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Schaltanlagen für Mittelspannungen nach dem Baukastenprinzip Die Erfindung
betrifft eine Schaltanlage für Mittelspannung, bei der die spannungsführenden Teile
und elektrischen Geräte nach dem Baukastenprinzip in isolierenden Kammern untergebracht
sind.
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Es ist üblich, in Schaltanlagen für Mittel- und Hochspannung die spannungführenden
Teile und Geräte, wie Sammelschienen, Trenn- oder Leistungsschalter, Sicherungsträger,
Wandler, Meß- und Schutzgeräte usw., zu einer Einheit in Felderbauweise zu verbinden.
Jedes Feld nimmt dabei jeweils die zu einem Zu- oder Abgang gehörenden Schalt-,
Steuer-und Meßgeräte auf, wobei der elektrische Anschluß durch Sammel- und Verbindungsschienen
erfolgt. Derartige Anlagen, die unter Verwendung metallischer Elemente als tragende
Konstruktion entweder mit fabrikatorisch vorgefertigten Einzelfeldern oder mit durchgehenden
Stahlkonstruktionen bei entsprechender Feldverschottung erstellt werden, sind im
allgemeinen offen oder in Schränken bzw. nach dem Baukastensystem in auf- und aneinandersetzbaren
Kästen mit Wänden aus Metall oder Isolierstoff untergebracht.
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Die spannungführenden Teile und Geräte werden hierbei auf Porzellanisolatoren
oder anderen Isolierstützern gehalten, die einen der Spannungshöhe der Anlage entsprechenden
Luftabstand der Teile gegeneinander und gegen die Stahlkonstruktion bewirken. Die
Luftabstände erfordern jedoch einen verhältnismäßig großen Bauraum, der für die
Unterbringung der Schaltanlagen nachteilig ist. Werden dagegen zur Erreichung raumsparender
Bauweisen andere Isoliermittel, wie Druckgas, Öl oder Vergußmassen, benutzt, werden
die Anlagen wegen des erforderlich dichten Verschlusses der einzelnen Anlageteile
erheblich aufwendiger.
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Es sind auch Anlagen bekanntgeworden, bei denen einzelne Anlageteile
bzw. Geräte, so z. B. Sammelschienen, Strom- und Spannungswandler, in Kunstharz-Isolierstoff
eingebettet sind. Die elektrischen Anschlüsse jedoch befinden sich außerhalb der
isolierenden Umhüllung, so daß der Einbau auch solcher Geräte in die Schaltanlage
nach wie vor erheblichen Raum beansprucht.
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Schließlich sind auch Hoch-und Höchstspannungsanlagen bekanntgeworden,
bei denen alle Anlageteile einzeln innerhalb einer Metallkapselung in Isolierstoff
eingebettet sind. Jedoch ist für diese Anlagen eine zylindrische, möglichst rotationssymmetrische
Bauform wegen des bei Zylinderform weitgehend homogenen elektrischen Feldes erforderlich.
Die zylindrischen Teile lassen sich daher auch nur hintereinander angeordnet zu
einer Anlage vereinigen, wodurch aber ungünstige Verhältnisse bezüglich der Raumbeanspruchung
entstehen.
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Die Erfindung hat zum Ziel, eine Schaltanlage für Mittelspannungen
zu schaffen, die die Verwendung metallischer Gerüstkonstruktionen und Metallumkapselung
vermeidet und durch Verminderung der Isolationsabstände zwischen spannungführenden
Teilen und Geräten die Baumaße der Anlage entscheidend verkleinert.
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Das Ziel wird bei einer eingangs beschriebenen Schaltanlage nach der
Erfindung dadurch erreicht, daß die spannungführenden Teile und Geräte vollisoliert
in quaderförmigen Isolierstoffblöcken, vorzugsweise aus Gießharz, eingebettet sind,
die zugleich die Konstruktionselemente für die in bekannter Weise bausteinartig
zusammengesetzte Schaltanlage bilden. Jeder Baustein enthält ein dreiphasiges Anlagegerät,
wie Sammelschienen, Trenn-, Last- oder Leistungsschalter, Sicherungsträger, Wandler,
Meß- und Schutzgeräte usw., wobei die Verbindungen der spannungführenden Teile und
Geräte durch innerhalb der Isolierstoffblöcke eingesetzte Verbindungsleiter mit
Verschraubungen oder Steckanschlüssen hergestellt sind.
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Die Vorteile dieser baukastenartigen Aufteilung der Anlageteile in
die die einzelnen Geräte umschließenden quaderförmigen Isolierstoffblöcke liegen
einerseits in den durch die Vollisolation erreichten geringen Abmessungen der Bausteine
und andererseits in der Kombinationsfähigkeit in der Zusammensetzung der Bausteine
zu Einzel- wie auch vielfeldrigen Gruppenschaltanlagen. Die Ouaderform der Isolierstoffblöcke
ermöglicht ein leichtes Aufeinandersetzen der Bausteine wie auch ein beliebiges
Nebeneinanderreihen.
Außerdem ergeben sich infolge der ebenfalls
in die Isolierstoffblöcke verlegten elektrischen Verteiler-und Geräteanschlüsse
äußerst kurze Leiterstücke zur Verbindung der Bausteine untereinander.
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An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher beschrieben.
B i 1 d 1 zeigt eine aus quaderförmigen Isolierstoffblöcken zusammengesetzte Schaltanlage
für Mittelspannung. Die einzelnen Blöcke sind aus Gießharz gefertigt, in denen entsprechende
Hohlräume zum Einbau der Anlagengeräte vorgesehen bzw. in die auch Geräte oder Teile
davon, wie Aufnahmekontakte, Verbindungs- und Befestigungsmittel mit eingegossen
sind. Jeder Block ist daher ein je ein Anlagegerät vollkommen mit Isolierstoff umschließender
Baustein der Schaltanlage. So enthält z. B. der Isolierstoffblock 1 einen Trenn-,
Last- oder Leistungsschalter 2 mit vorzugsweise sichtbarer Kontakttrennung. Der
Antriebsmechanismus des Schalters ist ebenfalls im Isolierstoff eingebettet und
durch die frontseitig angebrachte Handhabe 3 bedienbar. Der Baustein 4 enthält die
auswechselbaren Hochleistungs-Schmelzsicherungen 5, während der Baustein 6 als Sammelschienenblock
ausgebildet ist.
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Die Bausteine haben gleiche Grundflächenabmessungen und sind daher
passend aufeinanderstellbar. Die Bauhöhen dagegen können verschieden sein und ohne
weiteres den einzusetzenden Geräten, so z. B. den genormten Längen der Hochleistungs-Sicherungen,
bezüglich der verschiedenen Betriebsspannungen angepaßt werden. Die Frontseiten
der Bausteine sind entweder mit undurchsichtigen Isolierstoffabdeckungen 7 oder
mit volldurchsichtigen Abdeckungen 8 verschlossen. Die Abdeckungen sind abnehmbar
angebracht und können mit einer mechanischen und/oder elektrischen Verriegelung
ausgestattet sein, die ein Öffnen bzw. Entfernen bei unter Spannung stehender Anlage
verhindert. Für die Einführung der Kabel sind Anschlußstutzen 9 vorgesehen, die
am Isolierstoffblock befestigt sind.
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Auf diese Weise lassen sich durch Aufeinanderstellen die Bausteine
beliebig zu Verteiler- bzw. Schaltfeldern zusammensetzen und durch Aneinanderreihen
zu vielfeldrigen Anlagen vereinigen. Der Raumbedarf ist infolge der vollkommenen
Isolierstoffumschließung aller spannungsführenden Anlageteile gegenüber bekannten
Anlagen ganz wesentlich herabgesetzt.
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In den B i 1 d e r n 2 und 3 sind verschiedene Ausführungen des Sammelschienen-Bausteins
dargestellt. Mit 10 ist ein einteiliger Isolierstoffblock bezeichnet, in
dem drei Kreuzverbinder 11 mit Steckkontakten derart in Höhe und Tiefe gestaffelt
eingegossen sind, daß sich für jede der drei Phasen der Anlage eine Ebene für die
Anordnung der Sammelschienen und Verbindungsleiter zu den Geräten ergibt. Von den
Kreuzverbindern Il führen nach vier Richtungen verlaufende rohrförmige Durchgänge
12 durch den Block, die die Sammelschienen und die Verbindungsleiter zu den
anderen Bausteinen aufnehmen. Auf diese Weise sind Verlängerungen der Sammelschienen
und Abzweigungen nach allen Seiten hin möglich. Nicht benutzte Durchgänge werden
durch entsprechend geformte Isolierteile verschlossen.
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Alle Bausteine haben versenkte Durchgangslöcher 13 zum Einstecken
von Schrauben für die Befestigung der Bausteine an einer Wand bzw. an einem Traggestell.
Die an den Ecken befindlichen Löcher 14 enthalten Schraubmittel zum Befestigen der
frontseitigen Abdeckungen 7 bzw. B. Schließlich sind die Außenflächen 15 der Isolierstoffblöcke
zum Zwecke der Potentialsteuerung teilweise metallisiert.
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Der Sammelschienen-Baustein 16 (B i 1 d 3 ) dagegen ist zweiteilig
aufgebaut und wird mit Schraubmitteln 17 verbunden. Die Trennfuge 18 ist
dreistufig in die Ebene der Sammelschienenführung gelegt, so daß die Kreuzverbinder
11 auch nachträglich eingelegt werden können. Statt der Kreuzverbinder mit
Steckkontakten können hier auch solche mit Schraubkontakten verwendet werden, in
denen die Befestigung der Sammelschienen und Verbindungsleiter mittels Schrauben
erfolgt.
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Bild 4 zeigt einen der im Sammelschienen-Baustein befindlichen rohrförmigen
Kreuzverbinder 11. Sie sind entweder als Steckbuchse 19 für Rundleiter ausgebildet
und haben entsprechende den Kontaktdruck vermittelnde Federn 20, oder sie sind als
sogenannte Bockklemme mit Klemmschraube 21 für Rund- und Flachleiter ausgebildet.
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Im Isolierstoffblock des Sammelschienen-Bausteins können zugleich
auch Stromwandler 22 eingegossen sein, wie in Bild 2 schematisch eingezeichnet ist.
Die Anschlußklemmen 23 der Wicklungen sind an der Frontseite des Blockes herausgeführt.
Es ist jedoch auch möglich, für diese Wicklungen einen besonderen Isolierstoffblock
zu verwenden, der zugleich tragendes Bauelement für die zugehörigen Strommesser
ist.
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B i 1 d 5 zeigt den Baustein, der aus dem Isolierstoffblock 24 und
der Abdeckung 25 besteht. Im Block sind die Stromwandler 22 um die Durchgänge 26
für die Verbindungsleiter eingegossen, während die Meßgeräte 27 in der abnehmbaren
Abdeckung untergebracht sind.
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Die elektrische Verbindung der Bausteingeräte untereinander erfolgt
durch Verbindungsleiter aus Rundstäben, Rohren oder Flachschienen, die in die Durchgänge
der Isolierstoffblöcke eingelegt werden. Dadurch ergeben sich äußerst kurze und
geradlinig verlaufende Verbindungsstrecken. Die Verbindungsleiter 28 werden, wie
in den Bildern 6 bis 8 dargestellt, mit einem Isolierrohr 29 überzogen. Zur
Verbesserung der Schlagweitenisolation und zur Erhöhung der Kriechstrecken sind
die Stoßflächen 30 der Isolierstoffblöcke 31, 32 an den übergangsstellen der Verbindungsleiter
z. B. mit Ausnehmungen 33 versehen, in die weitere Isolierrohre 34 eingesteckt werden.
B i 1 d 7 zeigt eine veränderte Ausführung, bei der das zusätzliche Isolierrohr
35 einen größeren Durchmesser aufweist, wodurch nochmals eine Verlängerung der Kriechstrecke
erreicht ist.
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Schließlich gibt B i 1 d 8 eine Ausführung wieder, bei der unter Verzicht
zusätzlicher Isolierrohre die Verlängerung der Kriechstrecken durch an den Isolierstoffblöcken
36, 37 ringförmig angegossenen Nut und Feder 38 erreicht ist, die zugleich auch
der Fixierung der Blöcke untereinander dienen.
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Der als Sicherungsträger-Baustein ausgebildete Isolierstoffblock 39
(B i 1 d 9) hat drei voneinander getrennte Hohlräume 40 zur Aufnahme der Hochleistungs-Sicherungen.
Die Durchgänge 41 für die Verbindungsleiter von den Sammelschienen her sind wie
im Sammelschienen-Baustein ebenfalls in drei Ebenen angeordnet, während die Aufnahmekontakte
42 für die Sicherungen in Form bekannter federnder Klemmbacken in einer Ebene
angeordnet sind. Sie sind durch Metallstege 43 mit den Steck- bzw.
Schraubanschlüssen
44 für die Verbindungsleiter vereinigt. Die Durchgänge 45 zum nächsten Baustein
befinden sich hier auch in einer Ebene.
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Unterhalb der Sicherungen sind im Isolierstoffblock Aussparungen 46
für den Einbau elektrischer Hilfsgeräte vorgesehen. Zum Beispiel können Melde-und
Steuerorgane, wie Mikroschalter usw., angeordnet werden, die durch die Anzeige-Schlagstifte
der Sicherungen beim Ansprechen betätigt werden.
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Der Isolierstoffblock des Schalter-Bausteins ist ebenfalls in drei
Hohlräume aufgeteilt, in denen phasenweise ein Trenn-, Last- oder Leistungsschalter
mit sichtbarer Kontakttrennung untergebracht ist. Das Schaltgerät kann in bekannter
Weise mit Schnellein- und/oder Schnellausschaltung versehen sein. In B i 1 d 10
ist beispielsweise der Aufbau einer Schalteinrichtung dargestellt. Der Kontakt 47
dient der Aufnahme des Verbindungsleiters vom Sicherungs-Baustein her. Der Kontakt
48 ist der Gegenkontakt zum beweglichen Schaltrohr 49 und trägt den feststehenden
Löschstift 50. Die Schaltkammer wird durch das mit Öffnungen 51 versehene Löschrohr
52 aus gasabgebendem Isolierstoff gebildet. Diese Teile sind auswechselbar in der
Expansionskammer 53 im Block angeordnet. Die Kammern haben Öffnungen 54, die in
Kanäle 55 an der Außenwand des Blockes 56 münden. In B i 1 d 11 ist eine Ausführung
veranschaulicht, bei der zum Druckausgleich bzw. zur Luftzirkulation die Durchbrüche
57 labyrinthartig angeordnet sind. Die neben der Kammer 58 befindliche Blockwand
weist einen Hohlraum 59 auf, in dem von vorn eine Isolierstoffplatte 60 eingeschoben
ist, deren Öffnungen 61 gegen die Öffnungen 62 in der Blockwand versetzt sind.
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Die frontseitigen Isolierstoffabdeckungen der Blöcke können auch,
wie es B i 1 d 12 zeigt, über elastische Zwischenglieder befestigt werden, die vorübergehend
ein begrenztes Abheben der Abdeckung von der Auflage zulassen. Auf diese Weise werden
die Isolierstoftblöcke vor Zerstörung durch innere Druckbeanspruchung geschützt.
Die Abdeckung 63 liegt auf der Frontseite des Blockes 64 auf und ist mittels Schrauben
65 unter Beilage eines elastischen Gliedes 66 befestigt. Bei überschreiten des zulässigen
Innendruckes erlaubt die Elastizität des Teiles 66 ein kurzzeitiges Abheben der
Abdeckung, so daß der überdruck entweichen kann.
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Die Abdeckungen, insbesondere für den Sicherungsträger-Baustein, können
auch mit labyrinthartigen Belüftungsschlitzen (Bild 13) ausgestattet sein. Die Abdeckung
besteht aus einem Isolierrahmen 67, in dessen Nuten 68 Platten 69 aus undurchsichtigem
oder auch durchsichtigem Isolierstoff eingeschoben sind, so daß sich damit wenigstens
an zwei Längsseiten labyrinthartige Belüftungsschlitze ergeben.