EP0466048A2 - Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen - Google Patents

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EP0466048A2
EP0466048A2 EP91111229A EP91111229A EP0466048A2 EP 0466048 A2 EP0466048 A2 EP 0466048A2 EP 91111229 A EP91111229 A EP 91111229A EP 91111229 A EP91111229 A EP 91111229A EP 0466048 A2 EP0466048 A2 EP 0466048A2
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EP
European Patent Office
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switching device
fault currents
switching
switch
currents according
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EP91111229A
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EP0466048A3 (en
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Karl Dipl. Ing. Stegmüller
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Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Original Assignee
Sachsenwerk Licht und Kraft AG
Sachsenwerk AG
AEG Sachsenwerk GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a switching device for interrupting fault currents, preferably for transformer branches in medium-voltage switchgear according to the preamble of the first claim.
  • Such switching devices are preferably used in ring cable switchgear, which generally consist of two ring line panels and at least one switch panel for a transformer feeder.
  • ring cable switchgear which generally consist of two ring line panels and at least one switch panel for a transformer feeder.
  • CALOR-EMAG publication “Switchgear for Local Distribution Stations with Vacuum Circuit Breakers”; Klaus Böttger and Bruno Schemann, reprint from electrotechnical magazine volume 106 (1985) issue 10 describes a switchgear with the known switching device.
  • the ring cable outlets are each equipped with a load switch and the transformer outlet with a vacuum circuit breaker. The latter takes over the short-circuit protection for this branch in conjunction with an overcurrent relay fed by a current transformer.
  • the switchgear mentioned which is gas-insulated with SF6, is considered to be fully insulated, since HH fuses are no longer provided outside the enclosure for short-circuit protection. In addition, it is considered to be maintenance-free, since after the interruption of a short-circuit current by a remotely controllable reclosure of the circuit breaker, the operation again can be recorded without having to intervene to replace equipment, such as the fuses.
  • the lack of HV fuses also excludes other sources of error, such as: presence of one critical current range in which a fuse has not yet responded or only after a very long melting time and in which there is therefore a risk of overheating and explosion. In addition, a strong spread of the fuse characteristics and an overload of the load switch in the limit area of the fuse, among other things, must be observed.
  • the vacuum circuit breaker in the specified switchgear, must have the full, e.g. according to the valid VDE regulations have fixed insulation properties and the design of the contacts and the energy storage are able to switch on short-circuit currents without welding.
  • connection area ie outside the encapsulation of the switchgear, sufficient space must also be provided for the required cable conversion converters.
  • the overcurrent relays are also to be subjected to routine monitoring checks at certain intervals, which is only possible if the feeder is disconnected.
  • a three-phase interruption of the feeder is always carried out even in the case of single-phase faults, although in many cases it would be advantageous to maintain a two-phase emergency operation. This applies above all to rigidly grounded networks, such as those used in many overseas countries. If the known switching device is used in an air-insulated switchgear, all of its elements are fully exposed to the environmental climate.
  • the invention has for its object to develop a switching device that can be used as a single-phase, self-sufficient equipment for repeated interruption of short-circuit currents.
  • all elements in the switching device should be fully protected against the environmental influences, that is to say also against corrosive climates.
  • the switching device according to the invention contains all functionally important elements in a single-phase housing and is therefore suitable for intermittent interruption of fault currents.
  • the housing can be made gas-tight, so that the use of the protective device according to the invention also results in a significant improvement in the service life of air-insulated switchgear, especially in a humid or corrosion-prone environment.
  • the switching device according to the invention is self-sufficient because it contains an energy store and a release system, as well as a reclosing device, which can also be easily operated from the operator side in encapsulated gas-insulated switchgear. Due to the built-in vacuum interrupter, the switching device has an almost unlimited service life.
  • FIG. 1 A particularly advantageous embodiment of the inventive concept is shown in FIG.
  • the housing of the switching device according to the invention has a cylindrical shape and is divided into two parts inside.
  • the vacuum interrupter 1 the fixed contact 1a of which is connected to the connector 2 via the conductor spiral 23.
  • the spiral-shaped conductor 23 With the help of the spiral-shaped conductor 23, a magnetic field is generated, which runs almost parallel to the switch axis in the open contact gap between the switching contacts 1a and 1b and thus improves the switching capacity of the vacuum switching chamber in a known manner.
  • the second room is closed by the second connector 3.
  • the essential part of the first space is encased by the insulating tube 6, while the second part of the housing is closed off by the metal tube 7.
  • the switching chamber when the switching chamber is open, the recurring voltage at the switching contacts is present at the porcelain tube of the vacuum switching chamber 1 as well as at the ends of the insulating tube 6.
  • the length of the ceramic tube can be significantly smaller than the length of the insulating tube 6, which can also be exposed to unfavorable environmental influences.
  • the current transformer 4 consists of a ring core 4a and a secondary coil 4b, while the shaft of the movable switching contact 1b or its extension 25 serves as the primary conductor.
  • the latter is connected to the second connection piece 3 via a sliding contact 24 and is therefore flowed through by the primary current during operation.
  • the magnetic release 5 includes a ring coil 5 and a ferromagnetic body 5b surrounding it on three sides, the lower leg of which is designed such that it has a minimal air gap with respect to the magnet armature 5c which can be moved in the vertical direction.
  • the latter is under the action of a return spring 14, which presses it into its rest position when the ring coil 5a is not energized, forming the air gap 26 in the vertical direction relative to the ferromagnetic body 5b (left side of FIG. 1).
  • the current transformer 4 and the magnetic release 5 form an annular gap with respect to the extension 25, in which in the present example the switch-off spring 9, which is supported with its upper end on the partition 8, is arranged.
  • the lower end of the switch-off spring 9 rests on the pressure piece 10b, which in turn is supported over an inclined surface by means of the clamping bodies 10a in the axial direction on the support plate 10c and in the radial direction on the magnet armature 5c (left side of FIG. 1).
  • the lower end of the contact force spring 12 is also supported via the tube 11, which are designed as plate springs in the present example and the upper end of which acts on the shaft of the movable switching contact 1b of the vacuum interrupter chamber 1 via the shoulder 21.
  • the pin 15 attached in the extension 25 ensures that the two switching contacts 1a and 1b in the switched-off state do not exceed the stroke h.
  • the pin 15 interacts either with the lower surface of the pressure piece 10b or, as drawn in FIG. 1, with a groove 30 machined into the pressure piece (right side of FIG. 1).
  • the switching device according to the invention is only ready for switching after turning the screw spindle 18 back into the starting position, namely when the required distance between the lower surface of the pressure piece 10b and the upper edge of the screw spindle 18 has been established. In order to enable easy assembly of the switching device according to the invention, it is advisable to screw the lower connector 3 into the metal tube 7.
  • the switching device it is possible to dispense with the attachment of a spiral conductor 23 for generating an axial magnetic field. No additional external energy source is required for the secondary circuit. Rather, the secondary winding 4b of the current transformer 4 is connected in series with the ring coil 5a.
  • the screw spindle 18 can be designed such that, in addition to its function as a switch-on mechanism for the vacuum switching chamber 1, it also serves as a stop for the pressure piece 10b during each switch-off process.
  • connectors 2 and 3 have pads 2a and 3a, which can be used as an adapter for the terminal contacts of HV fuses.
  • pads 2a and 3a can be used as an adapter for the terminal contacts of HV fuses.
  • other connection surfaces can also be used in the same way.
  • the switching device for example, a ring cable switchgear according to FIG. 2 with two cable connections in the lower part of the encapsulation and with a transformer branch in the upper part, in which the residual current protection is integrated into the encapsulation, without using a complete functional circuit breaker got to. Since the switching device according to the invention is a self-sufficient unit which does not require any external energy and in which no replacement of components is required after the fault current has been interrupted, it can be fully incorporated into the encapsulated switching insert. In this case, the same high level of insulation applies to them as for all other equipment installed in the switchgear.
  • the ring cable switchgear system according to FIG. 2 has, as an example, two three-position switches 32 in its lower part, with which the ring cable can be connected to the busbar 37 or with which each individual cable can be disconnected or grounded.
  • the busbar 37 is connected at the top to a further three-position switch 32, to the switching contacts of which the switching device according to the invention is connected to interrupt fault currents.
  • This switching device is constructed via two clamping contacts 35 and associated insulators on the encapsulation 31; the switching device is oriented so that the second connector 3 faces one of the walls of the encapsulation.
  • the screw spindle 18, not shown, is extended by the insulating shaft 19, which is guided gas-tight to the outside of the switchgear. With your help, either by hand or with a motor drive 34 after the fault current has been interrupted, the switching device 33 can be switched on again or the switch-off spring 9 can be tensioned and latched.
  • the switching device according to the invention is a single-phase switching device.
  • the end face 25a (not shown) (see FIG. 1) of the switching device 33 according to the invention can be connected to the associated three-position switch 32 by means of a linkage 36 in order to generate a disconnection of the branch after a fault current interruption.
  • this three-position switch should also be equipped with single-phase actuation.
  • FIG. 3 shows how the connection between the three single-phase switching devices 33 and a three-phase switch-disconnector 32a takes place by means of an electrical control, and fault current interruptions in one phase are not must lead to the disconnection of the load break switch 32a, but only a two- or three-phase fault current interruptions leads to the final disconnection of the circuit.
  • Each movable switch contact 1b of the switching device 33 is connected to a two-pole auxiliary switch 39 arranged outside the encapsulation 31.
  • the auxiliary switches 39 of all three phases are connected to one another in such a way that an auxiliary contact of two phases is connected in series with one another and is connected to the shunt release of the energy store 38.
  • the energy store can be switched off arbitrarily both via the button 41 and the energy source 40 and, in the event of a fault, via the auxiliary switch 39.
  • the connecting lines between the auxiliary switches 39 of the individual phases are switched so that the shunt release of the energy store 38 is only live when the vacuum interrupters 1 have been interrupted in two phases. In the case of a single-phase interruption, only one contact auxiliary switch is closed, so that there is no control voltage at the energy store.
  • the switching device according to the invention according to FIG. 1 can also be used very advantageously in air-insulated switchgear.
  • the housing is designed and sealed so that corrosive influences from the environment cannot penetrate into the interior of the switching device.
  • the length of the insulating tube 6 is also adapted to the harsher environmental influences.
  • the capacitance can be designed as a cylindrical capacitor 28 a.
  • the cylindrical capacitor 28 a is advantageously arranged in a gap between the secondary winding 4 b of the current transformer 4 and the metal tube 7 of the housing.
  • the two pads are connected according to the circuit diagram of Figure 4 with the outputs of the secondary winding 4 b and the toroidal coil 5a.
  • a plate capacitor 28b can also be used as a capacitance for influencing the switch-off time for the switching device.
  • This plate capacitor 28 can advantageously be arranged between the current transformer 4 and the magnetic release 5.
  • the connection is made according to the circuit diagram in FIG. 4.
  • openings b 42 are provided in the ferromagnetic body 5 b, through which the electrical connections to the capacitors or to the secondary coil 4 a of the current transformer 4 are made.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen ist vorzugsweise für Tranformatorabzweige in Ringkabel-Schaltanlagen vorgesehen. Sie stellt eine in einem geschlossenen Gehäuse untergebrachte autarke Einrichtung mit einer Vakuum-Schaltkammer (1), einem Stromwandler (4), einem Magnetauslöser (5), einer Ausschaltfeder (9) und einer im Störungsfall lösbaren Verklinkung (10) dar. Über eine Schraubenspindel (18) läßt sich nach jeder Störungsunterbrechung die Vakuum-Schaltkammer (1) wieder einschalten und die Ausschaltfeder (9) wieder verklinken. Eine Verlängerung (25) des Schaftes des beweglichen Schaltkontakts (1b) überträgt die Schaltbewegung nach außen und ermöglicht dort eine Schaltstellungsanzeige oder über Verbindungsmittel die Auslösung eines zugeordneten Trenn-oder Lastschalters (32a). Die Sekundärspule (4b) des Stromwandler (4) und die Ringspule (5a) des Magnetauslösers (5) sind ohne Verwendung einer Fremdenergiequelle in Serie geschaltet. Bei Erreichung eines unteren Störstrompegels wird der induzierte Sekundärstrom zur Betätigung des Magnetauslösers (5) benutzt und dadurch die Verklinkung (10) entsperrt. Die Ausschaltfeder (9) schaltet daraufhin die Vakuum-Schaltkammer aus. Nach Beseitigung der Störung wird über die Schraubspindel (18) die Vakuum-Schaltkammer (1) wieder eingeschaltet. Weil die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung eine Vakuum-Schaltkammer (1) enthält, ist sie in der Lage eine unbegrenzte Anzahl von Störungen ohne Eingriff innerhalb der Schaltvorrichtung zu unterbrechen. Sie kann daher innerhalb der Kapselung von gasisolierten Schaltanlagen eingebaut werden und liegt somit auf dem selben hohen Isolationsniveau wie die in der Gasatmosphäre befindlichen Betriebsmittel. Andererseits kann das Gehäuse der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gasdicht ausgeführt werden, so daß sie bei Einsatz in luftisolierten Anlagen nicht von Umgebungseinflüssen wie Korrosion, Feuchtigkeit usw. in ihren internen Funktionen beeinflußt wird. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen, vorzugsweise für Transformator- Abzweige in Mittelspannungs- Schaltanlagen nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
  • Solche Schaltvorrichtungen finden bevorzugt in Ringkabelschaltanlagen Anwendung, die in der Regel aus zwei Ringleitungsfeldern und wenigstens einem Schaltfeld für einen Transformator- Abzweig bestehen. In der Druckschrift von CALOR-EMAG " Schaltanlage für Ortsnetzverteilerstationen mit Vakuum- Leistungsschalter "; Klaus Böttger und Bruno Schemann, Sonderdruck aus elektrotechnische Zeitschrift Band 106 (1985) Heft 10, ist eine Schaltanlage mit der bekannten Schaltvorrichtung beschrieben. Die Ringkabelabgänge sind dabei mit je einem Lastschalter und der Transformatorabgang mit einem Vakuum- Leistungsschalter bestückt. Letzterer übernimmt für diesen Abzweig in Verbindung mit einem von einem Stromwandler gespeisten Überstromrelais den Kurzschlußschutz.
  • Die erwähnte, mit SF6-gasisolierte Schaltanlage gilt als vollisoliert, da für den Kurzschlußschutz nicht mehr außerhalb der Kapselung angeordnete HH-Sicherungen vorgesehen sind. Außerdem wird sie als wartungsfrei angesehen, da nach der Unterbrechung eines Kurzschlußstromes durch eine unter Umständen fernsteuerbare Wiedereinschaltung des Leistungsschalters der Betrieb wieder aufgenommen werden kann, ohne Eingriffe zum Austausch eines Betriebsmittels, wie zum Beispiel der Sicherungen vornehmen zu müssen. Das Fehlen von HH-Sicherungen schließt darüber hinaus weitere Fehlerquellen aus, wie: Vorhandensein eines
    kritischen Strombereichs, in dem eine Sicherung noch nicht, oder erst nach sehr langer Schmelzzeit anspricht und in dem daher Überhitzungs- und Explosionsgefahr besteht. Darüber hinaus ist eine starke Streuung der Sicherungskennlinien und eine Überlastung des Lastschalters im Grenzbereich der Sicherung, u.a. zu beachten.
  • Andererseits muß in der angegebenen Schaltanlage der Vakuum- Leistungsschalter das volle, z.B. nach den gültigen VDE-Bestimmungen festliegende Isoliervermögen haben und von der Auslegung der Kontakte und des Energiespeichers her in der Lage sein, Kurzschlußströme ohne Verschweißen einzuschalten.
  • Im Anschlußbereich, also außerhalb der Kapselung der Schaltanlage ist außerdem ausreichend Platz für die erforderlichen Kabelumbauwandler vorzusehen. Die Überstromrelais sind darüber hinaus in bestimmten Zeitabständen routinemäßigen Überwachungsprüfungen zu unterziehen, was nur bei einer Abtrennung des Abzweigs möglich ist. Mit der bekannten Schaltvorrichtung wird auch bei einphasigen Fehlern immer eine dreiphasige Unterbrechung des Abzweigs durchgeführt, obwohl in vielen Fällen die Aufrechterhaltung eines zweiphasigen Notbetriebs vorteilhaft wäre. Dies gilt vor allem für starr geerdete Netze, wie sie in vielen überseeischen Ländern zum Einsatz kommen. Setzt man die bekannte Schaltvorrichtung in einer luftisolierten Schaltanlage ein, so sind alle ihre Elemente dem Umweltklima voll ausgesetzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung zu entwicklen, die als einphasiges, autarkes Betriebsmittel zur wiederholten Unterbrechung von Kurzschlußströmen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus sollen bei der Schaltvorrichtung alle Elemente gegenüber den Umgebungseinflüssen, also auch gegen korrosives Klima, voll geschützt sein.
  • Die Aufgabe wird durch eine Schaltvorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung enthält alle funktionswichtigen Elemente in einem einphasigen Gehäuse und ist daher zur phasenweisen Unterbrechung von Fehlerströmen geeignet. Das Gehäuse kann darüberhinaus gasdicht ausgeführt werden, so daß die Anwendung der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung auch eine deutliche Verbesserung der Lebensdauer von luftisolierten Schaltanlagen vor allen in feuchter oder korrsionsgefährdeter Umgebung zur Folge hat.
  • Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist autark weil sie einen Kraftspeicher und ein Auslösesystem, sowie eine Wiedereinschalteinrichtung enthält, die auch in gekapselten gasisolierten Schaltanlagen leicht von der Bedienungsseite her betätigt werden kann. Durch die eingebaute Vakuum-Schaltkammer besitzt die Schaltvorrichtung eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer.
  • Zweckmäßige Ausführungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die folgenden Zeichnungen verwiesen:
    • Figur 1: Schaltvorrichtung im Schnitt in eingeschalteter und und ausgeschalteter Stellung.
    • Figur 2: Einbau der Schaltvorrichtung in einer metallgekapselten, gasisolierten Schaltanlage; (einphasige Darstellung)
    • Figur 3: Schaltschema des Sekundärkreises innerhalb der Schaltvorrichtung.
    • Figur 4: Schaltschema des Sekundärkreises mit Kapazität.
    • Figur 5: Schaltvorrichtung mit gewickeltem Kondensator.
    • Figur 6: Schaltvorrichtung mit Plattenkondensator.
  • Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeipiel des Erfindungsgedankensist in Figur 1 dargestellt. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung hat eine zylindrische Form und ist in ihrem Innern in zwei Teile unterteilt. Im oberen Raum befindet sich die Vakuum-Schaltkammer 1, deren ortsfester Kontakt 1a über die Leiterspirale 23 mit dem Anschlußstück 2 verbunden ist. Mit Hilfe des spiralförmigen Leiters 23 wird ein Magnetfeld erzeugt, das im offenen Kontaktspalt zwischen den Schaltkontakten 1a und 1b nahezu parallel zur Schalterachse verläuft und so in bekannter Weise das Schaltvermögen der Vakuumschaltkammer verbessert. Anschließend an die Trennwand 8, die das Gehäuse in zwei Teile teilt, schließt sich der zweite Raum an, in dem der Stromwandler 4, der Magnetauslöser 5, die Ausschaltfeder 9 und die Verklinkung 10 untergebracht sind.
    Der zweite Raum wird durch das zweite Anschlußstück 3 abgeschlossen. Der erste Raum wird in seinem wesentlichen Teil durch das Isolierrohr 6 umhüllt, während der zweite Teil des Gehäuses duch das Metallrohr 7 abgeschlossen ist. Im geöffneten Zustand der Schaltkammer steht auf diese Weise die wiederkehrende Spannung an den Schaltkontakten ebenso am Porzellanrohr der Vakuumschaltkammer 1, wie auch an den Enden des Isolierrohres 6 an. Weil im Inneren des Gehäuses eine von Verunreinigungen freie Umgebung für die Vakuumschaltkammer 1 herrscht, kann die Länge des Keramikrohres deutlich kleiner sein als die Länge des Isolierrohres 6, das auch ungünstigen Umgebungseinflüssen ausgesetzt sein kann.
  • Der Stromwandler 4 besteht aus einem Ringkern 4a und einer Sekundärspule 4b, während als Primärleiter der Schaft des beweglichen Schaltkontakts 1b bzw. dessen Verlängerung 25 dient. Letztere steht über einen Gleitkontakt 24 mit dem zweiten Anschlußstück 3 in Verbindung und wird also im Betrieb vom Primärstrom durchflossen. Der Magnetauslöser 5 beinhaltet eine Ringspule 5 und eine sie an drei Seiten umgebenden ferromagnetischen Körper 5b, dessen unterer Schenkel so augebildet ist, daß er einen minimalen Luftspalt gegenüber dem in vertikaler Richtung beweglichen Magnetanker 5c aufweist. Letzterer steht unter der Wirkung einer Rückstellfeder 14, die ihn bei nicht erregter Ringspule 5a in seine Ruhelage drückt, wobei er in vertikaler Richtung gegenüber dem ferromagnetischen Körper 5b den Luftspalt 26 bildet ( linke Seite der Figur 1 ). Der Stromwandler 4 und der Magnetauslöser 5 bilden gegenüber der Verlängerung 25 einen Ringspalt, in dem in dem vorliegenden Beispiel die Auschaltfeder 9, die sich mit ihrem oberen Ende an der Trennwand 8 abstützt, angeordnet ist. Das untere Ende der Ausschaltfeder 9 liegt am Druckstück 10b an, das sich wiederum über eine schräge Fläche mittels der Klemmkörper 10a in axialer Richtung auf der Stützplatte 10c und in radialer Richtung an den Magnetanker 5c abstützt ( linke Seite der Figur 1 ). An dem Druckstück 10b ist außerdem über das Rohr 11 das untere Ende der Kontaktkraftfeder 12 abgestützt, die im vorliegendem Beispiel als Tellerfedern ausgeführt sind, und deren oberes Ende über den Absatz 21 auf den Schaft des beweglichen Schaltkontakts 1b der Vakuum-Schaltkammer 1 einwirkt. Der in der Verlängerung 25 angebrachte Stift 15 stellt sicher, das die beiden Schaltkontakte 1a und 1b im ausgeschalteten Zustand den Hub h nicht überschreiten. Der Stift 15 wirkt dabei entweder mit der unteren Fläche des Druckstücks 10b oder, wie in Figur 1 gezeichnet, mit einer in das Druckstück eingearbeiteten Nut 30 zusammen ( rechte Seite von Figur 1 ). Am unteren Anschlußstück 3 befindet sich eine Schraubspindel 18, mit deren Hilfe nach jeder Stromunterbrechung eine Wiedereinschaltung der Vakuum-Schaltkammer 1 und ein Spannvorgang der Ausschaltfeder 9 bis zu deren Verklinkung durchgeführt werden kann. Auf der linken Seite der Figur 1 ist die Schraubspindel in der gespannten Stellung der Ausschaltfeder 9 gezeichnet. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist jedoch erst nach Zurückdrehen der Schraubspindel 18 in die Ausgangslage schaltbereit, nämlich dann wenn der erforderliche Abstand zwischen der unteren Fläche des Druckstücks 10b und der Oberkante der Schraubspindel 18 hergestellt ist. Um eine leichte Montage der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung zu ermöglichen, empfiehlt es sich, das untere Anschlußstück 3 in das Metallrohr 7 einzuschrauben.
  • In der einfachsten Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung kann auf die Anbringung eines spiralförmigen Leiters 23 zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes verzichtet werden. Für den Sekundärkreis ist keine zusätzliche Fremdenergiequelle erforderlich. Vielmehr wird die Sekundärwicklung 4b des Stromwandlers 4 direkt mit der Ringspule 5a in Serie geschaltet.
  • Tritt im Primärkreis ein Störstrom auf, so finden in der Schaltvorrichtung nacheinander folgende Vorgänge statt:
    • a) Induktion eines entsprechenden Sekundärstroms in der Sekundärwicklung 4b, der gleichzeitig in der Ringspule 5a ein magnetisches Feld im ferromagnetischen Körper 5b induziert. Dieses wirkt auf den Magnetanker 5c und zieht diesen entgegen der Kraft der Rückstellfeder 14 in den Luftspalt 26, bis der Magnetanker 5c mit der Unterkante des ferromagnetischen Körpers 5b in Berührung kommt.
    • b) Die nun nicht mehr in radialer Richtung abgestützten Klemmkörper 10a werden von der Schrägfläche des Druckstücks 10b nach außen bewegt und geben den Ausschalthub des Druckstücks frei.
    • c) Unter der Wirkung der Ausschaltfeder 9 bewegt sich das Druckstück 10b bis zu einem nicht dargestellten Anschlag nach unten und nimmt dabei über die Nut 30 und den Stift 15 den beweglichen Schaltkontakt 1b mit, bis der Schalthub h zwischen den Schaltkontakten 1a und 1b erreicht ist.
      Die Ausschaltung ist damit vollendet.
      In Figur 1 ist auf der linken Seite der eingeschaltete und auf der rechten Seite der ausgeschaltete Zustand der Schaltvorrichtung dargestellt. Da die Verlängerung 25 bzw. der Schaft des beweglichen Schaltkontakts 1b die untere Begrenzungsfläche des Anschlußstückes 3 durchdringt, kann die Stirnfläche 25a entweder mit einer Anzeigevorrichtung für die erfolgte Ausschaltung, oder mit einem Mechanismus versehen sein, mit dessen Hilfe ein zugeordneter Trennschalter in die Trennstellung bewegt wird. Dies kann durch ein mechanisches Gestänge zum Ausschalt-Energiespeicher des Trennschalters erfolgen oder über einen Hilfskontakt, der den Ausschalt-Energiespeicher durch einen elektrischen Impuls zur Auslösung bringt.
      Im weiteren Verlauf wird nun die Wiedereinschaltung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung beschrieben:
    • d) mit der Schraubspindel 18 erfolgt eine Aufwärtsbewegung des Druckstücks 10b, bei der gleichzeitig die Ausschaltfeder 9 gespannt und die Schaltkontakte 1a und 1b zur Wiederanlage gebracht werden.
    • e) nach erfolgter galvanischer Berührung der Schaltkontakte 1a und 1b wird im weiteren Verlauf der Drehung an der Schraubspindel 18 die Verklinkung 10 in ihre Sperrstellung gebracht.Dies geschieht mittels der auf den Magnettanker 5 c wirkenden Rückstellfeder 14, wobei die Klemmkörper 10 a über die schräge Fläche 29 in ihre Ausgangsstellung unter die schräge Fläche des Druckstücks 10b bewegt werden. Während dieses Vorganges stellt sich zwischen Nut 30 und Stift 15 ein kleiner Überhub ein, der zur betriebssicheren Erzeugung der erforderlichen Kontaktkraft durch die Kontaktkraftfeder 12 benötigt wird.
    • f) die Schraubspindel 18 wird in Ihre Ausgangsstellung zurückgedreht, um den für eine weitere Ausschaltung erforderlichen Freiweg für das Druckstück 10b herzustellen.
  • Als weiteres Merkmal der Erfindung kann die Schraubspindel 18 dabei so ausgelegt sein, daß sie neben ihrer Funktion als Einschaltmechanismus für die Vakuum-Schaltkammer 1 auch als Anschlag für das Druckstück 10b bei jedem Ausschaltvorgang dient.
  • Auf Figur 1 ist ferner zu erkennen, daß die Anschlußstücke 2 und 3 Anschlußflächen 2a und 3a haben, die als Adapter für die Klemmkontakte von HH-Sicherungen verwendbar sind. Genauso können aber auch andere Anschlußflächen Verwendung finden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung läßt sich beispielsweise eine Ringkabel-Schaltanlage nach Figur 2 mit zwei Kabelverbindungen im unteren Teil der Kapselung und mit einem Transformatorabzweig im Oberteil herstellen, bei der der Fehlerstromschutz mit in die Kapselung integriert ist, ohne daß dabei ein kompletter funktonsfähiger Leistungsschalter Verwendung finden muß. Da die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung eine autarke Einheit ist, die keine Fremdenergie benötigt und bei der nach erfolgter Fehlerstromunterbrechung kein Austausch von Bauteilen erforderlich ist, kann sie voll in die gekapselte Schalteinlage einbezogen werden. Für sie gilt in diesem Fall dasselbe hohe Isolationsniveau wie für alle anderen in der Schalteinlage eingebauten Betriebsmittel.
  • Die Ringkabelschaltanlage nach Figur 2 weist als Beispiel in ihrem unteren Teil zwei Dreistellungsschalter 32 auf, mit denen das Ringkabel mit der Sammelschiene 37 verbunden werden kann bzw. mit denen jedes einzelne Kabel abgetrennt oder geerdet werden kann. Die Sammelschiene 37 ist nach oben hin mit einem weiteren Dreistellungsschalter 32 verbunden, an dessen Schaltkontakte sich die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen anschließt. Diese Schaltvorrichtung ist über zwei Klemmkontakte 35 und zugehörige Isolatoren auf der Kapselung 31 aufgebaut; die Schaltvorrichtung ist dabei so ausgerichtet, daß das zweite Anschlußstück 3 zu einer der Wände der Kapselung zeigt. Die nicht dargestellte Schraubspindel 18 ist durch die Isolierwelle 19 verlängert, die gasdicht nach der Außenseite der Schaltanlage geführt ist. Mit Ihrer Hilfe läßt sich entweder von Hand oder mit einem Motorantrieb 34 nach erfolgter Fehlerstromunterbrechung die Schaltvorrichtung 33 wieder einschalten bzw. die Ausschaltfeder 9 wieder spannen und verklinken.
  • Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ist ein einphasiges Schaltgerät. Die nicht dargestellte Stirnseite 25 a ( siehe Figur 1 )der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 33 kann mit einem Gestänge 36 mit dem zugeordneten Dreistellungsschalter 32 verbunden sein, um eine Auftrennung des Abzweigs nach einer Fehlerstromunterbrechung zu erzeugen. In Netzen mit starrer Sternpunkterdung oder wenn dies aus anderen Gründen erforderlich ist, sollte auch dieser Dreistellungsschalter mit einphasiger Betätigung ausgerüstet sein.
  • In Figur 3 ist dargestellt, wie mittels einer elektrischen Steuerung die Verknüpfung zwischen den drei einphasig schaltenden Schaltvorrichtungen 33 und einem dreiphasigen Lasttrennschalter 32a erfolgt und Fehlerstromunterbrechungen in einer Phase nicht zur Auftrennung des Lasttrennschalters 32a führen muß, sondern erst eine zwei- oder dreiphasige Fehlerstromunterbrechungen zur endgültigen Auftrennung des Stromkreises führt. Dabei ist jeder bewegliche Schaltkontakt 1b der Schaltvorrichtung 33 mit einem außerhalb der Kapselung 31 angeordneten zweipoligen Hilfsschalter 39 verbunden. Die Hilfsschalter 39 aller drei Phasen sind so miteinander verschaltet, daß jeweils ein Hilfskontakt von zwei Phasen miteinander in Serie geschaltet sind und mit dem Arbeitsstromauslöser des Energiespeichers 38 in Verbindung steht. Der Energiespeicher kann sowohl über den Taster 41 und die Energiequelle 40 willkürlich , als auch im Störungsfall über die Hilfsschalter 39 ausgeschaltet werden. Die Verbindungsleitungen zwischen den Hilfsschaltern 39 der einzelnen Phasen sind so geschaltet, daß der Arbeitsstromauslöser des Energiespeichers 38 nur dann an Spannung liegt, wenn in zwei Phasen eine Unterbrechung der Vakuum-Schaltkammern 1 stattgefunden hat. Bei einphasiger Unterbrechung ist auch nur ein kontakter Hilfsschalter geschlossen, so daß am Energiespeicher keine Steuerspannung anliegt.
  • Die erfindunsgemäße Schaltvorrichtung nach Figur 1 kann sehr vorteilhaft auch in luftisolierten Schaltanlagen eingesetzt werden. Bei solchen Fällen wird das Gehäuse so ausgeführt und abgedichtet, daß korrosive Einflüsse aus der Umgebung nicht in das Innere der Schaltvorrichtung eindringen können. Die Länge des Isolierrohrs 6 wird ebenfalls den härteren Umgebungseinflüssen angepaßt.
  • In manchen Anwendungsfällen ist es erwünscht im Fehlerfalle nicht eine sofortige Auslösung herbeizuführen. In den konventionellen Schalteinlagen werden dazu einstellbare Überstromschutzrelais verwendet, mit denen die Ansprechzeit der Auslöser veränderbar ist. Solche Relais haben jedoch den großen Nachteil, daß sie in gewissen Zeitabständen einer Überprüfung unterzogen werden müssen. Dies ist jedoch nur bei abgetrenntem Abzweig gestattet.
  • Verlängerte Auslösezeiten lassen mit sich mit der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung nach einem weiteren Merkmal durch Hinzuschaltung einer Kapazität 28 vorzugsweise parallel zur Ringspule 5a des Magnetauslösers 5 nach Figur 4 erreichen. Die Kapazität kann dabei nach Figur 5 als Zylinderkondensator 28 a ausgeführt sein. Der Zylinderkondensator 28 a ist dabei vorteilhafterweise in einen Spalt zwischen der Sekundärwicklung 4 b des Stromwandler 4 und dem Metallrohr 7 des Gehäuses angeordnet. Die beiden Beläge sind dabei entsprechend dem Schaltbild nach Figur 4 mit den Ausgängen der Sekundärwicklung 4 b und de Ringspule 5a verschaltet. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung läßt sich auch ein Plattenkondensator 28 b als Kapazität zur Beeinflußung der Ausschaltzeit zur Schaltvorrichtung einsetzen. Dieser Plattenkondensator 28 kann vorteilhafterweise zwischen dem Stromwandler 4 und dem Magnetauslöser 5 angeordnet sein. Auch hier erfolgt die Verschaltung gemäß dem Schaltplan in Figur 4. In allen Fällen sind im ferromagnetischen Körper 5 b Durchbrüche 42 vorgesehen, durch die die elektrischen Verbindungen zu den Kondensatoren bzw. zur Sekundärspule 4 a des Stromwandlers 4 durchgezogen sind.

Claims (27)

1. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen vorzugsweise für Transformator- Abzweige in Mittelspannungs-Schaltanlagen mit

- einem zur Durchführung von wiederholten Unterbrechungen geeigneten, von einem Energiespeicher mit wenigstens einer Ausschaltfeder betätigten Schalter, und
- einer beim Auftreten eines Fehlerstromes wirksam werdenden Auslöseeinrichtung,


dadurch gekennzeichnet, daß für jede Phase ein mit zwei Anschlußstücken ( 2,3 ) versehenes Gehäuse vorgesehen ist, in dem

- eine Vakuum- Schaltkammer (1) mit einem ortsfesten und einem beweglichen Schaltkontakt (1a,1b),
- ein Stromwandler (4) und
- die Ausschaltfeder (9) mit einer durch einen Magnetauslöser (5) lösbaren Verklinkung (10) untergebracht sind, und
- daß das Gehäuse Mittel zur Stellungsanzeige des beweglichen Schaltkontakts (1b) und zur Wiedereinschaltung der Vakuum-Schaltkammer (1) nach einer Stromunterbrechung aufweist.
2. Schalteinrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in einem ersten Raum die Vakuum-Schaltkammer (1) und Mittel zur Verbindung von deren ortsfesten Schaltkontakt (1a) mit dem ersten Anschluß (2) enthält, und daß der bewegliche Schaltkontakt (1b) mit seinem Schaft oder ggf. mit einer Verlängerung (25) eine Trennwand (8) zu einem zweiten Raum durchdringt, in der die restlichen Betriebsmittel (4,5,9,10) und eine verschiebbare Kontaktverbindung (24) zwischen dem Schaft des beweglichen Kontakts (1b) oder ggf. der Verlängerung (25) und dem zweiten Anschlußstück (3) eingebaut sind.
3. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine zylindrische Form aufweist, in die die Vakuum-Schaltkammer (1) und die restlichen Betriebsmittel (4.5,9,10) in koaxialer Anordnung eingebaut sind, daß ein zumindest zu einem Teil aus einem an der Stirnseite mit dem ersten Anschlußstück (2) abgeschlossenes Isolierrohr (6) die Mantelfläche des ersten Raumes, und daß ein gegen den ersten Raum durch die Trennwand (8) abgeschlossenes Metallrohr (7), in dessen Stirnseite das zweite Anschlußstück (3) eingesetzt ist, die Mantelfläche des zweiten Raumes bildet.
4. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Raum des Gehäuses ausgehend von der Trennwand (8) der aus einem den Schaft des beweglichen Schaltkontakts (1b) oder ggf. dessen Verlängerung (25) umgebenden Ringkern (4a) und einer Sekundärwicklung (4b) bestehender Stromwandler (4) und der aus einer Ringspule (5a), einem diese bis auf einen Luftspalt (26) für einen verschiebbaren Magnetanker (5c) einschließenden ferromagnetischen Körper (5b) bestehender magnetischer Auslöser (5) sowie die Verklinkung (10) der Ausschaltfeder (9) eingebaut sind.
5. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwandler (4) und der Magnetauslöser (5) gegenüber dem Schaft des beweglichen Schaltkontakts (1b) oder ggf. dessen Verlängerung (25) einen Ringspalt zur Aufnahme der sich an der Trennwand (8) und einem Druckstück (10b) der Verklinkung (10) abstützenden Ausschaltfeder (9) bilden.
6. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der eingeschalteten Stellung der Vakuum-Schaltkammer (1) das Druckstück (10b) über eine geneigte Fläche auf am Umfang angeordnete Klemmkörper (10a) so einwirkt, daß sich letztere mit einer axialen Komponente auf einer Stützplatte (10c) und einer radialen Komponente an der Innenseite des Magnetankers (5c) abstützen.
7. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen Fehlerstrom beaufschlagte Ringspule (5a) den Magnetanker (5c) in den Luftspalt (26) zieht, worauf sich die Klemmkörper (10a) unter der Wirkung der radialen Komponente der Ausschaltfeder (9) unter Aufhebung der Sperrung durch das Druckstück (10b) nach außen bewegen und die Ausschaltbewegung des beweglichen Kontakts (1b) freigeben.
8. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach einem der Patentansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (5c) eine geneigte Stirnfläche (29) aufweist, die nach dem Spannen der Ausschaltfeder (9) unter der Wirkung einer Rückstellfeder (14) die Klemmkörper (10a) in ihre Sperrstellung führt und dort festhält.
9. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 2 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaft des beweglichen Schaltkontakts (1b) oder ggf. in dessen Verlängerung (25) ein Stift (15) angebracht ist, auf den das Druckstück (10b) die Kraft der Ausschaltfeder (9) während der Öffnung der Vakuum-Schaltkammer (1) überträgt.
10. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 9 oder einem der vorangehenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Absatz (21) am Schaft des beweglichen Schaltkontakts (1b) und dem Druckstück (10b) ggf. unter Zwischenschaltung eines Rohres (11) eine Kontaktkraftfeder (12) vorgesehen ist, die sich bei ausgeschalteter Vakuum-Schaltkammer (1) am Stift (15) abstützt.
12. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltfeder (9) über eine im Boden des zweiten Anschlußstücks (3) gelagerte Schraubenspindel (18) spannbar ist.
13. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindel (18) über eine Isolierwelle (19) von außerhalb einer Kapselung (31) der Schaltanlage betätigbar ist.
14. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Motorantrieb (34) zum Spannen der Ausschaltfeder (9) und zum Einschalten der Vakuum-Schaltkammer (1) vorgesehen ist, der mit Mitteln zum automatischen Betrieb nach Beseitigung einer Störung ausgerüstet ist, die den selbsttätigen Rücklauf der Schraubspindel (18) nach Durchführung der Einschaltbewegung einschließen.
15. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 1 oder nach einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstücke (2,3) Adapter (2a,3a) zur Aufnahme der Schaltvorrichtung in für Hochleistungs-Sicherungen vorgesehene Klemmkontakte (35) aufweisen.
16. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß als verschiebare Kontaktverbindung ein Gleitkontakt (24) vorgesehen ist, dessen Elemente am Anschlußstück (3) geführt sind.
17. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischem dem ersten Anschlußstück (2) und dem ortsfesten Schaltkontakt (1a) ein spulenförmig ausgebildeter Leiter zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes für die Schaltstrecke der Vakuum-Schaltkammer (1) vorgesehen ist.
18. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (23) spiralförmig gewickelt ist und mit seinem äußeren Ende mit dem ersten Anschlußstück (2) und mit seinem inneren Ende mit dem ortsfesten Schaltkontakt (1a) leitend verbunden ist.
19. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft des ortsfesten Schaltkontakts (1a) mittels einer im ersten Anschlußstück (2) isoliert gelagerten Schraubverbindung (27) gehalten ist.
20. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft des ortsfesten Schaltkontakts (1a) an die Innenseite des ersten Anschlußstücks (2) mittels einer Schraubverbindung angeschlossen ist.
21. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (4b) des Stromwandler (4) und die Ringspule (5a) des Magnetauslösers (5) in Serie geschaltet sind.
22. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zur Sekundärwicklung (4b) des Stromwandlers die Ringspule (5a) des Magnetauslösers und parallel vorzugsweise zu letzterer eine Kapazität (28) geschaltet sind.
23. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität als gewickelter Kondensator (28a) ausgeführt und um die Wicklung (4b) des Stromwandlers (4) angeordnet ist.
24. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität als Plattenkondensator (28b) ausgeführt und zwischen dem Stromwandler (4) und dem Magnetauslöser (5) angeordnet ist.
25. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 1 oder einem der nachfolgenden, gekennzeichnet durch Mittel, mit denen die Ausschaltbewegung des beweglichen Schaltkontakts (1b) oder deren Verlängerung (25) zur Auftrennung eines zugeordneten Trenn-oder Lastschalters (32a) übertragbar sind.
26. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Gehäuse ragende Ende (25a) über ein Gestänge (36) auf den Energiespeicher(38) des Trenn- oder Lastschalters (32a) einwirkt und dessen Auftrennung nach einer Fehlerstromunterbrechung durch die Vakuum-Schaltkammer (1) bewirkt.
27. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Gehäuse ragenden Enden (25a) auf vorzugsweise außerhalb der Kapselung (31) angeordnete Hilfskontakte (39) einwirken, mit denen nach einer Fehlerstromunterbrechung ein Arbeitsstromauslöser im Energiespeicher (38) des Trenn- oder Lastschalters (32a) beaufschlagbar ist.
28. Schaltvorrichtung zur Unterbrechung von Fehlerströmen nach Patentanspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtungen (33) mit jeweils zwei Hilfskontakten (39) zusammenwirken, und das je ein Hilfskontakt von zwei verschiedenen Phasen miteinander und mit dem Arbeitsstromauslöser des Energiespeichers (38) in Serie geschaltet sind.
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