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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät zur Montage auf einer Tragstruktur, mit (i) einer Schalteinrichtung, die eine Unterbrechereinheit zur Unterbrechung eines elektrischen Strompfades und ein die Unterbrechereinheit einhausendes Gehäuse aufweist, (ii) einem Betätigungselement zur Betätigung der Unterbrechereinheit und (iii) einem die Schalteinrichtung tragenden Stützisolator, über den das Schaltgerät auf der Tragstruktur montierbar ist und der das Betätigungselement unter Ausbildung eines Hohlraumes zwischen der Tragstruktur und der Unterbrechereinheit vollständig oder zumindest teilweise einhaust. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanlage mit einer Tragstruktur und mindestens einem auf der Tragstruktur montierten derartigen elektrischen Schaltgerät.
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Der Polaufbau eines Leistungsschalters in Freiluftausführung sowohl für Mittel- als auch Hochspannung besteht aus dem Unterbrecherteil des Schalters, in dem sich Mittel zum Unterbrechen des Stromes während des Schaltvorgangs befinden und aus einem Stützisolator, der die Unterbrechereinheit eines Schaltpols mechanisch trägt und gegen die auf Erdpotential liegende Tragstruktur isoliert. Die Unterbrechereinheit kann zum Beispiel eine SF6 Unterbrechereinheit oder eine Vakuumschaltröhre sein. Der Aufbau mit der Unterbrechereinheit und dem entsprechenden Stützisolator wird oft als Schaltgerät bezeichnet.
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Ein Schaltgerät der eingangs erwähnten Art ist aus der Druckschrift
DE 101 39 624 C1 bekannt. Diese zeigt ein elektrisches Schaltgerät zur Montage auf einer Tragstruktur. Das Schaltgerät umfasst eine Schalteinrichtung, die ihrerseits eine Vakuumschaltröhre zur Unterbrechung eines elektrischen Strompfades und ein die Vakuumschaltröhre einhausendes Gehäuse aufweist, eine Schaltstange als Betätigungselement zur Betätigung der Vakuumschaltröhre und einen die Schalteinrichtung tragenden Stützisolator, über den das Schaltgerät auf der Tragstruktur montierbar ist und der die Schaltstange unter Ausbildung eines Hohlraumes zwischen der Tragstruktur und der Vakuumschaltröhre einhaust.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Schaltgerät und eine Schaltungsanlage mit mindestens einem derartigen Schaltgerät anzugeben, bei denen das Schaltgerät einfach und kostengünstig realisierbar/realisiert ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgerät ist vorgesehen, dass der Stützisolator einen Stützhohlkörper sowie eine den Stützhohlkörper umgebende Isolationsschicht aufweist. Durch diese Maßnahme ist zum einen der Stützisolator selbst einfach und kostengünstig realisierbar, weiterhin erlaubt ein derartig aufgebauter Stützisolator auch ein einfaches und kostengünstiges Zusammenfügen der Stützisolator-Komponenten mit der Unterbrechereinheit zum Aufbau des Schaltgeräts. Selbstverständlich können auch mehrere den Stützhohlkörper umgebende Isolationsschichten vorgesehen sein.
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Ein derart aufgebautes Schaltgerät eignet sich dann insbesondere für den Polaufbau eines Leistungsschalters in Freiluftausführung sowohl für Mittel- als auch Hochspannungen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stützholkörper aus einem Komposite-Werkstoff beziehungsweise Verbundwerkstoff erstellt ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Stützholkörper rohrförmig ausgestaltet. Dabei ist der Stützholkörper insbesondere ein Komposite-Rohr.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Schalteinrichtung an seinem Außenumfang ebenfalls eine Isolationsschicht aufweist. Diese ist insbesondere ebenso aufgebaut, wie die Isolationsschicht des Stützisolators und insbesondere sogar einstückig mit der Isolationsschicht des Stützisolators.
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Bevorzugt besteht die mindestens eine Isolationsschicht aus einem Silikonmaterial. Dabei ist das Silikon bevorzugt heißvernetzender HTV-Silikonkautschuk, LSR (LSR = Liquid Silicone Rubber) oder eine Kombination von beidem.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Stützholkörper mittels einer Klebeverbindung mit der Schalteinrichtung, insbesondere der Unterbrechereinheit, verbunden ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Betätigungselement den Hohlraum in dem Stützisolator zum Tragen der Schalteinrichtung durchquert. Ein solcher Aufbau ist prinzipiell bekannt. Der Hohlraum des Stützisolators ist in einer bevorzugten Ausführungsform hermetisch druckdicht verschlossen und ist dabei insbesondere mit einem Isoliergas gefüllt. Die entsprechenden Mittel zum Verschließen des Hohlraumes müssen die mechanische Bewegung übertragen. Derartige Mittel sind Membrandichtungen, Faltenbälge und/oder Wellendichtungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schaltgerät einen weiteren Stützisolator auf, der auf einer dem einen Stützisolator gegenüberliegenden Seite der Unterbrechereinheit ausgebildet ist. Der eine Stützisolator ist in der Regel der untere Stützisolator, der weitere Stützisolator ist in der Regel der obere Stützisolator.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Unterbrechereinheit als SF6 Unterbrechereinheit oder als eine Vakuumschaltröhre ausgebildet ist.
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Vorteilhafterweise weist die Unterbrechereinheit zwei gegeneinander bewegliche Schaltkontakte auf und das Schaltgerät zwei äußere Anschlusskontakte auf, wobei jeder der Schaltkontakte mit je einem der äußeren Anschlusskontakte elektrisch verbunden ist. Ein solcher Aufbau ist prinzipiell bekannt.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanlage mit einer Tragstruktur und mindestens einem auf der Tragstruktur montierten elektrischen Schaltgerät ist vorgesehen, dass das Schaltgerät oder zumindest eines der Schaltgeräte als vorstehend genanntes Schaltgerät ausgebildet ist.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt die
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1 eine Schnittdarstellung durch ein Schaltgerät gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Schnittdarstellung durch ein Schaltgerät gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die
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3 eine Schnittdarstellung durch ein Schaltgerät gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
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4 eine Schaltungsanlage mit einer Tragstruktur und mehreren auf der Tragstruktur montierten elektrischen Schaltgeräten.
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Die 1 zeigt ein elektrisches Schaltgerät 10 mit einer Schalteinrichtung 12, die eine Unterbrechereinheit 14 zur Unterbrechung eines elektrischen Strompfades und ein die Unterbrechereinheit 14 einhausendes Gehäuse 16 aufweist. Die Unterbrechereinheit 14 ist im gezeigten Beispiel als Vakuumschaltröhre 18 ausgebildet. Diese Vakuumschaltröhre 18 weist zwei mittels einer Kapselung 20 gekapselte Schaltkontakte 22, 24 auf, von denen der eine Schaltkontakt als feststehender Schaltkontakt 22 und der andere Schaltkontakt als verschieblich gelagerter Schaltkontakt 24 ausgebildet ist. Das Schaltgerät 10 weist weiterhin ein als Schaltstange 26 ausgebildetes Betätigungselement 28 zur Betätigung der Unterbrechereinheit 14 auf. Mittels des Betätigungselements 28 kann der verschieblich gelagerte Schaltkontakt 24 zwischen einer ersten Position, bei der die beiden Schaltkontakte 22, 24 einander elektrisch kontaktieren, und einer zweiten Schaltstellung, bei der die beiden Schaltkontakte 18, 20 eine hinreichende Vakuumstrecke (Unterbrecherabstand) aufweisen, hin- und herbewegt werden. Die 1 zeigt die Unterbrechereinheit 14 in der zweiten Schaltstellung. Das Schaltgerät 10 weist weiterhin zwei äußere Anschlusskontakte 30, 32 auf, wobei jeder der äußeren Anschlusskontakte 30, 32 mit je einem der Schaltkontakte 22, 24 elektrisch verbunden ist.
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Das Schaltgerät 10 weist des Weiteren einen die Schalteinrichtung 12 tragende Stützisolator 34 auf, in dessen Innerem ein Hohlraum 36 ausgebildet ist und über den das Schaltgerät 10 auf einer in 4 gezeigten Tragstruktur 38 montierbar ist. Der Stützisolator 34 weist dabei einen Stützhohlkörper 40 sowie eine den Stützhohlkörper 40 umgebende Isolationsschicht 42 auf. Der Stützholkörper 40 ist dabei aus einem Composite- oder Verbundwerkstoff erstellt und rohrförmig ausgestaltet. Ein möglicher Verbundwerkstoff ist dabei kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK). Der gezeigte Stützhohlkörper 34 ist also als Composite-Rohr 44 ausgestaltet. Die Isolationsschicht 42 besteht im gezeigten Beispiel aus einem Silikonmaterial, bevorzugt HTV, LSR oder eine Kombination dieser beiden Materialien. Der Stützisolator 34 haust dabei das Betätigungselement 28 unter Ausbildung des Hohlraumes 36 zwischen der Tragstruktur 38 und der Unterbrechereinheit 14 ein, wobei das Betätigungselement 28 den Hohlraum entlang einer Längsachse 46 des Schaltgerätes 10 von einer Basis 48 des Stützisolators 34 bis zu einem Übergang des Stützisolators 34 zur Unterbrechereinheit 14 der Schalteinrichtung 12 durchquert. Die Verbindung zwischen dem Stützisolator 34 und der Schalteinrichtung 12 an diesem Übergang ist eine Klebeverbindung K zwischen dem Stützhohlkörper 40 und der Schalteinrichtung 12, insbesondere deren Unterbrechereinheit 14. Das Gehäuse 16 der Schalteinrichtung 12 weist an seinem Außenumfang ebenfalls eine Isolationsschicht 42 auf.
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Der Stützisolator 34 mit dem Stützhohlkörper 40 sowie der den Stützhohlkörper 40 umgebenden Isolationsschicht 42 ermöglicht es, dass das Schaltgerät 10 einfach und kostengünstig realisiert werden kann.
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Die 2 und 3 zeigen alternative Ausgestaltungen des Schaltgerätes 10, die der in 1 gezeigten Ausgestaltung im Wesentlichen entsprechen, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden soll.
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Das in 2 gezeigte Schaltgerät 10 weist einen weiteren Stützisolator 50 auf, der auf der dem einen Stützisolator 34 gegenüberliegenden Seite, also der Oberseite, der Unterbrechereinheit 14 angeordnet ist. Auch in dem Inneren des weiteren Stützisolators 50 ist ein Hohlraum 52 ausgebildet, wobei der weitere Stützisolator 50 – genau wie der eine Stützisolator 34 – einen Stützhohlkörper 54 sowie eine den Stützhohlkörper 54 umgebende Isolationsschicht 42 aufweist. Abgeschlossen wird dieser weitere Stützisolator 50 von dem einen äußeren Anschlusskontakt 28.
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3 zeigt eine weitere Variante des in 2 gezeigten Schaltgerätes 10. Dieses in 3 gezeigte Schaltgerät 10 weist weiterhin am potentialseitigen Ende des Betätigungselements 24 angeordnete Mittel 56 zum Erzeugen einer Kontaktandruckkraft auf.
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Die 4 zeigt schließlich einen Teil einer als Schaltpol bekannten Schaltungsanlage mit einer auf Erdpotential liegenden Tragstruktur 38 und drei auf der Tragstruktur 38 montierten elektrischen Schaltgeräten 10. Die elektrische Verschaltung der Schaltgeräte 10 ist nicht explizit gezeigt, es ergeben sich jedoch elektrische Strompfade, in denen die Unterbrechereinheiten 14 der Schaltgeräte 10 über ihre Anschlusskontakte verschaltet sind.
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Abschließend seien die wichtigsten Eigenschaften und Komponenten des Schaltgerätes 10 noch einmal mit anderen Worten beschrieben:
- 1) Die Unterbrechereinheit 14 besteht bevorzugt aus der Vakuumschaltröhre 18;
- 2) Der den bewegbaren Schaltkontakt 24 elektrisch kontaktierende Anschlusskontakt 32 ist direkt – bevorzugt mechanisch unlösbar – verbunden mit dem Stützisolator 34 des Schaltgerätes 10;
- 3) Der Stützhohlkörper 40 besteht bevorzugt aus einem Composite-Rohr 44;
- 4) Die Verbindung von Schalteinrichtung 12 und Stützisolator 34, 50 erfolgt bevorzugt durch Kleben des entsprechenden Stützhohlkörpers 40, 54 auf die Keramik der Unterbrechereinheit 14 insbesondere Schaltröhre 18;
- 5) Der Stützhohlkörper 40, 54 des jeweiligen Stützisolators 34, 50 und die Unterbrechereinheit 14 werden mit einem Überzug aus Silikonschirmen (Isolierschicht(en) 42 aus Silikonmaterial) versehen. Das Silikon ist bevorzugt HTV oder LSR oder eine Kombination aus beiden Materialien;
- 6) Die Anschlusskontakte 30, 32 zur Stromzufuhr zur Unterbrechereinheit 14 werden aus dem (jeweiligen) Hohlraum 36, 52 herausgeführt;
- 7) Unterhalb des Beweglichen Kontaktes der Schaltröhre befindet sich die Stromzufuhr zu selbiger, die z.B. über Gleitkontakt oder über ein Lamellen-Stromband erfolgt;
- 8) Im Hohlraum 36 des einen Stützhohlkörpers 40 befindet sich die isolierende Schaltstange 22 zur Übertragung der mechanischen Schaltbewegung zur Unterbrechereinheit 14;
- 9) Mittel 58 zum Erzeugen einer Kontaktandruckkraft können am erdpotenzialseitigen Ende der Schaltstange 26 oder – bevorzugt am hochspannungspotenzialseitigen Ende der Schaltstange 26 angeordnet sein;
- 10) Am festkontaktseitigen Ende der Unterbrechereinheit 14 kann sich ein weiterer Hohlraum 52 befinden, der nach Punkt 2 mit der Unterbrechereinheit 14 verbunden ist;
- 11) Der Hohlraum 36, 52 des einen und/oder des anderen Stützisolators 34, 50 kann hermetisch druckdicht verschlossen sein und mit einem Isoliergas gefüllt sein. Die Mittel zum Verschließen des einen Hohlraumes 36 müssen die mechanische Bewegung übertragen und können Membrandichtungen, Faltenbälge oder Wellendichtungen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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