DE60010520T2

DE60010520T2 - Trennschalter

Info

Publication number: DE60010520T2
Application number: DE60010520T
Authority: DE
Inventors: G. Alfred HODKIN; B. Trevor MARSHALL; Norman Davies; J. Peter THEISEN; Francois Marchaud
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2000-01-03
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2020-12-30
Also published as: EP1245064B1; US6242708B1; WO2001050562A1; BR0016978A; AU764732B2; CA2395665A1; DE60010520D1; EP1245064A1; AU1880501A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Schaltungsvorrichtung und andere Schaltungseinrichtungen, die hermetisch abgedichtete Unterbrecher verwenden, die eine Isolation mit einem höheren elektrischen Widerstand als Luft einsetzen, und insbesondere auf eine kompakte Schaltungseinrichtung, die modulare Komponenten einsetzt, um die Gesamtgröße des Systems zu verringern.
Hintergrund der Erfindung
Schaltungsunterbrecher sehen einen Schutz für elektrische Systeme gegen elektrische Fehlerzustände vor, wie beispielsweise Stromüberlastungen, Kurzschlüsse und Zustände mit abnormem Spannungspegel. Typischerweise weisen Schaltungsunterbrecher einen durch Federn angetriebenen Betätigungsmechanismus auf, der elektrische Kontakte öffnet, um den Strom durch die Leiter in einem elektrischen System ansprechend auf abnorme Bedingungen zu unterbrechen. Insbesondere sind Vakuum-Schaltungsunterbrechervorrichtungen bekannt gewesen, die trennbare Hauptkontakte aufweisen, die in einem isolierenden Gehäuse angeordnet sind. Im allgemeinen ist einer der Kontakte relativ sowohl zum Gehäuse als auch zu einem äußeren elektrischen Leiter festgelegt, der mit der Schaltung verbunden ist, die durch den Schaltungsunterbrecher zu steuern ist. Der andere Kontakt ist bewegbar. Im Fall eines Vakuum-Schaltungsunterbrechers weist die bewegbare Kontaktanordnung gewöhnlicherweise einen Schaft mit kreisförmigem Querschnitt auf, der einen Kontakt an einem Ende aufweist, welches in einer Vakuumkammer eingeschlossen ist, und einen Antriebsmechanismus am anderen Ende, der außerhalb der Vakuumkammer liegt. Eine Betätigungsstangenanordnung, die eine Druckstange aufweist, die an dem Ende des Schaftes gegenüberliegend zu dem bewegbaren Kontakt befestigt ist, und ein Antriebsmechanismus sehen die Bewegungskraft vor, um den bewegbaren Kontakt in Eingriff und außer Eingriff mit dem festen Kontakt zu bewegen.
Die Betätigungsstangenanordnung ist betriebsmäßig mit einem verriegelbaren Betätigungsmechanismus verbunden, der auf einen abnormen Stromzustand anspricht. Wenn ein abnormer Zustand erreicht wird, wird der verriegelbare Betätigungsmechanismus entriegelt, was bewirkt, daß die Betätigungsstange sich in die offene Position bewegt. Die Bewegung der Betätigungsstange bewirkt wiederum, daß die Kontaktglockenkurbel sich dreht, und wie oben besprochen, steuert dies die Bewegung des bewegbaren Kontaktes.
Druckfedern sind in Verbindung mit der Betätigungsstangenanordnung vorgesehen, um die bewegbaren Kontakte von dem festen Kontakt trennen zu können, und um die notwendige Kraft sicherzustellen, so daß sich die Kontakte nicht zufällig bei ungeeigneten Bedingungen öffnen. Wenn zusätzlich die geeigneten Bedingungen auftreten, die eine Unterbrechung der Schaltung erfordern, wird eine adäquate Kraft benötigt, um die Kontakte mit ausreichender Geschwindigkeit zu öffnen. Wenn die Kontakte sich nicht schnell öffnen, besteht ein Risiko, daß sich die Kontakte miteinander verschweißen, und daß es nicht möglich ist, den Strom zu unterbrechen.
Vakuum-Unterbrecher oder Schließvorrichtungen werden typischerweise verwendet, um Wechselströme mit mittlerer Spannung zuverlässig zu unterbrechen, und im Fall von Vakuum-Unterbrechern auch Wechselströme mit hoher Spannung von mehreren Tausend Ampere oder mehr zu unterbrechen. Schließvorrichtungen weisen Unterbrecher auf, die ausgelegt sind, um typischerweise in einem Strombereich zu arbeiten, der in Ampere gemessen wird, und nicht in Kiloampere, und um sich automatisch nach einer gegebenen Verzögerung erneut zu schließen, und für eine gegebene Anzahl von Malen, und zwar in einem Versuch, automatisch den Stromkreis wieder zu schließen. Jedoch lassen sich von dem Standpunkt dieser Erfindung die hier besprochenen Prinzipien genauso sowohl auf andere Lastunterbrechungs schalter, als auch auf Schaltungsunterbrecher und Schaltungstrennvorrichtungen anwenden.
Typischerweise wird gemäß der Praxis des Standes der Technik ein Vakuum-Unterbrecher für jede Phase einer Multi-Phasen-Schaltung vorgesehen, und die Unterbrecher für die verschiedenen Phasen werden gleichzeitig durch einen gemeinsamen verriegelbaren Betätigungsmechanismus betätigt. Dies gestattet nicht eine Punkt-auf-Welle-Schaltung (point-on-wave) zwischen den mehreren Phasen, und kann einen Spannungsübergang und eine ungleichmäßige Abnutzung der Kontakte auftreten lassen.
Schaltungseinrichtungen mit mittlerer Größe, die Vakuum-Unterbrecher einsetzen, haben typischerweise einen vorderen Niederspannungs-Teil genau hinter der vorderen Abdeckung, der typischerweise die Unterbrechersteuerungen aufweist. Der Niederspannungsteil ist elektrisch durch Anwendung von Abstandshaltern isoliert, und zwar von den Hochspannungsteilen, die die Vakuum-Unterbrecher aufweisen. Die Abstandshalter gestatten eine ausreichende Beabstandung der leitenden Komponenten, so daß die Luft innerhalb des Gehäuses ein effektiver Isolator sein kann, um die Niederspannungsteile der Schaltungseinrichtung von den Hochspannungskomponenten zu isolieren. Jedoch trägt diese Beabstandung auch zu der Größe der Einheiten bei.
Neuere Versuche sind unternommen worden, die Größe dieser Einheiten zu reduzieren, indem man sie hermetisch abdichtet und sie mit einem gasförmigen Isolator mit einer höheren dielektrischen Kapazität als Luft füllt, wie beispielsweise mit SF₆. Jedoch erzeugt dies eine Anzahl von Überlegungen bezüglich der Umwelt.
US-A-5 003 427 offenbart eine metallumschlossene Multi-Phasen-Hochspannungsschaltungsanordnung, die mit komprimiertem Gas gefüllt ist und mit einer inneren Schutzwand zwischen der Busstangenkammer und der Schaltungskammer versehen ist. Die elektrische Verbindung zwischen den zwei Kammern wird über gasdichte Durchlässe oder Durchleitungen eingerichtet, die diagonal in der Schutzwand angeordnet sind, wobei die Durchlässe in einer Richtung mit der Beabstandung zwischen den Busstangen angeordnet sind, und in der anderen, senkrechten Richtung, mit der Beabstandung der Stangen bzw. Anschlüsse für die Hochspannungsleistung oder den Lastschalter in der Schalterkammer. Gerade Verbindungen ohne Kreuzungen sind in der Busstangenkammer zwischen jeder Busstange und dem assoziierten Durchlaß über den jeweiligen Trennungs- oder Drei-Wege-Positionsbusstangenschalter vorgesehen, während die Verbindungsleitungen in der Schalterkammer von den Durchlässen zu den jeweiligen Stangen bzw. Anschlüssen des Hochspannungsschalters sich in gegenseitig parallelen Ebenen erstrecken, und zwar hier wiederum ohne Kreuzungen.
US-A-5 864 942 offenbart einen gekapselten Hochspannungsschalter, der ein Elastomer-Gehäuse besitzt, welches aus einem elastischen Material mit einer ersten dielektrischen Stärke bzw. Konstante hergestellt ist, wie beispielsweise aus EPDM. Ein im allgemeinen rohrförmiges Verstärkungselement ist in engem Kontakt mit dem ersten Elastomer-Material ausgeformt oder dorthinein preßgepaßt. Eine Vakuumkontaktanordnung mit einem zerbrechlichen Keramik-Vakuumbehälter ist innerhalb des Verstärkungselementes angeordnet, und ein Füllungsmaterial, welches anders ist als das erste Material, ist zwischen der Außenwand der sub-atmosphärischen Umhüllung für die sich berührenden Kontakte in der Schaltungsanordnung und der Innenwand des Verstärkungselementes angeordnet. Ein Auslösemechanismus erstreckt sich vom Äußeren in das Elastomer-Gehäuse und ist durch einen Verbindungs- bzw. Gelenkmechanismus mit verlorener Bewegung (Kniehebelmechanismus) mit den sich berührenden Kontakten verbunden, um die Kontakte aus der geschlossenen in die offene Position und umgekehrt zu bewegen. Zusätzlich wird ein Verfahren beschrieben, um den Hochspannungsschalter zu umkapseln, und um die sub-atmosphärische Schaltungsanordnung in dem montierten Zustand zu sichern.
Entsprechend ist eine verbesserte Schaltungseinrichtungskonstruktion mit mittlerer Spannung erwünscht, die die Gesamtgröße reduziert und die Instandhaltbarkeit der Einheit verbessert.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und andere Notwendigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt, die ein Trennschaltermodul nach Anspruch 1 aufweist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen gewonnen werden. Das Trennschaltermodul setzt ein Isolationsmedium mit einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit als Luft ein. Das Trennschaltermodul weist eine Vielzahl von stationären Kontakten und einen bewegbaren Kontaktmechanismus auf, der mit irgendeinem der stationären Kontakte zu verbinden ist, die alle in dem hermetisch abgedichteten Gehäuse eingeschlossen sind. Mindestens zwei leitende Schaltungselemente sind jeweils mit den stationären Kontakten oder dem bewegbaren Kontaktmechanismus verbunden, wobei der zweite stationäre Kontakt geerdet ist. Der bewegbare Kontaktmechanismus mit dem hermetisch abgedichteten Gehäuse ist betreibbar, um sich vorzugsweise zwischen drei getrennten Positionen zu bewegen; in Kontakt mit dem einen oder dem anderen der stationären Kontakte, oder in einer Zwischenposition, die außer elektrischem Kontakt mit jedem der stationären Kontakte ist. Bei einer bevorzugten Anwendung ist der bewegbare Kontakt innerhalb des hermetisch abgedichteten Gehäuses mit einem Kontakt an einem getrennten Modul zu verbinden, welches ein Vakuumschaltungsunterbrecher sein kann. Bei dieser bevorzugten Anwendung endet jeder Kontakt, der entweder mit einer Leitungsquelle, beispielsweise mit einer Hauptbusstange bzw. einem Hauptbusleiter, oder einem Kontakt an dem getrennten Modul verbunden ist, in einem isolierten Anschluss, der ausgelegt ist, um mit einem dazupassenden isolierten Anschluss auf der Leitungsquelle oder dem getrennten Modul zusammenzupassen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Isolationsmedium ein Vakuum, und der Vakuum-Isolator-Schalter ist in einer festen Isolierung aufgenommen, so daß alle leitenden Komponenten elektrisch von der umliegenden Umgebung isoliert sind und im wesentlichen von einem Kontakt zur Luft isoliert sind.
Bei der vorangegangenen bevorzugten Anwendung ist einer der stationären Kontakte mit zwei externen elektrischen Anschlüssen verbunden, die von der Außenseite des Isolatorschaltungsgehäuses zugänglich sind. Einer der zwei elektrisch gekoppelten stationären Kontaktanschlüsse ist betriebsmäßig mit einer ersten Leitungsquelle gekoppelt, während der zweite mit einem entsprechenden Eingang auf einem zweiten Trennschaltermodul verbunden ist, welches selbst mit einer zweiten Leitungsquelle verbunden ist. Wenn nur eine einzige Leitungsquelle verwendet wird, ist der freigelegte Anschluss mit einem vollständig isolierten entgegengesetzten Anschluss in Form eines entgegengesetzten nicht elektrisch leitenden Steckers zusammengepaßt, um den nicht verwendeten elektrischen Anschluss von den Niederspannungsteilen des umgebenden Schaltersystems oder der Umgebung, beispielsweise der Luft, zu isolieren. Somit ist der modulare Schalter dieser Erfindung dahingehend betreibbar, daß er einen Schaltungsunterbrecher alternativ mit einer oder mehreren Quellen oder mit Erde verbindet, und zwar in dem Fall, wo eine Instandhaltung erforderlich ist, oder wo beide Kontakte in dem offenen Zustand sind, so daß der Schalter den Schaltungsunterbrecher in einem schwimmenden bzw. schwebenden Zustand isolieren kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein tiefergehendes Verständnis der Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele gewonnen werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen die Figuren folgendes darstellen:
1 eine Darstellung der modularen mechanischen Komponenten dieser Erfindung;
2 eine Darstellung von Teilen des modularen Systems dieser Erfindung, die insbesondere die Punkt-auf-Welle- Steuervorrichtung (point-on-wave-controller) und die Gegenwirkung der universellen Leistungsversorgung mit dem Rest des modularen Systems veranschaulicht;
3 ist eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, des Unterbrecherstangeneinheitsanordnungsmoduls dieser Erfindung;
3b ist eine seitliche Schnittansicht einer In-Line-Betätigungsvorrichtung bzw. Leitungsbetätigungsvorrichtung, die zwei Betätigungsspulen aufweist, die von dem Unterbrechermodul dieser Erfindung eingesetzt werden können;
4 ist eine Darstellung des Drei-Positionen-Vakuumisolatormoduls dieser Erfindung;
5a ist eine Veranschaulichung, die die mechanischen modularen Komponenten dieser Erfindung zeigt, die mit einer einzigen Drei-Phasen-Busstangenanordnung verbunden sind;
5b ist eine Darstellung der mechanischen modularen Komponenten dieser Erfindung, die mit zwei getrennten Drei-Phasen-Busstangenversorgungen verbunden sind, die alternativ mit dem System verbunden werden können;
6a ist eine grafische Darstellung, die den Effekt einer Drei-Phasen-Fehlerstromwellenform durch gleichzeitiges Öffnen eines Drei-Pol-Schaltungsunterbrechers des Standes der Technik zeigt; und
6b ist eine grafische Darstellung, die den Einfluß einer Drei-Phasen-Fehlerstromwellenform durch ein synchrones Öffnen der drei Pole eines Schaltungsunterbrechers mit unabhängigen Betätigungsvorrichtungen für jeden Pol gemäß dieser Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 veranschaulicht die modularen mechanischen Komponenten 10 dieser Erfindung. Das Unterbrechermodul 14 weist eine Vakuumunterbrecher/Linearbetätigungsvorrichtungs-Anordnung auf. Obwohl 3(a) nur zeigt, daß der Vakuumunterbrecherteil der Anordnung innerhalb eines festen isolierten Gehäuses 24 abgedichtet ist, wie beispielsweise durch Epoxyd, Silikon, Polyurethan usw., sei bemerkt, daß die gesamte Einheit in dem isolierten Gehäuse abgedichtet bzw. eingeschlossen ist, es ist jedoch nicht notwendig, daß die Betätigungsvorrichtung so isoliert ist, da sie eine Komponente mit relativ niedriger Spannung ist. Der Vakuumunterbrecherteil 26 des Unterbrechermoduls 14 ist eine herkömmliche Konstruktion eines Schaltungsunterbrechervakuumunterbrechers und ist vollständig in 3 veranschaulicht. Der Vakuumunterbrecher 26 ist innerhalb eines hermetisch abgedichteten Gehäuses 34 aufgenommen und weist einen stationären Kontakt 28 und einen bewegbaren Kontakt 30 auf, der durch eine Anordnung 32 einer Druckstange und eines bewegbaren Kontaktschaftes betätigt wird, und zwar verschiebbar und abdichtbar eingepaßt durch das Gehäuse 34 und betreibbar, um den bewegbaren Kontakt 30 in Eingriff mit dem stationären Kontakt 28 und außer Eingriff davon zu bewegen. Der stationäre Kontakt 28 ist durch einen elektrischen Leiter angeschlossen, der innerhalb des elektrisch isolierten Gehäuses 24 abgedichtet ist, und zwar mit einem elektrischen Anschluss 38, der ausgelegt ist, um zu einem entsprechenden komplementären elektrischen Anschluss an dem Vakuum-Isolatormodul 12 zu passen, welches in 1 gezeigt ist. In ähnlicher Weise ist der bewegbare Kontakt durch einen elektrischen Leiter mit einem elektrischen Anschluss 36 verbunden, der auch elektrisch durch das elektrisch isolierte Gehäuse 24 abgeschirmt ist, und ist ausgelegt, um mit einem komplementären bzw. entgegengesetzten elektrischen Anschluss an dem Lastanschlußmodul 16 zusammenzupassen, wie in 1 gezeigt. Die elektrischen Anschlüsse 36 und 38 können entweder Stecker oder Dosen bzw. Sockel sein, sollten jedoch wünschenswerterweise von der gleichen Konstruktion sein, so daß die Verbindungen austauschbar sind. Die bewegbare Anordnung 32 aus Kontaktschaft und Druckstange wird wiederum mit dem Anker auf der In-Line-Betätigungsvorrichtung 40 verbunden, die den bewegbaren Kontakt in Eingriff mit dem stationären Kontakt 28 und außer Eingriff davon treibt, und zwar entsprechend auf eine Eingabe eines geeigneten Antriebs- bzw. Treibersignals, welches an der elektrischen Verbindung mit der (den) In-Line- Betätigungsvorrichtungsspule(n) 44 angelegt wird und von dem Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtungsmodul(point-on-wave-Steuervorrichtungsmodul) abgeleitet wird, welches genauer mit Bezug auf 2 beschrieben wird.
Die In-Line-Betätigungsvorrichtung 40 ist von herkömmlicher Konstruktion und besteht entweder aus einer oder aus zwei elektrisch gewickelten Spulen, die um eine magnetisch permeable hohle Form gewickelt sind, die benachbart zu einem hohlen Magneten 34 aus seltenen Erden positioniert ist. Bei der Konstruktion mit zwei Spulen ist der Magnet 43 mit seltenen Erden zwischen den zwei Spulen und einem Anker angeordnet, der in der hohlen Mitte angeordnet ist. Bei der Konstruktion mit einer Spule, die in 3(a) veranschaulicht ist, wird eine Spannung mit einer gegebenen Polarität an der Spule 39 angelegt, um den Anker 45 in einer ersten Richtung zu bewegen, und eine Spannung von entgegengesetzter Polarität ist an der Spule 39 angelegt, um den Anker 45 in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen. Bei der Konstruktion mit zwei Spulen der in 3(b) gezeigten In-Line-Betätigungsvorrichtung wird die Spannung an eine der Spulen 39 in einer ersten Richtung angelegt, um eine Bewegung des Ankers 45 in einer Richtung zu bewirken, und es wird eine Spannung an die zweite Spule 41 in der entgegengesetzten Richtung angelegt, um eine entgegengesetzte Bewegung des Ankers 42 zu verursachen. Bei der Konstruktion mit zwei Spulen, die in (3b) veranschaulicht ist, steuert das Punkt-auf-Welle-Steuermodul, welches im folgenden genauer mit Bezug auf 2 beschrieben wird, unabhängig die Spannung, die an jede Spule angelegt wird und ist in einem Ausführungsbeispiel programmiert, um zu geeigneten Zeitpunkten und mit geeigneter Größe eine Spannung an beide Spulen gleichzeitig anzulegen, um den bewegbaren Kontakt 30 aufzubrechen, um ihn zu einer sanften Landung auf dem stationären Kontakt 28 einfach zu leiten. Alternativ kann bei der Konstruktion mit einer einzigen Spule die Spannungspolarität, die an die Antriebsspule angelegt wird, umgekehrt werden, gerade bevor der Kontakt geschlossen wird, um die Landung abzudämpfen. Auf diese Weise wird der bewegbare Kontakt in jeder Richtung dadurch angetrieben, daß der geeignete Antriebsstrom an die entsprechende elektrische Spule angelegt wird, und die Bewegung wird gesteuert, um die Abnützung der Komponenten zu reduzieren. Obwohl es nicht notwendig ist, weil die Spannung, die an die In-Line-Betätigungsvorrichtung angelegt wird, relativ klein im Vergleich zu der Spannung an dem Vakuumunterbrecher ist, ist es immer noch wünschenswert, ein isoliertes Gehäuse 24 zu haben, welches das gesamte Unterbrechermodul 14 umgibt, wie in 1 gezeigt, um eine integrale Einheit zu formen, die die Integrität des Moduls insgesamt verbessert.
Das in 1 gezeigte Vakuumisolatormodul 12 ist zwischen der Busstange 20 und einem der elektrischen Anschlüsse 38 oder 36 des Unterbrechermoduls 14 angeordnet; vorzugsweise dem elektrischen Anschluss 38, der elektrisch in Verbindung mit dem stationären Kontakt 28 ist. Das Vakuumisolatormodul 12 ist vollständig in 4 veranschaulicht, die einen Drei-Positionen-Isolator zeigt, der das Unterbrechermodul 14 entweder mit einer ersten oder einer zweiten Busstange oder mit Erde verbinden kann. Alternativ kann das Vakuumisolatormodul dieser Erfindung einen Zwei-Positionen-Vakuumisolator einsetzen, wo nur eine Busstangenverbindung vorgesehen ist und eine geerdete Verbindung 64 nicht erwünscht ist, obwohl ein Drei-Positionen-Vakuumisolatormodul mit einer geerdeten Verbindung 64 bevorzugt wird. Das Vakuumisolatormodul 12 ist in vieler Hinsicht analog zu dem Vakuumunterbrecher des Unterbrechermoduls 14, welches zuvor mit Bezug auf 3 beschrieben wurde. Einer der elektrischen Anschlüsse des Unterbrechermoduls, entweder 36 oder 38, und insbesondere 38, ist mit einem der elektrischen Eingangsanschlüsse 54 an dem Vakuumisolatormodul 12 verbunden. Die Verbindung wird hergestellt durch eine Konstruktion mit entgegengesetztem Stecker und Dose bzw. Sockel, die die elektrischen Leiter innerhalb der Anschlüsse elektrisch isoliert und im wesentlichen die Leiter von den Niederspannungsteilen der Umgebung isoliert. Der elektrische Anschluss 46 ist durch einen elektrischen Leiter 110 mit einer bewegbaren Kontaktanordnung 48 verbunden (annähernd in ihrer Lage angezeigt, jedoch nicht ausdrücklich gezeigt), die axial bewegbar und hin und her bewegbar innerhalb eines hermetisch angedichteten Vakuumgehäuses 50, 50' innerhalb des Isolatormoduls 12 ist. Das Vakuumgehäuse 50, 50' nimmt auch zwei stationäre Kontakte 52 und 56 auf (die annähernd in ihrer Lage angezeigt sind), die jeweils durch einzelne Leiter mit elektrischen Anschlüssen 54 und 62 verbunden sind, die zu den komplementären bzw. entgegengesetzten elektrischen Anschlüssen passen, die jeweils mit einer Erdungsverbindung 64 assoziiert sind, und zu einer Busstange bzw. einem Leiter; obwohl es dem Fachmann klar sein wird, daß es nicht nötig ist, die Erdungsverbindung zu isolieren. Die elektrischen Anschlüsse 54 und 62 sind mit der gleichen stationären Kontaktanordnung 52–56 mittels des Leiters 114 bzw. 116 verbunden. Wenn nur eine einzige Busstange eingesetzt wird, und ein elektrisch isolierter abzudichtender Stecker 60 verwendet werden kann, um elektrisch einen der elektrischen Anschlüsse zu isolieren, wie beispielsweise 62, und um im wesentlichen diesen Leiter gegenüber einem Kontakt zu den Niederspannungsteilen der Umgebung zu isolieren. Das Drei-Positionen-Vakuumisolatormodul 12, welches in 4 veranschaulicht wird, ist aus zwei Rücken an Rücken liegenden Vakuumunterbrechergehäusen 50 bzw. 50' aufgebaut (die einen abgedichteten Isolatorschaltungsbehälter 70 bilden), die den bewegbaren Kontakt 48 und den stationären Kontakt 52 und den bewegbaren Kontakt 49 und den stationären Kontakt 56 aufnehmen. In dieser Anordnung ist der bewegbare Kontakt 48 mit dem elektrischen Anschluss 46 verbunden, und der bewegbare Kontakt 49 ist mittels des Leiters 112 mit dem elektrischen Anschluss 54 verbunden, der bei 64 geerdet ist. Der Umschalter 68 bewegt die bewegbare Kontaktdruckstange 66 in entgegengesetzten Richtungen relativ zu dem stationären Kontakt 52, was den bewegbaren Kontakt 48 mit zwei stabilen Positionen versieht, entweder in Eingriff mit oder außer Eingriff von dem stationären Kontakt 52. In ähnlicher Weise und unabhängig von der Position des bewegbaren Kontaktes 48 ist der Umschalter 68 angeordnet, um die bewegbare Kontaktdruckstange 67 in entgegengesetzten Richtungen relativ zu dem stationären Kontakt 56 zu bewegen, was den bewegbaren Kontakt 49 mit zwei stabilen Positionen versieht, entweder in Eingriff mit oder außer Eingriff von dem stationären Kontakt 56. Wenn der bewegbare Kontakt 49 vollständig geschlossen ist und der bewegbare Kontakt 48 in der Position für offene Schaltung ist, dann ist das System geerdet. Wenn der bewegbare Kontakt 48 vollständig geschlossen ist und der bewegbare Kontakt 49 in der Position für offene Schaltung ist, ist das Unterbrechermodul 14 mit der Leistungsquelle durch den elektrischen Anschluss 54 verbunden. Wenn der Umschalter 68 bewirkt, daß beide bewegbaren Kontakte 48 und 49 in der offenen Position sind, und zwar außer Kontakt zu ihren entsprechenden stationären Kontakten 52 bzw. 56, schwimmt das Unterbrechermodul 14. Der Umschalter 68 ist mit einer Verriegelung ausgelegt, die verhindert, daß beide bewegbaren Kontakte 48 und 49 zur gleichen Zeit geschlossen werden. Ein ähnliches Ergebnis kann unter Verwendung einer In-Line-Betätigungsvorrichtung bzw. in einer Linie liegenden Betätigungsvorrichtung als Antriebsmechanismus für die bewegbaren Kontakte erreicht werden.
Mehrere Vakuum-Isolatormodule 12 können kaskadenartig angeordnet werden, wie in 5b veranschaulicht, um mehr als eine Leitungsquelle mit der Last zu verbinden, um entweder die Leistungseingabe zu steigern oder eine alternative Leistungsunterstützung bzw. Leistungssicherung vorzusehen. Somit können die bewegbaren Kontakte innerhalb des Vakuumisolatormoduls 12, die mit dem Unterbrechermodul 14 durch einen elektrischen Anschluss 54 verbunden sind, entweder mit der einen oder mit der anderen der zwei Hauptbusstangen bzw. Hauptbusleiter oder Erde verbunden sein, um eine schwimmende Trennung vorzusehen, wobei die beiden bewegbaren Kontakte 48 und 49 in der offenen Position sind. Die Verbindung des einen Vakuumisolatormoduls 12 mit dem anderen kann über den Leiter 116 erreicht werden. Bei dem in 4 gezeigten veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die bewegbaren Kontakte 48 und 49 unter dem Einfluß des Umschalters 68 und der Druckstangen 66 und 67 durch die drei getrennten bewegbaren Kontaktpositionen bewegt, wobei entweder der bewegbare Kontakt relativ zu seinem entsprechenden stationären Kontakt geschlossen ist oder wobei beide bewegbaren Kontakte offen sind, wobei die Positionen durch den über die Mitte laufenden Umschaltmechanismus bzw. Kniehebelmechanismus 68 unter dem Einfluß eines (nicht gezeigten) Drehschalters auf der Vorderseite des Isolatormoduls 12 gesteuert werden. Die elektrisch leitenden Teile des Isolatormoduls 12, die eine Schnittstelle zu den anderen Systemmodulen haben, sind in einem festen isolierten Gehäuse 70 eingeschlossen.
Mit Bezug auf 1 wird klar sein, daß das dritte integrale Modul 16 vorgesehen ist, um einen der Anschlüsse, üblicherweise 36, des Unterbrechermoduls 14 mit einem Leitungskabel einer Lastschaltung 72 mit mehreren Leitungskabeln zu verbinden. Das Lastschaltungsverbindungsmodul 16 weist einen entsprechenden elektrischen Anschluss 74 auf, der jeweils elektrisch isoliert und im wesentlichen den Lastleiter gegenüber einem Kontakt mit den Niederspannungsteilen der Umgebung isoliert. Ein elektrischer Anschluss 74 ist für jedes Leitungskabel vorgesehen. Das mehrfache Leitungskabel kann jeweils unterschiedliche Phasen des Stroms von einer Multi-Phasen-Stromschaltung tragen oder den Strom in eine gegebene Phase aufteilen. Somit kann die Lastschaltung 72 mit mehreren Leitungskabeln mehr als drei Leitungskabel aufweisen, wie in 1 veranschaulicht, die nur veranschaulichend sein soll. Jeder elektrische Anschluss 74 ist durch einen inneren elektrischen Leiter mit einem elektrischen Ausgangsanschluss 76 gekoppelt, der ausgelegt ist, um zu einem der elektrischen Anschlüsse 36 oder 38 des Unterbrechermoduls 14 zu passen; insbesondere zum Anschluss 36. Jede Phase ist auch mit einem integralen Stromwandler 80 versehen, der Überwachungsausgänge vorsieht, die in 1 nicht gezeigt sind. Das Lastschaltungsverbindungsmodul 16 weist auch eine Steckverbindung 78 für einen Spannungswandler bzw. Transformator 18 auf, der intern innerhalb des Lastschaltungsanschlussmoduls 16 konfiguriert ist, um eine Verbindung zwischen einer der Leitungsphasen und Erde herzustellen. Das gesamte Lastschaltungsverbindungsmodul 16 ist innerhalb einer festen elektrischen Isolierung 82 eingeschlossen, wie beispielsweise in Epoxyd, Silikon, Polyurethan usw.
Somit veranschaulicht 1 die zusammengesteckten mechanischen Module des Stromkreisschaltsystems 10 mit hohem Strom dieser Erfindung. Es sei bemerkt, daß ein Unterbrechermodul 14 für jede Phase erforderlich ist, und daß mindestens ein Vakuum-Isolatormodul 12 in ähnlicher Weise für jede Phase der Last erforderlich ist. Die Überwachungs- und Steuerfunktionen innerhalb des Punkt-auf-Welle-Steuermoduls 88, die Eingänge von den Stromwandlern aufnehmen, die einen Teil des Lastschaltungsverbindungsmoduls 16 bilden, der Spannungswandler, der das Modul 18 bildet und andere Sensoren in dem Stromkreisschaltungssystem, und die Antriebs- bzw. Treibersignale für die In-Line-Betätigungsvorrichtung 40 in dem Unterbrechermodul 14 liefern, sind genauer in 2 dargestellt.
Das Punkt-auf-Welle-Steuermodul 84 dieser Erfindung, welches eine programmierbare Steuervorrichtung 88 und Treiberschaltungen 96 aufweist, arbeitet mit einer viel geringeren Spannung als die Leitungs- und Lastspannungen, die von dem Unterbrechermodul geschützt werden, welches mit dem Bezugszeichen 14 in 2 bezeichnet wird. Die Spannung zum Antrieb der Elektronik und der Steuerschaltungen innerhalb des Punkt-auf-Welle-Steuermoduls 84 wird durch eine universelle Leistungsversorgung 86 für verschiedene Überwachungs-, Steuer- und Betätigungsfunktionen dieser Erfindung vorgesehen. Die Leistungsversorgung 86 sieht Eingänge für die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 (point-on-wave) und Treiber 96 vor, die die geeigneten Betätigungssignale für die In-Line-Betätigungsvorrichtungen 40 in dem Unterbrechermodul 14 liefern. Die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 nimmt Eingangsgrößen 92 von den Drei-Phasen-Stromwandlern an dem Eingangsmodul 16 auf; die Spannungsausgangsgröße aus dem Modul 18; Ausgangsgrößen aus den Temperatursensoren, die die Temperatur an Schlüsselkontaktstellen überwachen; von den Verschlußsensoren 94, die den Zustand von jedem der Vakuum-Unterbrecher 14 für jede Phase der Schaltung festlegen; und von den Beschleunigungs- und Geschwindigkeitssensoren, die mit den Vakuum-Unterbrechern 14 assoziiert sind. Andere Sensoreingangsgrößen können auch aufgenommen werden, um die Umgebung, den gegenwärtigen Zustand der Komponenten, den Verlauf der Instandhaltung und den Betrieb des Systems besser zu verstehen. Die Eingangsgrößen werden auch durch manuell betätigte Relais und/oder Auslöserelais betätigt, die beispielsweise Berechnungen für eine sofortige Auslösung und eine verzögerte Auslösung ausführen. Die Punkt auf-Welle-Steuervorrichtung 88 führt einen programmierten synchronen Verschlußvorgang der Kontakte in dem Unterbrechermodul 14 aus, indem sie die geeigneten Ausgangssignale an die Treiber 96 unabhängig liefert, um die In-Line-Betätigungsvorrichtungen 40 an den geeigneten Punkt in dem Stromzyklus für jede Phase der Leitungsquelle zu erregen, und zwar gemäß der gegebenen programmierten Funktion, die die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung anspricht. Wenn beispielsweise ein Befehl 90 für einen manuellen Verschluß aufgenommen wird, wird die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung den Stromzyklus in jeder Phase überwachen und die In-Line-Betätigungsvorrichtung anweisen, den entsprechenden Vakuum-Unterbrecher in dem Unterbrechermodul 14 zu dem geeignetsten Zeitpunkt zu schließen, um ein optimiertes Szenario der Schaltungszustände zu erreichen, welches eine Funktion der Art der Last, beispielsweise kapazitiv, induktiv usw. ist. Wenn andererseits die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung ein Auslösesignal aufnimmt, wird sie jede der jeweiligen In-Line-Betätigungsvorrichtungen 40 anweisen, ihre entsprechenden Vakuum-Unterbrecher in den Unterbrechermodulen 14 sofort zu öffnen, um eine Beschädigung der Einrichtung zu vermeiden und eine Lichtbogenbildung zu minimieren. Für jede Art von Last existieren im allgemeinen zwei solche Szenarios zum Schließen und zwei zum Öffnen der Schaltung – normale Last und Fehlerzustand.
Insbesondere ist die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 in dem Modul 84 eine mikroprozessorbasierte elektronische Steuerung, die synchrone Verschluß- und Unterbrechungsschaltungsverbindungen (make-and-break-Schaltungsverbindungen) für die einzelnen Pole vorsieht, um die Lebensdauer der Vakuumunterbrecherkontakte innerhalb des Unterbrechermoduls 14 und der anderen Systemkomponenten zu vergrößern, und sie verringert stark die Schaltungswellen, während sie ein einzigartig klein bemessenes Produkt bietet. Das Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtungsmodul 84 sieht auch Zeitsteuereinstellungen für die In-Line-Betätigungsvorrichtungsschaltungen 40 mit Permanentmagneten vor, um eine Kontakterosion, eine Abnützung und Umweltbedingungen zu kompensieren. Das System funktioniert entweder durch ein elektronisches oder ein manuelles Befehlssignal.
Die Elektronik zum Antrieb der In-Line-Betätigungsvorrichtungen 40 weist folgendes auf: Eine Leistungskonditionierungseinrichtung und eine Leistungsversorgung 86, die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 und die In-Line-Betätigungsvorrichtungstreiber 96 des Unterbrechermoduls 14. Wie in 2 veranschaulicht ist die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 zwischen der Leistungsversorgung 86 und den In-Line-Betätigungsvorrichtungstreibern 96 des Unterbrechungsmoduls angeschlossen. Die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 wirkt als die Befehlszentrale. Sie nimmt Daten von Sensoren auf, die auf dem Unterbrechermodul 14 montiert sind, beispielsweise Beschleunigungsmesser, Geschwindigkeitssensor usw., um die Zeit zu bestimmen, die erforderlich ist, um die Kontakte zu schließen oder zu öffnen, und auch das Ausmaß der Kontakterosion. Sie überwacht auch die Temperatur und kann andere Umgebungsbedingungen überwachen, beispielsweise die Feuchtigkeit, um betriebliche Veränderungen der In-Line-Betätigungsvorrichtung einzustellen, und nimmt Informationen von der Steuerspannung und den Spannungs- und Stromtransformatoren auf, die die Leitungsquelle überwachen. Die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 nimmt auch Öffnungs- und Verschlußbefehle von einem Schaltungsrelais auf und liefert die Intelligenz, um den Punkt-auf-Welle-Betriebsvorgang auszuführen.
Die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 wird auch eine Schnittstelle mit anderen elektronischen Systemen in der Schaltungseinrichtung herstellen, wie beispielsweise Schutzrelais, Fernsteuerungen oder Kommunikationsfunktionen. Jedoch ist sie unabhängig von diesen anderen elektronischen Systemen und muß auch funktionieren, wenn diese anderen Systeme nicht vollständig betriebsbereit sind.
Die Leistungsversorgung 86 weist eine Leistungskonditionierungseinrichtung auf, die einen Bereich von einer Eingangssteuerleistung aufnimmt und die Steuerleistung in eine Spannung umwandelt, beispielsweise 48–250 Volt Gleichstrom oder Wechselstrom, die von der Leistungsversorgung 86 benötigt werden. Die Spannung von der als Teil der Universalleistungsversorgung 86 gezeigten Konditionierungseinrichtung wird verwendet, um die Leistungsversorgung aufzuladen, falls nötig, das heißt einen Kondensator bzw. eine Batterie aufzuladen. Die Leistungsversorgung 86 wirkt als die Energiespeichermittel für das gesamte elektronische System. Die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 nimmt diese Leistung von der Leistungsversorgung auf und liefert die gesamte Zeitsteuerung und Steuerung, die nötig ist, um die In-Line-Betätigungsvorrichtungen 40 zu betreiben, und nimmt Informationen über die Betriebscharakteristiken der Unterbrechermodule 14 über Sensoren auf und stellt sich selbst ein, um eine "up front" (steigende Flanke) zu kompensieren, und zwar basierend auf den gegenwärtigen Zuständen und den Informationen über die vorherigen Betriebsvorgänge, die in dem Speicher gespeichert sind. Der In-Line-Betätigungsvorrichtungstreiber 96 des Unterbrechermoduls ist die Zündungsschaltung, die als eine Verbindung zwischen der Leistungsversorgung 86, der Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 und den In-Line-Betätigungsvorrichtungen 40 wirkt, und zwar durch Aufnahme der Leistung von der Leistungsversorgung und durch Befehle von der Punktauf-Welle-Steuervorrichtung 88 zur Auslösung bzw. zum Abfeuern der In-Line-Betätigungsvorrichtungsspulen 39 und 41.
Die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung ist intelligent genug, den Zustand der Kontakte in den Unterbrechermodulen 14 zu kennen, weiter die Leitungsquellenspannungen und -ströme zu kennen, die Steuerspannung, die Abnutzung der Kontakte, den Verlauf der Kontaktbewegung, weiter den Ladungszustand der Steuerleistungsversorgung und die Temperatur und andere Charakteristiken der umgebenden Einrichtungen. Die folgende Tabelle erklärt veranschaulichende Eingänge und Ausgänge in die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung und den Grund, warum die einzelnen Charakteristiken überwacht werden.
Tabelle 1
Die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung 88 ist eine mikroprozessorbasierte Steuervorrichtung, die für verschiedene Arten von Lasten programmierbar ist. Es gibt eine Eingangsgröße in die Punkt-auf-Welle-Steuervorrichtung, die nicht gezeigt ist, die es ermöglicht, daß ein Bediener die geeignete Art der Last identifiziert, für die die entsprechenden Punkt-auf-Welle-Steueranforderungen vorprogrammiert sind. Die angesprochenen Arten von Lasten sind Kondensator – nicht geerdet/geerdet, induktiv und resistiv.
Um die Schaltung für die meisten Lasten zu schließen, wird jeder Pol getrennt synchronisiert, um bei dem Minimum von jeder Phasenspannung zu schließen, um Spannungsstörungen zu minimieren. Beim Schließen der Schaltung bei einem Kurzschlußstrom sollte jeder Pol getrennt synchronisiert werden, um bei dem Minimum von jeder Phasenspannung zu schließen, was die maximale Stromasymmetrie bei Kurzschlußzuständen erzeugen wird. Da der Kurzschlußzustand zuvor in der Lastschaltung nicht bekannt sein kann, ist dies eine unvermeidliche Konsequenz. Zum Öffnen eines Laststroms sollten alle Pole gleichzeitig betrieben werden, und zwar für einen Teil mit gleichzeitigem Kontakt, wobei eine Phase zu ihrem Vorlaufstrom bzw. steigendem Strom synchronisiert ist, um die Kontakte 1,5 bis 2,5 Millisekunden vor einem Strom von null zu trennen. Eine Öffnung so weit vor dem Strom von null mit einer minimalen empfohlenen Öffnungsgeschwindigkeit wird das Auftreten von wiederholten erneuten Zündungen eliminieren. Dieses Verfahren hat einen gesteigerten Spalt bei der Spitzenwiedergewinnungsspannung zur Folge, wenn man bei einer kapazitiven Last öffnet, was das Risiko von Rückschlägen minimiert.
Beim Öffnen bei einem Fehlerstrom wird ein zufälliges Öffnen mit allen Polen gekoppelt an dem Teil mit gleichzeitigem Kontakt zur Folge haben, daß die Kontakte zufällig auf den Stromwellen in jeder Phase trennen. Da der Strom, der aus einem Kurzschluß resultiert, eine Asymmetrie in den Strömen einleitet, die in den Phasen zufällig sind, werden die Zeitpunkte schwierig vorherzusagen, wenn der Strom von null auftritt. Daher sind Versuche zur Synchronisation zu schwierig, und die zufällige Aufteilung, die in den vorliegenden Unterbrechern auftritt, reicht aus.
Die Strategie für den synchronen Betrieb, die die Punkt-auf-Welle-Steuerung (point-on-wave-Steuerung) dieser Erfindung einsetzt, ist folgende:
Beim Verschluß
Bevorzugte Strategie

a) Ein Verschluß innerhalb von einer Millisekunde von einer Spannung von null wird die Regungsspannungswelle klein halten. Ein Verschluß von 0,35 Millisekunden früher wird eine Vorschlagspannung von 0,37 pro Einheit zur Folge haben, während ein Verschluß von 1,65 Millisekunden später eine Vorschlagspannung von 0,37 pro Einheit zur Folge haben wird. Die nominelle Verschlußzeit ist daher bei 0,65 Millisekunden nach der Spannung von null für ein Verschlußfenster von –1 Millisekunde bis +1 Millisekunde auf jeder Seite der Nenn-Zeit.
b) Ein Verschluß nahe einer Spannung von null oder auf einer Spannung von wesentlich weniger als der Spitze ist wichtig: (i) für Kondensatorlasten, um große Einflußströme zu verhindern, die einen zusätzlichen Strom oder Spannungen von null erzeugen; (ii) für induktive Lasten, um hohe Regungsspannungswellen zu verhindern; und für resistive Lasten ist dies weniger wichtig, jedoch ist es immer vorteilhaft gewesen, hohe Regungsspannungswellen zu verhindern.
c) Ein Verschluß nahe einer Spannung von null hat eine maximale Asymmetrie für Kurzschlußströme zur Folge. Dieses Ergebnis ist unvermeidbar, wenn die bevorzugte Verschlußstrategie verwendet wird, da die Anwesenheit eines Kurzschlusses im allgemeinen vor dem Verschluß unbekannt ist.

Alternative Strategie
Ein Verschluß auf oder nahe einer Spannungsspitze kann manchmal wichtig sein, um asymmetrische Einflußströme zu minimieren: (i) für induktive Lasten, um hohe Einflußströme zu verhindern – dies ist hauptsächlich ein Punkt für Nebenschlußreaktoren (Shunt-Reaktoren); und (ii) obwohl ein Verschluß nahe einer Spannungsspitze auch die Stromasymmetrie für Kurzschlüsse minimieren kann, ist dieser Vorteil nur verfügbar, wenn die alternative Verschlußstrategie verwendet wird.
Empfohlene Verschlußgeschwindigkeiten
Die minimale empfohlene Verschlußgeschwindigkeit basiert auf der Begrenzung der Spannung beim Vorschlag bei Kondensatorschaltanwendungen auf weniger oder gleich 0,6 pro Einheit, was eine Verschlußgeschwindigkeit von 1,1 Metern pro Sekunde bei einer Nenn-Spannung von 27 Kilovolt erfordert, oder von 1,5 Metern pro Sekunde minimaler Verschlußgeschwindigkeit bei einer Nenn-Spannung von 38 Kilovolt.
Beim Öffnen

(a) Ein Öffnen vor einem Strom von null bei einer minimalen anfänglichen Öffnungsgeschwindigkeit, um einen minimalen Spalt bei dem Strom von null zu erreichen, ist wichtig: (i) für Kondensatorlasten, um das Risiko von Rückschlägen zu minimieren, indem man einen ausreichenden Spalt erreicht, um der Spannung Widerstand zu bieten, wenn die Wiedergewinnungsspannungsspitze erreicht wird; (ii) für induktive Lasten, um das Risiko von wiederholten Neuzündungen zu minimieren, die auftreten können, wenn die Kontakte sich nahe einem Strom von null trennen; und (iii) für Widerstandslasten ist dies weniger wichtig, jedoch ist ein vernünftig großer Spalt bei einem Strom von null immer vorzuziehen.
(b) Eine Öffnung vor einem Strom von null zum Erreichen eines minimalen Spaltes bei dem Strom von null zu erreichen, stellt eine minimale Zeit ein, und die Zeit zwischen den Strömen von null stellt eine maximale Zeit ein. Die Zeit zwischen den Nulldurchgängen ist 2,77 Millisekunden bei 60 Hertz und 3,33 Millisekunden bei 50 Hertz. Somit muß die maximale Zeit bis zu einem Strom von null geringer als 2,77 Milli sekunden werden, oder ein anderer Strom von null wird kritisch. Das Kontaktteilungszeitfenster beim Öffnen ist kleiner als beim Schließen, wobei ein Bereich von 1,5 Millisekunden bis 2,5 Millisekunden für einen Bereich von –0,5 Millisekunden bis +0,5 Millisekunden vom Nenn-Punkt empfohlen ist. Eine minimale Zeit zum Strom von null von 1,5 Millisekunden sieht einen Spalt von 2,3 Millimetern bei 1,5 Metern pro Sekunde für eine Nenn-Spannung von 27 Kilovolt vor; und 3,2 Millimeter bei 2,1 Metern pro Sekunde für eine Nenn-Spannung von 38 Kilovolt. Dies ist ein ausreichender Spalt, um das Risiko von wiederholten Rückzündungen zu minimieren. Eine maximale Zeit zum Strom von null von 2,5 Millisekunden sieht einen Puffer von 0,27 Millisekunden vor, bevor der vorherige Strom von null in einer anderen Phase erreicht ist.
(c) Das Öffnen synchron zu einem Strom von null in jeder Phase ist nicht empfohlen. Gleichzeitige Kontaktaufteilung in allen Phasen mit synchroner Kontaktaufteilung in nur einer Phase wird bevorzugt. Für eine Kondensatorschaltung ergibt eine simultane Kontaktaufteilung eine Spitzenwiedergewinnungsspannung von 2,5 pro Einheit in einem nicht geerdeten Drei-Phasen-System. Der erste Pol wird mit den zweiten und dritten Polen ungefähr 90 elektrische Grad früher frei, oder 4,1 Millisekunden bei 60 Hertz. Für eine Kondensatorschaltung kann eine nicht simultane Kontaktaufteilung eine Spitzenwiedergewinnungsspannung von 3,0 pro Einheit in einem nicht geerdeten Drei-Phasen-System ergeben. Der erste Pol wird mit den zweiten und dritten Polen um 180 elektrische Grad oder mehr später frei, oder um 8,3 Millisekunden bei 60 Hertz. Wenn jeder Pol auf einem Strom von null in seiner jeweiligen Phase synchronisiert wäre, dann würden die Kontaktteile bei null, bei 2,77–3,3 Millisekunden und 5,54–6,66 Millisekunden sein, was genug ist, um die Wiedergewinnungsspannung von drei pro Einheit (three per unit) zu erzeugen.
(d) Für Kurzschlußströme hat jede Phase eine gewisse Asymmetrie. Die Zeit zwischen den Stromnulldurchgängen ist nicht gleichförmig oder leicht vorhersagbar. Daher können Versuche eines synchronen Betriebs eher schlechtes als gutes tun. Eine gleichzeitige Kontaktaufteilung ohne Versuch einer Synchronisation wird daher für Fehlerströme empfohlen.
(e) Die empfohlene Öffnungsgeschwindigkeit basierend darauf, daß man einen adäquaten Öffnungsspalt oder eine entsprechende Kondensatorschaltung bei der Spitzenwiedergewinnungsspannung erhält, ist 1,5 bis 2,0 Meter pro Sekunde, mit einem minimalen Öffnungsspalt von 15 Millimetern, bei einer Nenn-Spannung von 27 Kilovolt; und 2,1 bis 2,5 Metern pro Sekunde mit einem minimalen Öffnungsspalt von 21 Millimetern bei einer Nenn-Spannung von 38 Kilovolt.

6a veranschaulicht den Effekt des Ansprechens des Standes der Technik auf einem Auslösebefehl, bei dem jede Phase simultan an einem unterschiedlichen Punkt im Zyklus getrennt wird. Dies tritt auf, weil eine einzige Betätigungsvorrichtung üblicherweise eingesetzt wurde, um den Auslösevorgang für alle Phasen einzurichten bzw. zu bewirken. Das Punkt-auf-Welle-Steuermodul 84 und die einzelnen In-Line-Unterbrechermodule 14 dieser Erfindung ermöglichen ein synchrones Öffnen der jeweiligen Phasen mit einer individuellen Steuerung, die eine Lichtbogenbildung minimiert, wie in 6b veranschaulicht.
5a veranschaulicht die modularen Komponenten dieser Erfindung, wie sie zuvor in 1 gezeigt wurden, und zwar angewandt auf eine Drei-Phasen-Anordnung 98 mit einer einzigen Hauptbusstange. Die modulare Anordnung dieser Erfindung ist nur so gezeigt, daß sie auf einer Phase angeschlossen ist, obwohl bemerkt sei, daß getrennte Unterbrechermodule 14 und Vakuum-Isolatormodule 12 für jede Phase vorgesehen sind. Wie zuvor beschrieben veranschaulicht 5b eine alternative Anordnung, bei der jedes Unterbrechermodul 14 entsprechend den individuellen Phasen der Last, durch ein erstes Vakuum-Isolatormodul 12 mit einer ersten Busstangenphase 98 verbunden ist, oder durch ein zweites Vakuum-Isolatormodul 12 durch das erste Vakuum-Isolatormodul 12 mit einer entsprechenden Phase einer zweiten Busstangenanordnung 100 verbunden ist, die alternativ eingesetzt werden kann, um die Last zu erregen, und zwar in dem Fall, daß ein Problem bei der ersten Busstangenanordnung 98 auftritt; und zwar durch die geeignete Verbindung der bewegbaren Kontakte in den ersten und zweiten Vakuum-Isolatormodulen 12. Die Verbindung zwischen den Vakuum-Isolatormodulen 12 wird durch einen zweiten Anschluss 62 hergestellt, der in 4 gezeigt ist, der mit dem gleichen stationären Kontakt 52 gekoppelt ist, mit dem die erste Busstangenanordnung durch den Anschluss 54 verbunden ist.
Somit sieht diese Erfindung verbesserte Möglichkeiten zur Instandhaltung vor, und zwar mit der Fähigkeit, einzelne Module innerhalb eines Schaltungseinrichtungsgehäuses mit einem Minimum an Instandhaltungszeit zu ersetzen, während man eine Verringerung der Größe der gesamten Einrichtung durch die gut gewählte Anwendung von einer festen Isolation und einer Spannungsisolation von Teilen mit niedrigerer Spannung der Umgebung ermöglicht. Die versuchten und getesteten Kombinationen von Steckern aus festem Epoxydharz in gegossenem Silikon mit EPDM-Gummisockeln haben eine gute Spurverfolgung bzw. Leitfähigkeit für Kabel und können angewendet werden, um alle elektrischen Verbindungen abzudichten, die oben beschriebene Schaltungseinrichtungspackung für diese Erfindung erwähnt wurden. Die einzigartige Kombination der In-Line-Magnetbetätigungsvorrichtung und des Vakuumunterbrechers innerhalb des Unterbrechermoduls 14 und des Vakuum-Isolatormoduls 12 werden eine einzigartige Möglichkeit vorsehen, eine Punkt-auf-Welle-Schaltung (point-on-wave-Schaltung) zu ermöglichen, die lange nicht zu erreichen war, ein praktisches Ziel der Industrie.

10: Schaltungsvorrichtung
12: Vakuum-Isolatorschaltungsmodul
14: Vakuum-Unterbrecher/In-Line-Betätigungsvorrichtungsmodul
16: Lastanschluss mit integralen Stromtransformatoren und VT-Stecker
18: Spannungswandlermodul
20: Busanschluss
22: Isolierter elektrischer Verbindungsstecker
24: Epoxyd-Gehäuse für Vakuum-Unterbrecher/In-Line-
: Betätigungsvorrichtungsmodul
26: Vakuumunterbrecher
28: Stationärer Spannungsunterbrecherkontakt
30: Bewegbarer Spannungsunterbrecherkontakt
32: Bewegbarer Kontaktantriebsanker
34: Spannungsunterbrechergehäuse
36: Externer elektrischer Anschluss des bewegbaren Kontaktes
38: Externer elektrischer Anschluss des stationären Kontaktes
39: Erste Spule der In-Line-Betätigungsvorrichtung
40: In-Line-Betätigungsvorrichtung
41: Zweite Spule der In-Line-Betätigungsvorrichtung
42: In-Line-Betätigungsvorrichtungsanker
43: In-Line-Betätigungsvorrichtungsmagnet mit seltenen Erden
44: Elektrischer Anschluss der In-Line-Betätigungsvorrichtung
46: Elektrischer Anschluss auf dem Vakuumisolator, der mit dem beweg
: baren Kontakt zur Verbindung mit dem Unterbrechermodul verbunden
: ist.
48: Erster bewegbarer Kontakt des Vakuumisolators
49: Zweiter bewegbarer Kontakt des Vakuumisolators
50: Vakuumgehäuse des Isolatormoduls
52: Erster stationärer Kontakt im Vakuumisolator
54: Anschluss zur Verbindung mit einer Busstange
56: Zweiter stationärer Kontakt im Vakuumisolator
58: Anschluss zur Erde
60: Anschlusskappe
62: Anschluss zur Kaskade zu einem zweiten Vakuumisolator
64: Erdungsverbindung
66: Bewegbarer Kontakttreiberschaft des Vakuumisolators
67: Zweiter bewegbarer Kontakttreiberschaft des Vakuumisolators
68: Umschaltmechanismus des Vakuumisolators
70: Festes Isolationsgehäuse für den Vakuumisolator
72: Multi-Phasen-Lastschaltung
74: Lastanschluss
76: Vakuumunterbrecheranschluss
78: Spannungstransformatoranschluss
80: Stromwandler
82: Festes Isolationsgehäuse
84: Steuerelektronik
86: Leistungskonditionierungselektronik
88: POW-Steuervorrichtung (point-on-wave-Steuervorrichtung, Punkt-auf-
: Welle-Steuervorrichtung)
90: Manuelle Eingänge
92: Spannungs-, Strom- und Temperatureingänge
94: Kontaktverschlußsensoren
96: In-Line-Betätigungsvorrichtungstreiber
98: Erste Drei-Phasen-Busstangenanordnung
100: Zweite Drei-Phasen-Busstangenanordnung

Claims

Ein Trennschaltermodul (12), das Folgendes aufweist: ein abgedichtetes bzw. gekapseltes Trennschaltergehäuse (70) zur Aufnahme eines Mediums mit einer niedrigeren elektrischen Leitfähigkeit als Luft, wobei das Trennschaltergehäuse (70) für das Medium undurchlässig ist; einen ersten beweglichen Trennschalterkontakt (48), abgedichtet im Inneren des Gehäuses (70); einen ersten elektrischen Trennschalterleiter (110), der an dem einen Ende mit dem ersten beweglichen Trennschalterkontakt (48) verbunden ist, der das Gehäuse (70) abgedichtet durchdringt und der an dem anderen Ende in einem ersten elektrischen Trennschalteranschluss (46) endet; einen zweiten beweglichen Trennschalterkontakt (49), der im Inneren des Gehäuses (70) abgedichtet ist; einen zweiten elektrischen Trennschalterleiter (112), der an einem Ende mit dem zweiten beweglichen Trennschalterkontakt (49) verbunden ist, und der das Gehäuse (70) abgedichtet durchdringt und der an dem anderen Ende in einem zweiten elektrischen Trennschalteranschluss (58) endet; stationäre Trennschalterkontaktmittel (52, 56) innerhalb des Gehäuses (70) abgedichtet; einen dritten elektrischen Trennschalterleiter (114), der an einem Ende mit den stationären Kontaktmitteln (52, 56) verbunden ist, der das Gehäuse (70) abgedichtet durchdringt, und der an dem anderen Ende in einem dritten elektrischen Trennschalteranschluss (54) endet; wobei der genannte erste bewegliche Trennschalterkontakt (48) beweglich ist und zwar zwischen einer ersten Position, in der er elektrischen Kontakt mit besagten stationären Trennschalterkontaktmitteln (52, 56) herstellt, und einer zweiten Position in der er keinen Kontakt herstellt und wobei der genannte zweite bewegliche Trennschalterkon takt (49) beweglich ist und zwar zwischen einer ersten Position, in der er elektrischen Kontakt mit besagten stationären Trennschalterkontaktmitteln (52, 56) herstellt und einer zweiten Position, in der er keinen Kontakt herstellt; und Mittel (66, 67, 68) zum Bewegen entweder der ersten, zweiten oder beider beweglicher Trennschalterkontakte (48, 49) zwischen entsprechenden zugehörigen ersten und zweiten Positionen und zwar ansprechend auf eine bestimmte Bedienerhandlung.
Das Trennschaltermodul nach Anspruch 1, wobei der zweite elektrische Trennschalteranschluss (54) mit dem Bezugspotential bzw. Erde verbunden ist.
Das Trennschaltermodul nach Anspruch 1, ferner Folgendes aufweisend: feste Isoliermittel (70) zur elektrischen Isolation des abgedichteten Trennschaltergehäuses (70) und der abgedichteten entsprechenden ersten und dritten elektrische Leiter (110, 114) und Anschlüssen (46, 54), die außerhalb des Gehäuses sind und im Wesentlichen Isolieren des Trennschaltergehäuses (70), der ersten und dritten Leiter (110, 114) und der Anschlüsse (46, 54) vom Kontakt mit Niederspannungsteilen der umliegenden Umgebung und zwar, wenn das Trennschaltermodul (12) in einer Schaltung bzw. eines Stromkreises für dessen Unterbrechung es ausgelegt ist, angeschlossen ist.
Das Trennschaltermodul nach Anspruch 1, wobei das abgedichtete Trennschaltergehäuse (70) in zwei angrenzende Tandemabschnitte, bzw. hintereinanderliegende Abschnitte (50, 50') aufgeteilt ist, wobei jeder Abschnitt besagte bewegliche Kontakte an angrenzenden Enden der Abschnitte besitzt und wobei die stationären Kontaktmittel (52, 56) einen ersten stationären Kontakt (52), in einem ersten der zwei Abschnitte untergebracht und einen zweiten stationären Kontakt (56), in einem zweiten der zwei Abschnitte untergebracht aufweist, wobei die ersten und zweiten beweglichen Kontakte (48, 49) gleichzeitig durch die Bewegungsmittel (66, 67, 68) bewegt werden.
Das Trennschaltermodul nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten beweglichen Kontakte (48, 49) voneinander elektrisch isoliert sind.
Das Trennschaltermodul nach Anspruch 5, wobei die Abschnitte (50, 50') aus zwei aufeinanderfolgenden, bzw. Rücken-an-Rücken angeordneten Vakuumunterbrechern ausgebildet sind.