sind zweckmässig in Hülsen ein gesetzt, die in das verfestigte Isoliermaterial des Gehäuses unlösbar eingelassen sind. Die Hüten kön nen aus Metall, z. B. aus Messing, bestehen. Ist keine grosse mechanische Festigkeit erforderlich, kann man auch Isolierstoffhülsen verwenden. Hierbei muss man durch elektrische Abschirmungen, z. B. eine leitende Schicht auf der Innenseite der Hülse, sicher stellen, dass keine elektrisch beanspruchten Spalten vorhanden sind. Die Hülsen sind zweckmässig durch Vorsprünge mit dem Giessharz besonders verankert.
Die Anschlussbolzen können in den Hülsen durch Verschrauben festgelegt sein. Bei Verwendung eines Deckels ist es besonders günstig, die Bolzen vom Gehäuseinneren aus durch die Hülsen zu stecken und durch ein von aussen in die Hülse ragendes und. mit einem Flansch auf der Aussenseite der Hülse aufliegendes Rohrstück zu verschrauben, weil dann die von den Bolzen getragenen Schaltstücke im Gehäuseinneren grösser gemacht werden können als die lichte Weite der Hülse, ohne dass eine Unterteilung notwendig ist, durch die der L7ber- gangswiderstand erhöht wird.
Das Rohrstück zen triert den Anschlussbolzen. Es kann für unterschied liche Anschlussbolzen mit einem dem Bolzenaussen- durchmesser angepassten Innendurchmesser ausge führt sein.
Das Trennmesser wird bei der Erfindung zweck mässig über eine Isolierstoffstange, die mit einer Kurbel einer Antriebswelle verbunden ist, betätigt. Dieser an sich bekannte und bewährte Aufbau des Antriebes erfolgt mit Vorteil in der Weise, dass die Antriebswelle angrenzend an den Deckel im Gehäuse gelagert ist. Dabei ergibt sich eine einfache Bauweise, weil die für die Befestigung des Deckels notwendigen Teile mit dem Lager für die Welle vereinigt werden können. Beispielsweise kann die Antriebswelle in Metalleinsätzen des Gehäuses ge lagert sein, an denen der Deckel befestigt ist. Man erhält dadurch ohne grossen Aufwand eine beträcht liche mechanische Festigkeit.
Dies ist besonders dann günstig, wenn der Schalter in Weiterbildung der Erfindung mit Hilfe .der Antriebswelle um diese schwenkbar befestigt ist, um eine gewisse Beweglich keit des Schalters zum Ausgleich von Fertigungs toleranzen zu erhalten. In diesem Fall lastet das Gewicht des gesamten Schalters auf der Lagerung der Welle.
Das geschlossene Gehäuse des Schalters nach der Erfindung kann zur Steigerung der Isolations festigkeit mit einer Isolierflüssigkeit, z. B. Öl, gefüllt sein. Es können aber auch gasförmige Isoliermittel, wie Schwefelhexafluorid, und bei geringen Span nungsbeanspruchungen auch Luft verwendet werden. Im letzten Falle ist es zweckmässig, eine Feuchtig keit aufnehmende Substanz, z. B. eine Silika-Gel- Patrone, vorzusehen, um bei einer gasförmigen Iso lierung einen Feuchtigkeitsniederschlag im Gehäuse inneren zu vermeiden, der das Isolationsvermögen herabsetzen könnte.
Die Patrone kann man in vorteil hafter Weise leicht überwachbar ausserhalb des Ge häuses anbringen, wenn die Antriebswelle hohl aus gebildet und als Verbindungsleitung von dem Inneren des Gehäuses zu dem ausserhalb liegenden Behälter mit der die Feuchtigkeit aufnehmenden Substanz verwendet wird. Beispielsweise kann der Behälter an der einen Stirnseite der Hohlwelle angeordnet sein. Eine hohle Antriebswelle kann in ähnlicher Weise auch für mehrere, in getrennten Gehäusen angeord nete Pole eines mehrpoligen Trennschalters verwen det werden.
Sie bildet hierbei eine durchgehende Verbindungsleitung zu einem für alle Pole gemein samen Behälter mit der die Feuchtigkeit aufnehmen- den Substanz. Die den :einzelnen Gehäusen zuge ordneten Bohrungen versieht man zweckmässig mit Ventilen, die bei einem plötzlichen Druckanstieg schliessen. Man erreicht dadurch, dass die bei einem Überschlag in einem Gehäuse entstehenden heissen Gase nicht in die anderen Gehäuse gelangen können.
Die Ventile können in einfacher Weise von einer Blattfeder gebildet werden, die über eine in das Innere der Hohlwelle führende Bohrung ragt und bei einem Überdruck gegen die Welle gepresst wird.
Wegen der grossen elektrischen Festigkeit, die sich in dem geschlossenen Gehäuse bei dem Schalter nach der Erfindung erreichen lässt, ist es günstig, gegebenenfalls notwendige Erdungseinrichtungen ebenfalls im Gehäuseinneren unterzubringen, weil man dann mit geringen Abmessungen auskommen kann.
Beispielsweise kann im Gehäuse ein Erdungs- messer angeordnet sein, das in der Ausschaltstellung des Trennmessers in Eingriff mit dem mit dem Trennmesser zusammenwirkenden Anchlussbolzen gebracht werden kann. Das Erdungsmesser ist zweck mässig an einer im Gehäuse gelagerten Metallwelle befestigt.
Falls auch der Anschlussbolzen geerdet wer- den soll, an dem das Trennmesser gelagert ist; kann das Trennmesser in der Ausschaltstellung mit der geerdeten Metallwelle in Eingriff stehen. Zu diesem Zweck kann man bei Trennschaltern, bei denen die geerdete Metallwelle parallel zur Antriebswelle des Trennmessers verläuft, eine Metallscheibe auf der Antriebswelle des Trennmessers vorsehen, mit der das Trennmesser in der Ausschaltstellung zusammen wirkt.
Es ist ferner möglich, auch Mittel zur Stellung meldung im Gehäuse des Trennschalters unterzu- bringen. Zum Beispiel kann man auf der dem An schlussbolzen abgekehrten Seite des Gehäuses zwei Endschalter anordnen, die an einem mit der Kapse- lung verbundenen Bügel befestigt sind. Die End- schalter führen dann das Potential der Kapselung, üblicherweise also Erdpotential, so dass die Leitungen der Endschalter ohne besondere Isolierung direkt nach aussen geführt werden können.
Wenn die End- schalter von dem Trennmesser unmittelbar über eine besondere Isolierstoffstange betätigt werden, können auch bei einem Bruch des Antriebsgestänges des Trennmessers keine Fehlmeldungen erfolgen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 als Ausführungsbeispiel ein Trenn schalter in einem Querschnitt und einem Längs schnitt dargestellt, der im folgenden beschrieben wird. Fig. 3 zeigt die Ausbildung eines Rückschlagventils an der Antriebswelle.
Das Gehäuse 3 des Trennschalters besteht aus einer Giessharzumhüllung 1, auf der eine geerdete Kapselung 2 sitzt. Es hat annähernd die Form eines Quaders. Jedoch ist die obere Stirnseite z. T. ab geschrägt (Fig. 1). In dem rechten Bereich der oberen Stirnseite ist ein im wesentlichen zylindrischer, aus Kupfer bestehender Anschlussbolzen 5 vorge sehen.
Das der Aussenseite zugekehrte Ende des Anschlussbolzens ist mit einem Gewinde 6 versehen, an das sich eine abgeflachte Kugel 7 anschliesst, wie aus der Figur ersichtlich ist.
Auf der gegenüberliegenden Seite sitzt der An schlussbolzen im Inneren des Gehäuses 3 mit einem Bund 8 in einer Messinghülse 9, die in die Um hüllung 1 eingegossen und mit einer Scheibe 11 verankert ist, die zugleich eine Steuerung des elektri schen Feldes bewirkt. Mit einem Flansch 10 stützt sich der Bolzen 5 gegen die innere Stirnseite der Hülse 9 ab. Das innere Ende des Bolzens 5 bildet ein feststehendes Schaltstück 12.
Der Anschlussbolzen 5 ist mit Hilfe eines Rohr stückes 13 festgelegt, das auf das Gewinde 6 auf geschraubt ist. Das Rohrstück besitzt einen Flansch 14, der sich auf die äussere Stirnseite der Hülse 9 abstützt. Der Flansch 14 ist kreisförmig ausgebildet und mit Bohrungen an der Stirnseite versehen, in die ein Hakenschlüssel eingreifen kann.
In der in Fig. 1 linken Seite des Trennschalter gehäuses ist unterhalb der Abschrägung ein zweiter Anschlussbolzen 15 in der gleichen Weise wie der Anschlussbolzen 5 in der Umhüllung 1 festgelegt, wie aus der Figur ersichtlich ist.
Seine Achse bildet jedoch mit der Achse des Anschlussbolzens 5 einen rechten Winkel. Das innere Ende 16 des Anschluss- bolzens 15 ist als Lager für ein Trennmesser 17 ausgebildet, wobei der Drehpunkt mit 18 bezeichnet ist. Das Trennmesser 17 besteht, wie aus Fig. 2 hervorgeht, aus zwei symmetrisch angeordneten Mes serteilen 19 und 20 mit einem U-förmigen Profil. Die beiden Messerteile werden durch nicht darge stellte Feder gegeneinandergedrückt.
Auf der den Anschlussbolzen 5, 15 abgekehrten Seite des Trennmessers 17 ist eine Isolierstoffstange 25 mit dem Messer 17 bei 26 gelenkig verbunden. Das andere Ende der Stange 25 ist bei 27 mit einer gabelförmigen Kurbel 28 verbunden. Die Kurbel 28 ist an ein Rohr 22 angeschweisst, das auf einer aus Metall bestehenden hohlen Antriebswelle 29 sitzt.
Durch einen durch das Rohr 22 und die Hohl welle 29 gesteckten Bolzen 23, der mit einer Mutter 24 befestigt ist, sind Rohr und Hohlwelle unverdreh- bar gegeneinander festgelegt.
Ebenfalls auf der dem Anschlussbolzen abgekehr ten Seite ist das Gehäuse des Trennschalters unter halb der Antriebswelle 29 mit einem metallischen Deckel 32 verschlossen. Der Deckel ist mit Schrau ben 33 an einem Metallrahmen 34 angeschraubt, der mit der Kapselung 2 verschweisst ist. Angren zend an den Deckel ist auf der rechten Seite in Fig. 1 eine Bruchmembran 35 vorgesehen. Die Bruchmembran wird von einem dünnen Blech ge bildet, das an seinem Rand mit einem Metallring 36 gegen die Kapselung 2 gedrückt wird.
Der Ring 36 ist mit Schrauben 37 befestigt, die in eine Metall fassung 38 auf der Innenseite der Kapselung ein greifen. Beim Anziehen der Schrauben 37 werden also Fassung 38, Ring 36 und Membran 35 gleich zeitig gegen die Kapselung 2 gepresst und. festgelegt.
Die Antriebswelle 29 des Schalters ist, wie er wähnt, hohl ausgebildet. Der Hohlraum 40 (Fig. 2) steht über eine Bohrung 41 mit dem Inneren des Schaltergehäuses in Verbindung. Er führt zu einem ausserhalb des Trennschaltergehäuses angeordneten, in der Figur nicht dargestellten Behälter mit einer Feuchtigkeit aufnehmenden Substanz, z.
B. Silika-Gel. Hierdurch wird eine Isolationsminderung im Ge- häuseinneren vermieden, die bei einem gasförmigen Isoliermittel oder beispielsweise bei Luft durch Feuchtigkeitsniederschlag im Schalterinneren auftre- i ten könnte.
Wie in Fig. 2 angedeutet ist, können bei neben- einanderliegenden Trennerpolen mit getrennten Ge häusen 3, 3a und einer gemeinsamen Antriebswelle 29 alle Trennergehäuse durch den Hohlraum 40 verbunden und an einen gemeinsamen Behälter ange schlossen sein. In diesem Fall ist, wie in Fig.- 3 angedeutet ist, mit der Antriebswelle 29 des Trenn schalters eine Blattfeder 45 bei 46 verschraubt, die über die Bohrung 41 greift.
Die Blattfeder hat nur eine geringe Federkraft. Bei einem plötzlichen über druck im Schalterinneren wird sie auf die Welle gepresst und deckt dabei die Bohrung 41 ab.
Die Welle 29 ist in zwei Wälzlagern 48 und 49 gelagert, die in Metallteile 50 und 51 in der Gehäusewand eingesetzt sind. Die Metallteile sind mit der Kapselung 2 verschweisst. Ausserdem sind sie dadurch festgelegt, dass mit Schrauben 55 Lager schilde 56 und 57 von aussen gegen die Kapselung 2 gedrückt werden, wobei die Metallteile 50 und 51 von innen an die Kapselung 2 gepresst werden. In jedem der Lagerschilde ist eine Ringnut 58 mit einem Rundschnurring 59 als Dichtung vorgesehen.
Das in Fig. 2 links aus dem Gehäuse 3 ragende Ende der Welle 29 dient zur Befestigung des Trenn schalters. Es wird von einem Wälzlager 60 auf genommen, das in einem an der Gehäusewand 61 befestigten Deckel 62 sitzt. Das andere, rechte Ende der Welle ragt durch ein zweites Gehäuse<I>3a</I> für einen gleich ausgebildeten weiteren Trennerpol, bei dreipoligen Schaltern noch durch einen dritten Tren- nerpol und ist ausserhalb des am weitesten rechts liegenden Trennergehäuses in ähnlicher Weise wie bei 60 gelagert.
Die Trennschaltergehäuse können deshalb unabhängig voneinander um die Antriebs welle 29 geschwenkt werden, um Fertigungstoleran zen auszugleichen. Die Festlegung erfolgt mit Hilfe der an der Kapselung 1 angebrachten Öse 63 (Fig. 1). Dort kann eine vorzugsweise einstellbare Verbin dung, z. B. eine Spannschraube, angreifen, die zu einer ortsfesten Abstützung führt.
Wie Fig. 1 zeigt, ist im Gehäuseinneren ein Erdungsmesser 65 untergebracht, das an einer Me tallwelle 66 befestigt ist. Am freien Ende des Er dungsmessers ist ein U-förmiger federnder Bügel 67 angenietet, der über ein mit dem Schaltstück 12 verschraubtes Erdungsschaltstück 68 greifen kann (Fig. 2). Die Erderwelle verläuft parallel zur Welle 29. Sie ist daher in Metalleinsätzen 70 und 71 in dem Gehäuse 3 gelagert, die mit der Kapselung 2 verschweisst sind.
Auf der in Fig. 2 linken Seite ist die Welle durch zwei Federringe 72 und 73 festgelegt, die in Nuten 74 bzw. 75 einer zylindri schen Verdickung 76 der Erderwelle 66 eingesetzt sind. Zur Abdichtung des Gehäuses im Bereich der Erderwelle sind Rundschnurringe 80 und 81 in Nuten 82 bzw. 83 der Metalleinsätze 70 und 71 vorgesehen.
Auf der Erderwelle sitzt eine Scheibe 85, die in der Ausschaltstellung des Schalters mit dem Trenn messer 17 zusammenwirkt. Zur Verbesserung des Stromüberganges zwischen der Erderwelle und der geerdeten Metallkapselung 2 ist ein als Biegefeder ausgebildeter Leiter 86 vorgesehen, der gegen die Erderwelle 66 anliegt und bei 87 mit Hilfe einer Schraube 88 gegen den Deckel 32 gepresst wird. Auf der ausserhalb des Deckels liegenden Seite 89 der Schraube kann eine nicht dargestellte Erdleitung befestigt werden.
Die Biegefeder 86 ist, wie ins besondere aus Fig. 2 hervorgeht, an ihrem oberen Ende bei 90 geschlitzt, um eine gute Kontaktgabe auf der Erderwelle 66 zu erreichen.
An dem in Fig. 2 rechten Ende 77 der Erder- welle ist ein Nocken 78 mit einer Schraube 79 befestigt. Der Nocken ragt in eine Ausnehmung 91 der Erderwelle des benachbarten Trennschalterpoles, ,so dass die Erderwellen durch einen nicht darge stellten Antrieb gleichmässig bewegt werden können, obwohl sie im Gegensatz zur Antriebswelle nicht einstückig ausgebildet sind, um von Fertigungsto leranzen unabhängig zu sein.
Unterhalb des Lagers 18 des Trennmessers 17 sind im Gehäuse zwei Endschalter 93 und 94 unter gebracht, die mit Hilfe eines Metallbügels 95 an der Kapselung, d. h. dem mit der Kapselung in Verbindung stehenden Metalleinsatz 51, angebracht ,sind. Die beiden Schalter werden durch eine Iso- lierstoffstange 96 betätigt, die bei 97 gelenkig am Trennmesser 17 befestigt ist. Sie dienen als Schalt stellungsmelder. In der Ausschaltstellung des Schal ters wird der Schalter 93 betätigt, in der Einschalt stellung der Schalter 94.
Da die Schalter das Poten tial der Kapselung führen, üblicherweise also Erd- potential, können die nicht dargestellten Leitungen der Schalter unmittelbar durch die Kapselung nach aussen geführt werden.
Der Trennschalter ist in der Ausschaltstellung dargestellt. Dabei ist das Trennmesser 17 von dem feststehenden Schaltstück 12 weggeschwenkt. Es greift über die Metallscheibe 85. Dadurch ist es zusammen mit dem an dem Bolzen 15 angeschlos senen Gerät, z. B. einem Leistungsschalter, geerdet. Das Schaltstück 12 ist über das Erdungsschaltstück 68 durch das Erdungsmesser 65 ebenfalls auf Erd- potential gebracht, so dass die Ladung einer mit dem Anschlussbolzen 5 verbundenen, nicht darge stellten Leitung, z. B. eines Kabels, abgeführt ist.
Zum Einschalten des Schalters muss zunächst das Erdungsmesser 65 in die gestrichelt gezeichnete Ausschaltstellung gebracht werden. Dies kann durch eine geeignete, nicht dargestellte mechanische Ver riegelung sichergestellt werden, die ebenfalls im Ge häuse 3 untergebracht sein könnte. Dann wird die Welle 29 in Fig. 1 im Uhrzeigersinn gedreht, so dass das Messer 17 entgegen dem Uhrzeigersinn in die gestrichelt gezeichnete Einschaltstellung gelangt.
In der Einschaltstellung bilden die Antriebsstange 25 und die Kurbel 28 ein Stützgelenk in der Strecklage. Dadurch ist ein öffnen des Trennschalters unter der Einwirkung von Stromkräften ausgeschlossen.
Die Anschlussbolzen 5, 15 sind beim Ausfüh rungsbeispiel bei 7 kugelförmig gerundet. Sie wirken dort mit einem über die Kugel greifenden Gegen kontakt, z. B. einem nicht dargestellten rohrförmigen Kuppelkontaktstück zusammen. Der Isolierstoffteil der benachbarten Geräte ist den konischen Vor sprüngen 100 derart angepasst, dass eine Fuge ent steht. Die Fuge kann über die Isolierstoffrohrstutzen 101 mit Isolierflüssigkeit, z. B. mit Öl, gefüllt sein.
Abweichend davon können aber auch andere Ver bindungen gewählt werden, um die benachbarten Geräte, vor allem also den Leistungsschalter, an den Trennschalter nach der Erfindung anzuschliessen.
Bei einem normalen Abgang einer Hochspan nungsschaltanlage sind üblicherweise zwei Trenn schalter nach der Erfindung vorgesehen. Die beiden Trennschalter sind spiegelbildlich zueinander ange- ordnet, wobei die mit dem Deckel 32 versehenen Enden einander zugekehrt sind. Die dann parallel verlaufenden Anschlussbolzen 15 führen zu einem Leistungsschalter, die anderen zu den Sammelschie nen bzw. einem Kabelabgang.
Hierbei kann der dem Kabelabgang zugeordnete Trennschalter noch in fol gender Weise weitergebildet werden: Zwischen dem Teil 16 des Anschlussbolzens 15 und dem Schaltstück 12 des Anschlussbolzens 5 kann ein mit diesem fest verbundenes Leiterstück und anstelle der Erderwelle ein feststehendes Erdungs- schaltstück vorgesehen sein. In diesem Fall bildet das Trennmesser in der Einschaltstellung nur einen zusätzlichen Strompfad zwischen den beiden An schlussbolzen, so dass der für den Nennstrom des Schalters erforderliche Leiterquerschnitt erreicht wird.
In der Ausschaltstellung greift das Trennmesser 17 in das Erdungsschaltstück. Durch das erwähnte Leiterstück ist dann zwangläufig sichergestellt, dass nicht nur der an den Bolzen 15 angeschlossene Leistungsschalter, sondern über das Leiterstück auch der Kabelabgang geerdet ist. Ein besonderes Er dungsmesser 65 sowie die Erderwelle 66 können bei dieser Ausführung entfallen. Der Schalteraufbau kann dadurch beträchtlich vereinfacht werden.
Disconnector for a metal-enclosed high-voltage switchgear The current path of normal disconnectors for high-voltage usually consists of two connecting pieces arranged on a straight line, supported by post insulators, which are connected by a disconnecting knife also lying in this straight line in the switched-on position. You have this shape u. a. chosen with a view to the fact that no current forces can occur here that seek to open the cutting knife.
A high-voltage switch for X-ray systems is also known in which there are no connecting pieces in the usual sense, because the cables provided as feed lines end directly in an insulating housing with a grounded metal line or a contact piece pivoted therein. The axes of the cables form a right angle in the switch-off position. Since the currents occurring in X-ray systems are only very small, their mechanical effects on the moving contact piece can be neglected.
For power systems, the well-known switch is not always suitable with regard to the current forces. In addition, the well-known scarf ter for X-ray systems for high-voltage systems cannot be used for another reason. As mentioned, one of the cables ends in a cable end closure that forms the movable switching element of the switch, so that the cable must be moved when switching.
However, cables for high-voltage systems with the large conductor cross-sections required for large currents and possibly with reinforcement are far too little flexible for a sufficiently large switching movement to be achieved with the cable termination as a movable contact piece. In addition, such a construction would require uneconomically large actuating forces.
For metal-encapsulated high-voltage switchgear, the high-voltage parts of which are provided with a covering made of solidified insulating material, in particular special cast resin, a circuit breaker has also been specified in which the moving contact is arranged in a closed space that fills ge with an insulating liquid is. The contact piece is designed like a pin and is moved in a translatory manner in the direction of its axis.
As a drive, either a pressure medium drive or an electric motor should be provided, which is arranged at high voltage potential and is fed from ge via an insulating transformer from earth potential. The known disconnector is therefore relatively expensive. In addition, it takes up a lot of space in the longitudinal direction of the movable contact piece.
Its length is at least twice the isolating distance. In addition, there is space for the connecting pieces that also run in this direction.
The invention relates to an isolating switch for a metal-encapsulated high-voltage switchgear, the high-voltage parts of which are provided with a casing made of solidified insulating material, in particular made of cast resin, on which the metal encapsulation sits. According to the invention, the casing provided with the metal encapsulation forms a closed housing into which two connecting bolts are inserted at right angles to one another.
A separating knife mounted pivotably on the other connecting bolt and actuated by a drive member located on the side of the separating knife facing away from the connecting bolt cooperates with the part of one connecting bolt located inside the housing.
This achieves the following advantages: The right-angled arrangement of the connection bolts to one another makes it possible to remove the circuit breaker connected to the disconnector from the high-voltage switchgear without having to move the neighboring parts, for example the busbars or a cable outlet . This also applies in the event that plug-in couplings with conically interlocking Tei len are provided between the devices of the switchgear in order to obtain the necessary electrical strength.
In contrast to the switch known for X-ray systems, the connection bolts firmly seated in the housing wall ensure a high current-carrying capacity, since the fixed bolts can easily be made with a cross-section suitable for high currents.
The cutting knife connecting the connecting bolts is swiveled for switching. The pivoting movement can be achieved more easily than the translational movement of the aforementioned known disconnector. In addition, it does not require that much space in one direction.
The housing contains the switch according to the invention, the drive member for the cutting knife. This is favorable because you can ensure good insulation strength within the housing. For example, the housing can be filled with an insulating agent of high electrical strength, preferably with an insulating oil. The insulating stretch of the drive member, for. B. one of the cutting knife to a grounded drive shaft lead the insulating rod, can then be short.
Therefore, the drive member can have a high mechanical strength with a low weight, so that it is well suited as a lock for the cutting knife, which prevents disconnection under the influence of current forces. Such a Verrie gelung z. B. for switches with a crank to the fact that insulating rod and cure bel in the on position form a be sensitive support joint in the extended position.
In order to facilitate the installation of the switch according to the invention, it is advantageous to provide the housing with a detachable cover on the side facing away from the connecting bolt. The cover can consist of metal and be conductively connected to the metal enclosure of the switch. Because of the good insulation strength that can be achieved inside the housing, the dimensions of the housing only need to be relatively small in this case. But you can also use an insulating cover or a metal cover with an insulating layer facing the interior of the housing.
To increase the operational safety of the switch, a rupture membrane is provided in the wall of the switch housing in a further development of the invention. The rupture diaphragm has the task of enabling rapid pressure relief in the event of a malfunction, for example an arc in the housing caused by overvoltage. This avoids the explosive shattering of the housing. The rupture membrane is expediently provided in the area of the lid, since then the means provided for attaching the lid, e.g. B. metal parts with threaded holes or the like, can also serve to attach the rupture membrane NEN. The rupture diaphragm can also be structurally combined with the cover, thus obtaining a particularly simple design.
The exclusion bolts of the disconnector according to the invention can be exchangeable. This is advantageous for example when you want to use the same Ge housing for switches of different amperage. You can then use bolts with appropriately graded cross-sections to adapt to the requirements. Furthermore, interchangeable connecting bolts are cheap because they make a replacement in the event of damage to the contact surfaces possible and are easy to adjust.
The connection bolts are expediently set in sleeves that are inseparably embedded in the solidified insulating material of the housing. The hats can be made of metal, e.g. B. made of brass. If high mechanical strength is not required, insulating sleeves can also be used. Here you have to use electrical shields, e.g. B. a conductive layer on the inside of the sleeve, ensure that there are no electrically stressed gaps. The sleeves are expediently specially anchored with the casting resin by means of projections.
The connection bolts can be fixed in the sleeves by screwing. When using a cover, it is particularly advantageous to insert the bolts from the inside of the housing through the sleeves and through a and protruding from the outside into the sleeve. to screw the pipe section resting on the outside of the sleeve with a flange, because then the contact pieces carried by the bolts inside the housing can be made larger than the inner width of the sleeve, without the need for a subdivision that increases the contact resistance.
The pipe section centers the connecting bolt. It can be designed for different connecting bolts with an inside diameter that is adapted to the bolt outside diameter.
The cutting knife is conveniently operated in the invention via an insulating rod which is connected to a crank of a drive shaft. This known and proven structure of the drive is advantageously carried out in such a way that the drive shaft is mounted in the housing adjacent to the cover. This results in a simple design because the parts necessary for fastening the cover can be combined with the bearing for the shaft. For example, the drive shaft can be stored in metal inserts of the housing to which the cover is attached. This gives a considerable mechanical strength without great effort.
This is particularly advantageous if, in a further development of the invention, the switch is fastened to be pivotable about it with the aid of the drive shaft in order to obtain a certain mobility of the switch to compensate for manufacturing tolerances. In this case the weight of the entire switch rests on the bearing of the shaft.
The closed housing of the switch according to the invention can be used to increase the insulation strength with an insulating liquid, for. B. oil, be filled. However, it is also possible to use gaseous insulating agents such as sulfur hexafluoride and, in the case of low voltage stresses, also air. In the latter case, it is useful to use a moisture absorbing substance, eg. B. a silica gel cartridge to be provided in order to avoid a condensation inside the housing in a gaseous Iso regulation, which could reduce the insulation capacity.
The cartridge can advantageously be easily monitored outside the housing when the drive shaft is made hollow and used as a connecting line from the inside of the housing to the outside container with the moisture-absorbing substance. For example, the container can be arranged on one end face of the hollow shaft. A hollow drive shaft can be used in a similar manner for several poles of a multi-pole circuit breaker angeord designated in separate housings.
It forms a continuous connecting line to a container that is common to all poles and contains the substance that absorbs the moisture. The bores assigned to the individual housings are expediently provided with valves that close when the pressure rises suddenly. This ensures that the hot gases that arise in one housing in the event of a flashover cannot get into the other housings.
The valves can be formed in a simple manner by a leaf spring which protrudes through a bore leading into the interior of the hollow shaft and is pressed against the shaft when there is excess pressure.
Because of the great electrical strength that can be achieved in the closed housing with the switch according to the invention, it is advantageous to also accommodate any necessary grounding devices inside the housing, because then you can get by with small dimensions.
For example, an earthing knife can be arranged in the housing, which can be brought into engagement with the connecting bolt cooperating with the separating knife in the disconnected position of the separating knife. The earthing knife is conveniently attached to a metal shaft mounted in the housing.
If the connection bolt on which the cutting knife is mounted is also to be earthed; the cutting knife can be in engagement with the earthed metal shaft in the switched-off position. For this purpose, in the case of disconnectors in which the earthed metal shaft runs parallel to the drive shaft of the disconnection knife, a metal disk can be provided on the drive shaft of the disconnection knife, with which the disconnection knife interacts in the switched-off position.
It is also possible to accommodate means for position reporting in the housing of the disconnector. For example, on the side of the housing facing away from the connecting bolt, two limit switches can be arranged, which are attached to a bracket connected to the enclosure. The limit switches then carry the potential of the encapsulation, usually earth potential, so that the cables of the limit switches can be led directly to the outside without any special insulation.
If the limit switches are actuated by the cutting knife directly via a special insulating rod, no error messages can occur even if the drive linkage of the cutting knife breaks.
To explain the invention in more detail, an isolating switch is shown in FIGS. 1 and 2 as an exemplary embodiment in a cross section and a longitudinal section, which is described below. Fig. 3 shows the design of a check valve on the drive shaft.
The housing 3 of the disconnector consists of a cast resin casing 1 on which a grounded encapsulation 2 is seated. It has approximately the shape of a cuboid. However, the upper face is z. T. from sloping (Fig. 1). In the right area of the upper end face a substantially cylindrical, existing copper connecting bolt 5 is seen easily.
The end of the connecting bolt facing the outside is provided with a thread 6 to which a flattened ball 7 connects, as can be seen from the figure.
On the opposite side of the connecting bolt sits on the inside of the housing 3 with a collar 8 in a brass sleeve 9 which is cast in the order envelope 1 and anchored with a disc 11, which also controls the electrical field's rule. The bolt 5 is supported against the inner end face of the sleeve 9 with a flange 10. The inner end of the bolt 5 forms a stationary contact piece 12.
The connecting bolt 5 is set using a pipe piece 13 which is screwed onto the thread 6. The pipe section has a flange 14 which is supported on the outer end face of the sleeve 9. The flange 14 is circular and provided with bores on the front side, into which a hook wrench can engage.
In the left-hand side of the disconnector housing in FIG. 1, a second connecting bolt 15 is fixed below the bevel in the same way as the connecting bolt 5 in the casing 1, as can be seen from the figure.
However, its axis forms a right angle with the axis of the connecting bolt 5. The inner end 16 of the connecting bolt 15 is designed as a bearing for a cutting knife 17, the pivot point being denoted by 18. The cutting knife 17 consists, as can be seen from Fig. 2, of two symmetrically arranged Mes serteilen 19 and 20 with a U-shaped profile. The two knife parts are pressed against each other by a spring not illustrated.
On the side of the separating knife 17 facing away from the connecting bolts 5, 15, an insulating rod 25 is articulated to the knife 17 at 26. The other end of the rod 25 is connected at 27 to a fork-shaped crank 28. The crank 28 is welded to a tube 22 that sits on a hollow drive shaft 29 made of metal.
By a bolt 23 inserted through the tube 22 and the hollow shaft 29 and fastened with a nut 24, the tube and the hollow shaft are fixed relative to one another so that they cannot rotate.
Also on the side facing away from the connecting bolt, the housing of the circuit breaker is closed with a metallic cover 32 below the drive shaft 29. The cover is screwed with screws 33 to a metal frame 34 which is welded to the encapsulation 2. A rupture membrane 35 is provided on the right-hand side in FIG. 1, adjacent to the cover. The rupture membrane is formed by a thin sheet of metal that is pressed against the encapsulation 2 at its edge with a metal ring 36.
The ring 36 is fastened with screws 37 which engage in a metal version 38 on the inside of the enclosure. When the screws 37 are tightened, socket 38, ring 36 and membrane 35 are pressed against the encapsulation 2 at the same time and. set.
The drive shaft 29 of the switch is, as he mentioned, hollow. The cavity 40 (FIG. 2) is connected to the interior of the switch housing via a bore 41. It leads to a container, not shown in the figure, with a moisture-absorbing substance, e.g.
B. silica gel. This avoids a reduction in insulation inside the housing, which could occur in the case of a gaseous insulating medium or, for example, in the case of air due to the condensation of moisture inside the switch.
As indicated in FIG. 2, with adjacent isolator poles with separate housings 3, 3a and a common drive shaft 29, all isolator housings can be connected through the cavity 40 and connected to a common container. In this case, as indicated in Fig. 3, with the drive shaft 29 of the isolating switch, a leaf spring 45 is screwed at 46, which engages via the bore 41.
The leaf spring has only a low spring force. In the event of sudden excess pressure inside the switch, it is pressed onto the shaft and covers the bore 41.
The shaft 29 is mounted in two roller bearings 48 and 49 which are inserted in metal parts 50 and 51 in the housing wall. The metal parts are welded to the encapsulation 2. In addition, they are determined in that bearing shields 56 and 57 are pressed from the outside against the encapsulation 2 with screws 55, the metal parts 50 and 51 being pressed against the encapsulation 2 from the inside. An annular groove 58 with an O-ring 59 as a seal is provided in each of the end shields.
The end of the shaft 29 protruding from the housing 3 on the left in FIG. 2 is used to attach the isolating switch. It is taken up by a roller bearing 60 which is seated in a cover 62 fastened to the housing wall 61. The other, right-hand end of the shaft protrudes through a second housing <I> 3a </I> for an identically designed further disconnector pole, in the case of three-pole switches also through a third disconnector pole and is outside the disconnector housing located furthest to the right stored at 60.
The circuit breaker housing can therefore be pivoted independently of each other about the drive shaft 29 to compensate for manufacturing tolerances. The fixing takes place with the aid of the eyelet 63 attached to the encapsulation 1 (FIG. 1). There can be a preferably adjustable connec tion such. B. a clamping screw attack, which leads to a fixed support.
As Fig. 1 shows, a grounding knife 65 is housed in the interior of the housing, which is attached to a tallwelle 66 Me. At the free end of the Er extension knife a U-shaped resilient bracket 67 is riveted, which can grip a grounding contact 68 screwed to the contact piece 12 (Fig. 2). The earth electrode shaft runs parallel to the shaft 29. It is therefore mounted in metal inserts 70 and 71 in the housing 3, which are welded to the encapsulation 2.
On the left in Fig. 2, the shaft is fixed by two spring washers 72 and 73, which are inserted in grooves 74 and 75 of a cylindri's thickening 76 of the earth shaft 66. O-rings 80 and 81 are provided in grooves 82 and 83 of metal inserts 70 and 71 to seal the housing in the area of the earth electrode.
A disk 85 sits on the earth shaft and cooperates with the separating knife 17 in the off position of the switch. To improve the current transfer between the earth shaft and the earthed metal encapsulation 2, a conductor 86 designed as a spiral spring is provided, which rests against the earth shaft 66 and is pressed against the cover 32 at 87 with the aid of a screw 88. A ground line (not shown) can be attached to the side 89 of the screw lying outside the cover.
As can be seen in particular from FIG. 2, the spiral spring 86 is slotted at its upper end at 90 in order to achieve good contact with the earth shaft 66.
A cam 78 is fastened with a screw 79 to the end 77 of the earth shaft on the right in FIG. The cam protrudes into a recess 91 in the earthing shaft of the adjacent disconnector pole, so that the earthing shafts can be moved evenly by a drive (not shown), although, in contrast to the drive shaft, they are not made in one piece in order to be independent of manufacturing tolerances.
Below the bearing 18 of the cutting knife 17, two limit switches 93 and 94 are placed in the housing, which with the help of a metal bracket 95 on the encapsulation, d. H. the metal insert 51 connected to the encapsulation, are attached. The two switches are actuated by an insulating rod 96 which is hinged to the cutting knife 17 at 97. They serve as switch position indicators. In the off position of the switch, the switch 93 is actuated, in the on position the switch 94.
Since the switches carry the potential of the encapsulation, usually ground potential, the lines of the switches (not shown) can be led directly through the encapsulation to the outside.
The disconnector is shown in the open position. The cutting knife 17 is pivoted away from the stationary contact piece 12. It engages over the metal disk 85. This makes it together with the device connected to the bolt 15, for. B. a circuit breaker, grounded. The contact 12 is also brought to earth potential via the earthing contact 68 by the earthing knife 65, so that the charge of a line connected to the connection bolt 5, not shown, e.g. B. a cable is discharged.
To switch on the switch, the earthing knife 65 must first be brought into the switch-off position shown in dashed lines. This can be ensured by a suitable mechanical locking mechanism, not shown, which could also be housed in the housing 3. The shaft 29 is then rotated clockwise in FIG. 1, so that the knife 17 moves counterclockwise into the switched-on position shown in dashed lines.
In the switched-on position, the drive rod 25 and the crank 28 form a support joint in the extended position. This prevents the disconnector from opening under the action of electrical forces.
The connecting bolts 5, 15 are rounded spherically in the exemplary embodiment at 7. They act there with a counter contact reaching across the ball, z. B. a tubular coupling contact piece, not shown. The insulating material of the adjacent devices is adapted to the conical projections 100 in such a way that a joint is created. The joint can over the insulating pipe socket 101 with insulating liquid, for. B. be filled with oil.
Notwithstanding this, however, other connections can also be selected in order to connect the neighboring devices, especially the circuit breaker, to the disconnector according to the invention.
With a normal output of a high-voltage switchgear, two isolating switches are usually provided according to the invention. The two disconnectors are arranged in mirror image to one another, with the ends provided with the cover 32 facing one another. The connecting bolts 15, which then run in parallel, lead to a circuit breaker, the others to the busbars or a cable outlet.
Here, the disconnector assigned to the cable outlet can be further developed in the following manner: Between the part 16 of the connecting bolt 15 and the contact piece 12 of the connecting bolt 5, a fixed conductor piece can be provided and instead of the earth shaft, a fixed earthing contact can be provided. In this case, the cut-off knife only forms an additional current path between the two connection bolts in the on position, so that the conductor cross-section required for the nominal current of the switch is achieved.
In the switched-off position, the cutting knife 17 engages in the earthing contact. The aforementioned conductor piece then inevitably ensures that not only the circuit breaker connected to the bolt 15, but also the cable outlet is grounded via the conductor piece. A special earthing knife 65 and the earthing shaft 66 can be omitted in this version. The switch structure can thereby be simplified considerably.