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Elektrischer Schaltete.... Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Schalter, vorzugsweise Hochspannungsschalter zum Schalten von Betriebs-, Über- und
hurzschluBströmen eines Verteilernetzes.
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An die elektrischen Schalter in Verteilernetzen werden mehrere Forderungen
gestellt, die sie für die Sicherstellung des Betriebes und zur Begrenzung von Störungen
erfüllen müssen. Sie müssen für Betriebsströme unbegrenzter zeitlicher Dauer ausgelegt
sein und dieselben beliebig oft ein- und ausschalten können sowie Überströme, deren
zeitliche Dauer durch die höchstzulässige Erwärmung von Betriebsmitteln wie Kabel,
Transformatoren, Motoren u.dgl. begrenzt ist, sicher abschalten. Außerdem müssen
diese Schalter dafür geeignet sein, Kurzschlußströme in einer möglichst kurzen Zeit
abzuschalten. Die Forderung nach Selektivität verlangt dabei eine Staffelung der
Auslösezeiten von mehreren in Reihe liegenden Schaltern. Gegebenenfalls muß der
Schalter auch auf einen bestehenden Kurzschluß einschaltbar sein. Eine weitere,
zusätzliche Forderung bezieht sich auf die Möglichkeit des Freischaltens, d.h. des
allseitigen und allpoligen Abtrennens eines Anlageteiles, wobei die Trennstrecke
bestimmten Bedingungen genügen muB, um die Sicherheit des an dem abgeschalteten
Teil der Anlage arbeitenden Personals zu gewährleisten.
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Die sogenannteri Leistungsschalter sind universell verwendbare Schaltgeräte,
deren Schaltvermögen den beim Einschalien und Ausschalten von Betriebsmitteln und
Anlageteilen in ungestörtem und gestörtem Zustand, insbesondere auch unter Kurzschlußbedingungen,
genügt. Sofern sie so gebaut sind, daß sie beim Ausschalten eine Trennstrecke herstellen,
spricht man von Leistu.n.gstrennschaltern. Die bekannt gewordenen Leistungstrennschalter
besitzen jedoch ein sehr geringes Nennausschaltvermögen. In der Regel werden zur
Erfüllung der Bedingung des Freischaltens ein oder mehrere Trennschalter zusätzlich
vorgesehen. In neuerer Zeit geht die Praxis des Schaltanlagenbaus in zunehmendem
Maß dazu
über, an dieser Stelle Lasttrennachalter als! sogenannte
Sehut ztrenner zu verwenden, um die schwerwiegenden Folgen, die das unbeabsichtigte
Öffnen belasteter Trennschalter hervorrufen kann, auszuschliessen. Eine wirksame
Trennvorrichtung wird aber auch häufig durch den Einbau der Leistungsschalter in
ausfahrbare Schaltwagen verwirklicht. Dabei werden komplizierte mechanische oder
elektrische Verriegelungen notwendig. Alle diese vollkommenen Lösungen erfordern
in den Verteilernetzen einen hohen Aufwand, der mit entsprechenden Kosten verbunden
ist.
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Eine bekann, wirtschaftlichere Lösung besteht in der Verwendung von
Lasttrenaschaltern in Verbindung mit Hochleistungs-Sicherungen. Der Lasttrenaschalter
übernimmt dabei das Ein- und Ausschalten von Betriebsströmen sowie das Einschalten
auf einen m.öglicherweise anstehenden gurzschluB, sofern er mit einer Schnelleinschaltvorrichtung
versehen ist. Die Hochapannungs-Hochleistungs-Sicherungen übernehmen dagegen den
Kurzschlußschutz. Der Nachteil dieser Kombination eines Lasttrenners mit HH-Sicherungen
besteht in dem Fehlen eines Überstromachutzes, da der Grenzstrom der Sicherung zwischen
ihrem 1,5- bis 2-fachen Nennstrom liegt. Es kann allerdings ein Überstromschutz
durch die Verwendung von Überstromauslöserh, die auf den Lastschalter als Primär-
öder Sekundär-Auslöser wirken, erzielt werden, sofern die Lastschalter ein ausreichendes
Ausschaltvermögen besitzen. Ein grundsätzlicher Nachteil von besonderer Bedeutung
ergibt sich jedoch aus der Tatsache, daß die Ansprechzeit der Sicherungen stromabhängig
ist, weshalb eine selektive Staffelung auf Schwierigkeiten stößt: Nachteilig wirkt
in diesem Falle, daß die Nennstromstärken, für die Hochspannungssicherungen gebaut
werden können, begrenzt sind.
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Aus den angeführten Gründen sind Sicherungen im allgemeinen
nur zum Schutz von Verbrauchern Wie z.B. Netztransformatoren anwendbar, jedoch
nicht zum eigentlichen Netzschutz.
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Die Erfindung bietet ähnliche wirtschaftliche Vorteile wie die bekannte
Kombination Lasttrennschalter - Sicherung, vermeidet jedoch deren Nachteile und
die hierdurch bedingten Beschränkungen
der Anmeldung.
Dies wird in der leise bewirkt, daß zwei in Reihe
geschaltete
Schaltstellen mit voneinander unabhängigem Antriebssystem vorhanden
sind, von denen jede bestimmte Schaltaufgaben
durch Steuerung
des dazu gehörenden Antriebes zugewiesen erhält.
Eine zweckmässige
Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist folgendermassen beschaffen:
In Fig.i ist eine der beiden in Reihe
geschalteten Schaltstellen
als Lasttrennschalter 1 ausgebildet
und besitzt alle Eigenschaften
der unter dieser Bezeichnung in
Gebrauch stehenden Schaltgeräte. Sie
ist für das Ausschalten der
Betriebsströme im ungestörten Zustand des
Netzes sowie für das
Einschalten, gegebenenfalls auch bei gurzschluß,
bestimmt. Die
genannten Schalthandlungen werden stets willkürlich durchgeführt,
eo daß für diese Schaltstelle ein einfacher Handantrieb
2 in Verbindung mit einer Kraftspeicher-Schnelleinschaltvorrichtung
ge-
nügt. Außerdem stellt der Lasttrennschalter 1 beim Ausschalten
die
vorgeschriebene Trennstrecke her. Die zweite Schaltstelle ist
ein sogenannter
Leistungsunterbrecher 3. Hierunter sei ein Schaltgerät verstanden,
das ausschließlich für das gelegentliche Aus-
schalten der im gestörten
Zustand des Netzes auftretenden Über-und Kurzschlußströme bemessen ist.
Diese Schaltungen erfolgen
unwillkürlich, d.h. sie Werden
durch die Überstrom-Schutzeinrichtungen ausgelöst. Als solche werden
zweckmässig Primärauslöser 5 verwendet, doch ist im Prinzip
auch Bekundärschutz an-
wendbar. Der Leistungsunterbrecher
3 ist zu diesem Zweck mit einem verklinkten Ausschaltkraftspeicher
4 versehen, auf den die 2rJmärauslöser 5 mittels eines Auslösegestänges
G einwirken. Einge-
schaltet wird der Leistungsunterbrecher
3 ausschließlich strom-
los bei geöffnetem Lasttrennschalter
1. Es genügt daher für diesen
Zweck ein einfacher Handantrieb.
Fehler bei der Betätigung wer-
den durch eine einfache mechanische
Verriegelung ? zwischen lasttrennschalter i und Leistungsunterbrecher
3 verhindert. Es kann
ferner von Vorteil sein, auch den Lasttrennschalter
i mit einem
verklinkten Ausachaltkraftspeicher zu versehen und ihn mittels
eines
weiteren Auslösegestänges 8 selbsttätig auszuschalten, sobald der
Leistungsunterbrecher 3 den Stromkreis öffnet.
Der wirtschaftliche
Vorteil ergibt sich aus den verringerten Anforderungen, die an einen
Leistungsunterbrecher in vorbeschrie= benen Sinne gegenüber einem normalen
Leistungsschalter zu stellen
sind, und. die einerseits die Schalthäufigkeit,
zum anderen den
Strombereich betreffen, für den die Löscheinrichtung
zu bemessen . ist. Dieser umfaBt nur etwa zwei Zehnerpotenzen,
im Gegensatz zu vier beim Leistungsschalter. Dabei entfällt vor allen
die Not-wendigkeit, kleinere bis kleinste induktive und kapazitire
Ströme
unterbrechen zu müssen, wie sie von leerlaufenden Umspannern
oder
fabeln aufgenommen werden. Hierdurch ist es möglich, mit sehr
ein-
fach aufgebauten höscheinrichtungen auszukommen. 1gin weiterer
Vorteil
ergibt sich aus dem verzläht auf die Kurzschlußeinschaltung,
da der sonst für einen Leistungsschalter erforderliche
Kraftspeicherantrieb,
der heutzutage oftmals den aufwendigsten
Teil des Gerätes bildet, entbehrlich
ist. Der Lasttrennschalter kann bein.$ostenvergleich dagegen außer Ansatz
bleiben, da er
in neuzeitlichen Anlagen auch bei Verwendung
eines Leistungsschalter®, wie eingangs dargelegt, vorgesehen
werden muB, sofern
nicht Trennschalter mit Verriegelungen oder
ausfahrbare Leistungs-
schalter verwendet wurden, wobei sich jedoch
keine Vorteile hin-
sichtlich der Kosten ergeben.
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Schalter mit mehreren in Reihe liegenden Schaltstellen
sind bekannt. Bei der sogenannten Vielfachunterbrechung
sind zwei oder
mehr gleichartige Schaltelemente hintereinandergesehaltet.
Zusätz-
liche Trennmesser, die in Luft schalten, sind
bei Druckluft- und
Flüssigkeitsschaltern häufig angewendet worden;
ihre Aufgabe ist
es, das Isoliervermögen des geöffneten Leistungsnehalters
zu er-
höhen. Ferner gibt es Druckluftachalter, die eine
in Reihe zur
Hauptschalterstrecke liegende Hilfsschaltstrecke
besitzen, die
einen widerstand enthält und die durch den
Schaltlichtbogen in
den Stromkreis eingeschlossen wird. Alle diese
bekannten Ein-
richtungen sind so beschaffen, daB die in Reihe
liegenden Schalt-
stellen gemeinsam angetrieben bzw. gesteuert
werden und daB sie
bei jeden Schaltvorgang, ob willkürlich
oder unwillkürlich, ge-
öffnet werden und unabhängig
von der Größe des zu unterbrechenden
Stromes gemeinsam
in Tätigkeit treten.
Da es keine Schwierigkeiten bereitet, Zaattrennschalter
mit einem
Ausschaltvermögen der Größenordnung 1000 A zu bauen,
ist bei einer zweckmässigen Weiterentwicklung der Erfindungsgedanken
vorgesehen,
dem Lasttrennschalter zusätzlich zur Aufgabe des willkürlichen
Sehaltens von Betriebsströmen auch die Abschaltung im Überstrombereich
zuzuweisen (Fig. 2). In diesem Fall muß der Lasttrennschalfer 1 einen verklinkten
Ausschaltkraftspeicher 2 besitzen; dafür läßt sich der Strombereich des Leistungsunterbreehers
3 noch weiter beschränken und dessen Ausführung vereinfachen. Fig.2 enthält ferner
eine vereinfachte Ausschaltung mit Primärauslösern 5, nämlich zwei magnetische KurzschluBauslöser
zur Erfassung zwei-und dreipoliger Kurzschlüsse, die auf den Leistungsunterbrecher
3 wirken, sowie einen thermischen Auslöser zur Erfassung der Überströme,
die in der Regel in allen Leitern symmetrisch auftreten, der den Lasttrennschalter
1 zur Auslösung bringt. Es kann von Vorteil sein, anstelle eines dreipoligen Leistungsunterbrechers
drei einpolige Schaltelemente 3 vorzusehen, von denen jedes einen eigenen Ausschaltkraftspeicher
4 mit Verklinkung besitzt. Eine solche Anordnung stellt Fig. 3 dar.
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Eine
weitere Möglichkeit der Verwirklichung des Erfindungsgedankens
besteht darin, als Leistungsunterbrecher Hochleistungssicherungen 9 mit einem parallelgeschalteten
Trennmesser 10 zuverwenden. Fig. 4 zeigt im Prinzip eine derartige Ausführung. Während
die Sicherungen 9 in gebräuchlicher Weise als einpolige Geräte
vorgesehen
sind, ist es zweckmässig, alle Trennmesser 10 der dreipoligen Anordnung gemeinsam
anzutreiben, so daß nur ein einziger Ausschaltkraftspeicher mit Verklinkung il und
Auslöseeinrichtung benötigt Wird. Auf diesen Wirken die magnetischen Kurzsehlußauslöser
5. Sobald diese beim Auftreten eines Kurzschlußstromes ansprechen, wird die Verklinkung
11 gelöst und die Trennmesser 10 öffnen mit hoher Geschwindigkeit die parallel zu
den Sicherungen 9 befindlichen Strompfade. Der Strom, der bis
zu diesem Zeitpunkt vorwiegend über die Trennmesser geflossen
ist, |
wird von den Sicherungen 9 übernommen -gnd unterbrochen.
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Diese Anordnung bedarf, um zuverlässig zu arbeiten, noch einer Ergänzung,
wie sie in Fg. 5 schematisch dargestellt ist. Außer dem Parallel-Trennmesser
10 ist noch ein Serientrenner 12 zur Sicherung 9 vorgesehen, der mit dem ersteren
mechanisch gekuppelt ist und die Sicherung 9 erst zu einem Zeitpunkt in den Stromkreis
einschaltet, in dem die Öffnung des Päralleltrenners 10 unmittelbar bevorsteht.
Auf diese Weise wird verhindert, daß ein durch die Sicherung 9 fliessender Teilstrom
den Schmelzleiter so stark erwärmt, daß die Sicherung unmittelbar nach dem Öffnen
des Paralleltrenners 10 abschmilzt. In einem solchen -Fall würde die Gefahr bestehen,
daß die wiederkehrende Sprung einen Überschlag an der zunächst nur kurzen Öffnungsstrecke
des Paralleltrenners 10 herbeiführt. Der in Reihe zur Hochleistuagssichexung 9 angeordnete
Trenner 12 verhindert, daß diese vor dem Öffnen des Paralleltrenners 10 durch Stromdurchgang
vorbelastet wird. Es bestehen daher auch keine Einschränkungen hinsichtlich der
Verzögerungszeit für die Auslösung des Leistungsunterbrechers. Als Sicherungen werden
in diesem Fall zweckmässig sogenannte Schaltersicherungen verwendet$ die keine Schaltüberspannungen
erzeugen iund den Kurzschlußstrom in einem seiner natürlichen Nulldurchgänge unterbrechen.
Ihre Ausschaltzeit beträgt mindestens 15 ms, eine Zeit, die ausreichend ist, um
eine Öffnungsstrecke des Paralleltrenners herzustellen, die von der wiederkehrenden
Spannung nicht durchschlagen wird.
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Der gemäß der Erfindung mit dem Lasttrenner zu einer Schaltstelle
kombinierte Leistungsunterbrecher wird in seinem Aufbau besonders einfach und kostensparend,
da eine Verklinkung genügt. Um den Zeistungsunterbrecher betriebsbereit zu machen,
Wird er in stromlosem Zustand in die Ein-Stellung gebracht. Wie die Ausführungsbeispiele
zeigen, kann erfindungsgemäß sowohl in Strahlennetzen als auch in vernaschten Netzen
ein wirkungsvoller Selektivschutz mit einfachen Mitteln erzielt werden.