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Die Erfindung bezieht sich auf einen gasisolierten
Mehrpol-Lasttrenndrehschalter, insbesondere für eine Mittelspannungs-Verteileranlage,
in einem mit einem Gas hoher dielektrischer Festigkeit gefüllten
Isolierstoffgehäuse, pro Pol bestehend aus einem auf einer Isolierstoff-
Schaltwelle befestigten beweglichen Doppelkontakt in Form eines
Kontaktmessers mit drei Stellungen, der bei Drehung mit mehreren,
entlang der Innenwand des Isolierstoffgehäuses in einer Ebene
winkelig versetzten feststehenden Kontakten zusammenwirkt, wobei sich
eine erste Schaltstellung (EIN) zur Herstellung der elektrischen
Verbindung zwischen einer Eingangsklemme mit einer daran
angeschlossenen Einspeiseleitung und einer Ausgangsklemme mit einer daran
angeschlossenen Abgangsleitung, eine zweite Schaltstellung (AUS)
zur Trennung der beiden Leiter und eine dritte Schaltstellung (ERDE)
zur Erdung eines der beiden Leiter ergeben.
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Bei Verwendung eines Isolierstoffgehäuses zur Aufnahme des SF6-
Lasttrenndrehschalters ergibt sich das Problem einer sicheren
Trennung zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen angesichts der
Gefahr eines Kriechstroms entlang der Innenwand des
Isolierstoffgehäuses. Um jegliche Überbrückung der Trennstrecke zu verhindern,
können zwei Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden:
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- die Kriechstrecke zwischen den Klemmen des Lasttrennschalters
kann vergrößert werden,
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- in die Kriechstrecke kann ein Massenring integriert werden.
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Die Vergrößerung der Kriechstrecke erfordert entsprechend große
Abmessungen des zylindrischen Isolierstoffgehäuses, was häufig
nicht mit der kompakten Bauweise der Schaltanlage vereinbar ist, in
die der Schalter eingebaut werden soll.
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Die Integration eines Massenringes in einen Lasttrenndrehschalter
führt zu Anordnungsproblemen aufgrund der Drehbewegung des
beweglichen Kontaktes. In der Einschaltstellung ist das
Vorhandensein dieses Schutzrings darüber hinaus überflüssig.
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In der EP-A-199.044 ist ein Lasttrenndrehschalter mit
Isolierstoffgehäuse und drei feststehenden Kontakten beschrieben, die mit einem
als Messerkontakt ausgeführten beweglichen Doppelkontakt
zusammenwirken. In der Ausschaltstellung ist der bewegliche Kontakt
von den festen Kontakten getrennt und gegenüber Erde isoliert. Die
Trenn- und Schutzringfunktionen sind nicht gewährleistet. An der
Schaltwelle ist ein Verdichtungsflügel angebracht, der gleichzeitig
den Messerkontakt für jeden Pol trägt. Der Verdichtungsflügel
besteht aus Isolierstoff.
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In dem FR-A-1.279.475 ist eine Mittelspannungs-Schaltzelle mit
dreiphasigem offenen Lasttrenndrehschalter beschrieben, der mit
rotierenden Durchführungen arbeitet. Der bewegliche Kontakt liegt in
der Ausschalt-Zwischenstellung an Erde, der Schalter besitzt jedoch
weder Schutzring noch Kompressionskolben.
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Die CH-390.346 beschreibt einen Hochspannungs-Trennschalter für
eine gekapselte Schaltanlage. Er enthält einen Drehkontakt mit zwei
Schaltstellungen, wobei der bewegliche Kontakt in der
Ausschaltstellung an Erde liegt. Der bewegliche Kontakt ist mit einer Metallscheibe
verbunden, die jedoch nicht die Funktion eines Kolbens hat. Eine
Erdung der den feststehenden Kontakten zugeordneten Phasenleiter
der Schaltanlage ist ausgeschlossen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gasisolierten
Lasttrenndrehschalter mit geringen Abmessungen und hoher dielektrischer
Festigkeit herzustellen.
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Der erfindungsgemäße Lasttrennschalter ist dadurch gekennzeichnet,
daß
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- der bewegliche Kontakt in der zweiten Schaltstellung (AUS) mit
einem dauergeerdeten feststehenden Kontakt zusammenwirkt, so daß
durch Aufrechterhaltung der Verbindungsunterbrechung zwischen
Eingangs- und Ausgangsklemmen eine Trennfunktion gewährleistet
ist,
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- eine metallische Abschirmung zur Bildung der beweglichen
Dreheinheit zusammen mit der Schaltwelle fest mit dem beweglichen Kontakt
verbunden ist, wobei die genannte Abschirmung in der genannten
zweiten Schaltstellung (AUS) als Schutzring ausgeführt ist,
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- mindestens eine zwischen dem Isolierstoffgehäuse und der
Schaltwelle angeordnete feststehende Trennwand mit der metallischen
Abschirmung zusammenwirkt, die als Drehkolben zur Gasverdichtung
dient, um mindestens eine mit entsprechenden Systemen zur
Lichtbogenbeblasung verbundene Kolben-Löschkammer (46a, 46b, 48a, 48b)
zu bilden.
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Sämtliche Arbeiten an aktiven Teilen auf der Abgangsseite des
Lasttrennschalters, wie z. B. die Prüfung des Abgangsleiters, können
somit gefahrlos durchgeführt werden, da die metallische Abschirmung
in der zweiten Schaltstellung (AUS) geerdet ist.
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Neben ihrer Funktion als Schutzring dient die metallische
Abschirmung als Drehkolben zur Verdichtung des Gases in der Kolben-
Löschkammer des Gehäuses. Die Blaseinrichtung wirkt mit dieser
Löschkammer zusammen, um den Lichtbogen zu löschen, der bei
Überführung des Kontaktmessers von der ersten Schaltstellung (EIN)
in die zweite Schaltstellung (AUS) zwischen den Kontakten entsteht.
Weitere Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, das in den beigefügten
Zeichnungen wie folgt dargestellt ist:
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Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung den schematischen
Aufbau eines erfindungsgemäßen Lasttrenndrehschalters;
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Die Fig. 2 bis 4 zeigen Querschnittsdarstellungen des Schalters
gemäß Fig. 1 in Einschalt-, Ausschalt- und Erdungsstellung;
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V aus Fig. 1;
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Die Fig. 6 und 7 entsprechen der Ansicht von Fig. 5 für zwei
Ausführungsvarianten.
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Die Zeichnungen zeigen einen Lasttrenndrehschalter 10 für eine
Dreiphasen-Mittelspannungs-Verteileranlage mit Gasisolierung in einem
zylindrischen Gehäuse 12, das mit einem Gas hoher dielektrischer
Festigkeit, insbesondere Schwefelhexafluorid, gefüllt ist.
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Das Gehäuse 12 besteht aus Isolierstoff und ist entlang seiner
Innenwand mit fünf feststehenden Kontakten 14 bis 22 bestückt, die an
radial angeordneten Durchführungen befestigt sind. Die
feststehenden Kontakte sind in der mittleren Querebene des
Gehäuses 12 in einem bestimmten Winkelversatzmaß angeordnet und
wirken mit einem als Kontaktmesser ausgeführten beweglichen
Doppel-Drehkontakt 24 mit
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drei Schaltstellungen zusammen. Der erste feststehende Kontakt 14
ist nach außen mit einer Einspeiseleitung 26 verbunden, während der
diametral entgegengesetzt angeordnete dritte feststehende Kontakt
18 an eine Abgangsleitung 28 angeschlossen ist. Der vierte und der
fünfte feststehende Kontakt 20 und 22 sind über eine Erdungsleitung
30 miteinander verbunden. Der zweite, dem fünften feststehenden
Kontakt 22 diametral gegenüberliegende feststehende Kontakt 16 ist
zwischen dem ersten und dem dritten feststehenden Kontakt 14 bzw.
18 angeordnet und über eine Leitung 32 mit dem Abgangsleitung 28
verbunden.
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Eine aus Isolierstoff bestehende Schaltwelle 34 zur Mitführung des
beweglichen Kontakts 24 ist im Innern des zylindrischen Gehäuses 12
in Längsrichtung angeordnet. Das Kontaktmesser des beweglichen
Doppelkontakts 24 ist mit einer radialen metallischen Abschirmung
36 verbunden, die rechtwinklig zu der in Längsrichtung
angeordneten Schaltwelle 34 und zur mittleren Querebene des
Lasttrennschalters 10 ausgerichtet ist. Die metallische Abschirmung
ist seitlich mit zwei Ringelektroden 38, 40 verbunden, die die Enden
der Isolierstoff-Schaltwelle 34 umschließen.
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Das Messer des beweglichen Kontakts 24 weist in einem festgelegten
Axialabstand 1 zwei parallel angeordnete Kontaktzungen 24a, 24b auf
(siehe Fig. 5). Die beiden Kontaktzungen 24a, 24b unterliegen einer
gegenseitigen elastischen Beanspruchung, und der Abstand 1 erlaubt
die elastische Einfügung der beiden diametral gegenüberliegenden
Unterbrechungszonen des Kontaktmessers beim Zusammenwirken mit
den entsprechenden feststehenden Kontakten 14 bis 22 während der
Drehung der Schaltwelle 34 zwischen den drei Schaltstellungen.
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Die Abmessungen der metallischen Abschirmung 36 können in
Radialrichtung gesehen kleiner sein als die des Kontaktmessers, so
daß ein Radialspiel (siehe Fig. 3) zwischen der Innenwand des
Gehäuses 12 und der Außenkante der Abschirmung 36 entsteht. Die
Breite dieses Spiels beträgt im allgemeinen weniger als 5 mm.
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Das Gehäuse 12 weist darüber hinaus zwei feststehende Trennwände
42, 44 auf, die zusammen mit der Dreheinheit einen Mechanismus zur
Verdichtung des Isoliergases bilden, das in den beiden im Innern des
Gehäuses 12 angeordneten Kolben-Löschkammern (46a, 46b, 48a,
48b) enthalten ist. Der Verdichtungsmechanismus wirkt mit einer
(nicht dargestellten) Blaseinrichtung zusammen, um den Lichtbogen
zu
löschen, der beim Übergang des Kontaktmessers von einer
Schaltstellung in die andere zwischen den Kontakten entsteht.
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Die Fig. 2 bis 4 zeigen die Funktionsweise des
Lasttrenndrehschalters 10 mit den verschiedenen Schaltstellungen:
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- In der ersten Schaltstellung (EIN) (Fig. 2) schließt der bewegliche
Messerkontakt 24 den ersten und den dritten feststehenden Kontakt
14, 18 kurz, um so die Einspeiseleitung 26 mit der Abgangsleitung
28 zu verbinden. Die feststehenden Kontakte 14, 18 stellen die
Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen des Lasttrennschalters dar.
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Die Drehung der Schaltwelle 34 entlang des Kreisbogens (Pfeil f,
Fig. 3) bewirkt die Öffnung des Schalters durch Lösen des
Kontaktmessers von den feststehenden Kontakten 14, 18 in einem
entsprechenden Winkel. Der Öffnungshub des beweglichen Kontakts 24
beträgt etwa 60 Grad und nach seinem Durchlauf liegt eine
Kontaktzone des Kontaktmessers am vierten feststehenden Kontakt 20, der
mit Erde verbunden ist. Die bewegliche Einheit bildet in dieser
zweiten Schaltstellung (AUS) einen integrierten Schutzring, der aus
der metallischen Abschirmung 36, dem beweglichen Kontakt 24 und
den beiden Elektroden 38, 40 besteht. Das Einbringen der
metallischen Abschirmung in die Kriechstrecke zwischen den
Eingangs- und Ausgangsklemmen des Lasttrennschalters 10
verhindert jede Überbrückung der Trennstrecke zwischen diesen
Klemmen durch einen gefährlichen Kriechstrom entlang der
Innenwand des Gehäuses 12 und der Schaltwelle 34.
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Ist der Abgangsleiter 28 als Kabel ausgeführt, erfolgt seine
Überprüfung in der Ausschaltstellung (Fig. 3) durch Einleitung eines
Prüfstroms in einen der feststehenden Kontakte 16 oder 18 bzw. in eine
spezielle Klemme des Abgangsleiters 28. Auf diese Weise kann die
Prüfung des Kabels vollkommen gefahrlos durchgeführt werden, da
sowohl die Metallabschirmung 36 als auch das Kontaktmesser
geerdet sind.
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Der Übergang von der Ausschaltstellung (Fig. 3) in die
Erdungsstellung (Fig. 4) erfolgt durch weitere Drehung der Schaltwelle 34 in
Richtung des Pfeiles f. Das Kontaktmesser liegt danach am zweiten
und fünften feststehenden Kontakt 16, 22, und der Abgangsleiter 28
ist geerdet.
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Von der dritten Schaltstellung (ERDE) aus erfolgt das erneute
Einschalten des Lasttrennschalters 10 durch Drehung der
beweglichen Kontakteinheit in entgegengesetzter Pfeilrichtung über
die zweite Schaltstellung (AUS) zurück in die erste Schaltstellung
(EIN).
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Neben ihrer Funktion als Schutzring in der Ausschaltstellung dient die
metallische Abschirmung 36 als Drehkolben zur Verdichtung des
Isoliergases in den Löschkammern 46a, 46b, 48a, 48b. Der
Verdichtungseffekt tritt in beiden Drehrichtungen des beweglichen
Kontakts 24 auf und wird vorteilhaft zur Beblasung des Lichtbogens
genutzt, der während der Ausschaltphase des Schalters 10 beim
Übergang von der ersten Schaltstellung (Fig. 2) in die zweite
Schaltstellung (Fig. 3) entsteht.
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Es sei besonders darauf hingewiesen, daß der Lasttrenndrehschalter
10 eine Trennungsfunktion erfüllt, da die geerdete metallische
Abschirmung 36 die Aufrechterhaltung einer sicheren Trennstrecke
zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen gewährleistet. Die
Schutzringfunktion ist in der ersten Schaltstellung (EIN) (Fig. 2) des
Lasttrennschalters 10 aufgehoben, da die Abschirmung 36 nicht an
Erde liegt.
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Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsvariante weist das
Isolierstoffgehäuse 12 des Lasttrenndrehschalters 10 zwei mit
Isolierstoffenden versehene Vorsprünge 50, 52 auf, wodurch die
Abmessungen der metallischen Abschirmung in Längsrichtung
verringert werden können.
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Fig. 7 zeigt eine Ausführung ganz ohne metallische Abschirmung 36
mit entsprechend großer Ausbildung der Vorsprünge 50, 52, wobei
der axiale Abstand zwischen den Vorsprüngen so weit reduziert ist,
daß lediglich der bewegliche Kontakt 24 mit zwei parallelen
Kontaktzungen zwischen ihnen hindurchgeführt werden kann.
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Nach einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsvariante sind
der Drehkolben zur Verdichtung des Gases und die metallische
Abschirmung 36 als getrennte Teile ausgeführt.
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Die Erfindung wurde für ein Gehäuse 12 mit einem einzigen
Schalterpol beschrieben, aber sie kann selbstverständlich auf einen
Dreiphasen-Lasttrenndrehschalter angewendet werden, bei dem die Pole
entlang der Längsachse der Schaltwelle 34 angeordnet sind. Die Pole
können in einem gemeinsamen Isolierstoffgehäuse oder in
aneinandergereihten Einzelgehäusen installiert sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante besteht das Gehäuse 12
jedes Pols des Lasttrenndrehschalters 10 aus Metall, wobei die
feststehenden Kontakte auf Isolierstoffdurchführungen angebracht sind.
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Fig. 8 zeigt eine Anwendung der Erfindung in einer Dreiphasen-
Mittelspannungs-Verteileranlage mit einem Leistungsschalter 60,
dessen erste Klemme über einen ersten erfindungsgemäßen
Lasttrenndrehschalter 10 mit den Sammelschienen 62 und dessen
zweite Klemme über einen zweiten erfindungsgemäßen
Lasttrenndrehschalter 10 mit dem Abgang 64 verbunden ist.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Anwendung der Erfindung in einer
Schaltanlage zur Kopplung von zwei Sammelschienen-Einspeisungen
62, 66 eines Dreiphasennetzes RST durch einen Leistungsschalter 60.
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Die erste Sammelschienen-Einspeisung 62 ist über einen
Lasttrenndrehschalter 10 und die zweite Sammelschienen-Einspeisung
66 über einen weiteren Lasttrenndrehschalter mit drei
Schaltstellungen mit dem Leistungsschalter verbunden. Die beiden
Lasttrennschalter 10 entsprechen in ihrem Aufbau der Beschreibung
in Fig. 1 bis 4.
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Fig. 10 zeigt die Draufsicht einer Schaltungsanordnung gemäß Fig.
8 und 9 mit den übereinander und in der Senkrechten parallel zur
Achse der Pole der Leistungsschalter 60 angeordneten
Lasttrenndrehschaltern 10 für die drei Phasen. Die Säulenanordnung der sechs
Lasttrennschalterpole in einer Wellenflucht vereinfacht den
mechanischen Antrieb der Schaltzelle.
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Die Erfindung läßt sich auch auf einen Lasttrennschalter mit
exzentrisch angeordnetem Kontaktmesser anwenden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann die Löschung des
während der Ausschaltphase des Lasttrenndrehschalters
entstehenden Lichtbogens mit Hilfe eines in geeigneter Weise im
Innern des Gehäuses 12 angeordneten Dauermagneten erfolgen. Die
Wirkung des Magnetfeldes auf den Lichtbogen bewirkt dessen
Rotation und schnelle Löschung.