DE19758357C1 - Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kompaktes Hochspannungsfreiluft­ schaltfeld, das einen ortsfesten Leistungsschalter, einen Trennschalter und insbesondere andere Anlagenkomponenten, wie Strom- und/oder Spannungswandler und einen Überspannungsab­ leiter aufweist, wobei die Anlagenkomponenten je Phase auf einem gemeinsamen Tragrahmen angeordnet sind, und wobei eine Polsäule des Leistungsschalters auf der einen Seite das Schaltfeld begrenzt.

Ein derartiges Hochspannungsfreiluftschaltfeld geht hinsicht­ lich der Anordnung der Anlagenkomponenten je Phase auf einem gemeinsamen Tragrahmen beispielsweise aus der DD 87 348 her­ vor. Es wird unter anderem angestrebt, unter Berücksichtigung einer verringerten Grundfläche für die Aufstellung aller An­ lagenkomponenten je Phase, die Errichtung des Hochspannungs­ freiluftschaltfeldes auch dort zu ermöglichen, wo nur ein be­ grenzter Raum zur Verfügung steht. Um dieses zu erreichen, sind gemäß dem Stand der Technik auf dem gemeinsamen Tragrah­ men ein Leistungsschalter, ein Trennschalter, mit dem das Ge­ häuse für das Schaltgetriebe aufnehmenden Stützisolator und dem Drehisolator sowie Strom- und/oder Spannungswandler ange­ ordnet. Der den Einschlagkontakt des Trennschalters aufneh­ mende Stützisolator ist jedoch außerhalb des Tragrahmens an­ geordnet. Das aber bedeutet, daß dieses Hochspannungsfrei­ luftschaltfeld für das Schaltfeld des Trennschalters einen zusätzlichen Raum benötigt. Diesem Bestreben steht auch die dortige Anordnung eines Leistungsschalters sowie die Anord­ nung der Strom- und/oder Spannungswandler auf dem Tragrahmen entgegen. Dabei ist die Anordnung eines Überspannungsablei­ ters, wie er beispielsweise bei der Hochspannungsfreiluftan­ lage nach der DE 35 30 644 A1 vorgesehen ist, die gleich­ zeitig von einem gemeinsamen Fundament für alle Anlagenkom­ ponenten ausgeht, nicht vorgesehen.

Das aber bedeutet, daß die bekannten Hochspannungsfreiluft­ schaltfelder, obwohl immer wieder ein kompakter Aufbau ange­ strebt wird, immer noch einen zu großen Raum erfordern. Sie sind aber auch mit dem Nachteil behaftet, daß die für ein Hochspannungsfreiluftschaltfeld benötigten Anlagenkomponenten auch eine relativ große Anzahl von Stützisolatoren aber auch von Isolatoren für die Strom- und/oder Spannungswandler sowie für Überspannungsableiter benötigen, was einer kostengünsti­ gen Herstellung entgegensteht.

Es ist, wie auf Seite 7, ABB-Firmenschrift-Technik-, Heft 4/1997 beschrieben, zwar auch schon ein Hochspannungsfrei­ luftschaltfeld bekannt, bei dem neben einer hohen Verfügbar­ keit auch eine kompakte Bauweise dadurch erreicht wird, daß ein Leistungsschaltfeldmodul, einen, eine Trennung vornehmen­ den, ausfahrbaren Teil mit einem dreipoligen Leistungsschal­ ter enthält, aber schon unter Berücksichtigung des eine Tren­ nung vornehmenden, ausfahrbaren Teiles erfordert auch dieses Leistungsschaltfeldmodul immer noch eine zu große Grundflä­ che.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Hoch­ spannungsfreiluftschaltfeld entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, das bei erheblicher Reduzierung von Stützisolatoren und von Isolatoren für den Strom- und/oder Spannungswandler sowie für den Überspannungsableiter und der Herstellungskosten durch kompakte Bauweise einen für seine Aufstellung geringen Raumbedarf erfordert, wobei gleichzeitig eine Montage der Anlagenkomponenten auf dem Tragrahmen vor dem Transport des Hochspannungsfreiluftschaltfeldes zum Be­ treiber ermöglicht werden soll.

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß bei einem Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Strom­ anschluß des Leistungsschalters gleichzeitig den Gegenkontakt für den beweglichen Kontakt des Trennschalters bildet, und daß ein der Antriebskraftübertragung dienender Drehisolator des Trennschalters auf der anderen Seite das Schaltfeld begrenzt.

Die Unterbrechereinheit des Leistungsschalters ist vorteil­ haft stehend angeordnet. Die Kontaktbewegung des Trennschal­ ters erfolgt in der Ebene des Schaltfeldes. Das bedeutet, daß ausgehend von der Begrenzung des Schaltfeldes, in dem nunmehr die Trennstrecke liegt, und zwar durch die Polsäule des . Leistungsschalters und durch den Stützisolator des Trenn­ schalters, eine Kontaktbewegung des Trennschalters über die Grenzen des Schaltfeldes hinaus nicht erfolgt, so daß ein zu­ sätzlicher Raum hierfür nicht erforderlich ist. Dadurch, daß ein Stromanschluß des Leistungsschalters gleichzeitig den ortsfesten Gegenkontakt für den beweglichen Kontakt des Trennschalters bildet, wird darüber hinaus erreicht, daß ein gesonderter Stützisolator für den Gegenkontakt des Trenn­ schalters entfällt, so daß bei dreiphasiger Ausführung des erfindungsgemäßen Hochspannungsfreiluftschaltfeldes drei Stützisolatoren mit ihren Anschlüssen eingespart werden.

Es kann an dem Tragrahmen ein Ortssteuerschrank zur Unter­ bringung einer prozeßnahen Sekundärtechnik, Monitoring und Schutztechnik befestigt werden. Dadurch werden auch für den Steuerschrank Fundamente eingespart.

Um eine hohe dielektrische Festigkeit zwischen dem Leistungs­ schalter und dem Trennschalter zu Beginn der Ausschaltbewe­ gung des Trennschalters zu gewährleisten, ist bei einem Aus­ schaltvorgang unmittelbar nach dem Öffnen der Trennstrecke ein Abstand zwischen dem beweglichen Kontakt des Trennschal­ ters und dem spannungführenden Stromanschluß oder der Schalt­ strecke des Leistungsschalters gebildet, dessen dielektrische Festigkeit gleich oder größer ist als der Isolationswert der Schaltstrecke des Leistungsschalters.

Hierzu ist besonders ein Trennschalter geeignet, der ein aus in einem Gelenk miteinander verbundenen Hebelarmen bestehen­ der Klapptrenner ist, wobei der erste Hebelarm an seinem freien Ende den beweglichen Kontakt trägt und der zweite He­ belarm mit seinem dem ersten Hebelarm abgewandten Ende mit einem auf dem Stützisolator des Trennschalters angeordneten Schaltgetriebe in Verbindung steht.

Damit bei einem derartigen Trennschalter bei einem Aus­ schaltvorgang unmittelbar nach dem Öffnen der Trennstrecke die durch die Erfindung beabsichtigte hohe dielektrische Fe­ stigkeit erreicht wird, nimmt in weiterer Ausbildung der Er­ findung der mit dem Schaltgetriebe des Trennschalters in Ver­ bindung stehende Hebelarm ein mit dem Schaltgetriebe oder mit diesem Hebelarm in Wirkverbindung stehendes Gestänge auf, das im Bereich des Gelenkes des Trennschalters gemeinsam mit dem Gelenk als Getriebe ausgebildet ist, derart, daß nach dem Öffnen der Trennstrecke der den beweglichen Kontakt tragende Hebelarm des Trennschalters aus dem Bereich des Leistungs­ schalters heraus schwenkbar ist.

Dabei sollte nach dem Öffnen der Trennstrecke der Winkel α zwischen dem den beweglichen Kontakt tragenden Hebelarm und dem mit dem Schaltgetriebe in Verbindung stehenden Hebelarm kleiner als 90° sein, so daß der bewegliche Kontakt des Trennschalters unmittelbar nach dem Öffnen der Trennstrecke eine Stellung einnimmt, die parallel zur Schaltstrecke des Leistungsschalters verläuft. Um jedoch zu gewährleisten, daß der bewegliche Kontakt beim Schließen der Trennstrecke in den Gegenkontakt einläuft, sollte der Winkel β vor dem Schließen der Trennstrecke vorzugsweise 90° betragen.

Diese unterschiedlichen Winkellagen des den beweglichen Kon­ takt tragenden Hebelarmes zu dem mit dem Schaltgetriebe in Verbindung stehenden Hebelarm können aber auch dadurch er­ reicht werden, daß in dem Gelenk des Trennschalters eine mit dem den beweglichen Kontakt tragenden Hebelarm in Wirkverbin­ dung stehende Rückholfeder vorgesehen ist, durch die nach dem Öffnen der Trennstrecke der den beweglichen Kontakt tragende Hebelarm aus dem Bereich des Leistungsschalters heraus­ schwenkbar ist.

Indem in dem Gelenk ein zweiter Federkörper vorgesehen ist, der mit der Rückholfeder in Wirkverbindung steht, kann nach Beendigung eines Ausschaltvorganges die Kraft der Rückholfe­ der teilweise aufgehoben werden, so daß im Zusammenwirken mit einem Anschlag der dem beweglichen Kontakt tragende Hebelarm zum mit dem Schaltgetriebe in Verbindung stehenden Hebelarm einen Winkel β von 90° einschließt. Somit ist ein sicheres Schließen der Trennstrecke sichergestellt.

Da mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungsfrei­ luftschaltfeld die Anzahl der Isolatoren weiter reduziert wird, um dadurch auch eine Reduzierung des für das Hochspan­ nungsfreiluftschaltfeld benötigten Raumes zu erreichen, ist vorteilhaft in den den Trennschalter aufnehmenden Stützisola­ tor der Überspannungsableiter, der ein Zinkoxid-Ableiter sein kann, integriert.

Der Minimierung von Isolatoren in dem erfindungsgemäßen Hoch­ spannungsfreiluftschaltfeld dient auch die vorteilhafte An­ ordnung des Strom- und/oder Spannungswandlers zwischen dem Leistungsschalter und dessen Stützisolator. Hierbei kann der Strom- und/oder Spannungswandler vorteilhaft ein optischer Meßwandler sein. Auch durch dieses Merkmal der Erfindung wird der benötigte Raum für das Hochspannungsfreiluftschaltfeld weiter reduziert.

Darüber hinaus wird bei diesem Hochspannungsfreiluftschalt­ feld auch eine verbesserte Betriebssicherheit erzielt, indem der die Unterbrechereinheit des Leistungsschalters begren­ zende Isolator, der den Leistungsschalter aufnehmende Stüt­ zisolator sowie der Stützisolator und der Drehisolator des Trennschalters Verbundisolatoren sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spieles in einer Zeichnung gezeigt und näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines kompakten, Hochspannungsfreiluftschaltfeldes,

Fig. 2 eine Teilansicht eines als Klapptrenner aus­ gebildeten Trennschalters des Hochspannungs­ freiluftschaltfeldes nach Fig. 1 in unter­ schiedlichen Positionen nach dem Öffnen der Trennstrecke und

Fig. 3 und 4 Teilansichten von zwei Ausführungsvarianten des Trennschalters nach Fig. 2 im Bereich des die Hebelarme verbindenden Gelenkes sowie des Gegenkontaktes.

Die Fig. 1 zeigt ein kompaktes Hochspannungsfreiluftschalt­ feld, das für alle Anlagenkomponenten einen gemeinsamen Tragrahmen 1 besitzt. Auf diesem ist die Polsäule 2 des Lei­ stungschalters 3 und ein als Klapptrenner ausgebildeter Trennschalter 4 montiert. Der Trennschalter könnte auch bei­ spielsweise als Schubtrennschalter oder als Schwenkschalter ausgebildet sein. Während der Leistungsschalter 3, dessen Un­ terbrechereinheit 5 stehend angeordnet ist, über den Stütz­ isolator 6 auf dem Tragrahmen 1 befestigt ist, ist der Trenn­ schalter 4 über den Stützisolator 7 auf dem Tragrahmen 1 mon­ tiert, und zwar gemeinsam mit dem Drehisolator 8 des Trenn­ schalters 4. Der Tragrahmen 1 nimmt auch den Steuerschrank 9 für das Hochspannungsfreiluftschaltfeld sowie den Motoran­ trieb 10 für den Trennschalter 4 auf.

Wie aus Fig. 1 weiterhin ersichtlich ist, bildet der Strom­ anschluß 11 des Leistungsschalters 3 gleichzeitig den Gegen­ kontakt 12 für den beweglichen Kontakt 13 des Trennschalters 4, der am freien Ende eines Hebelarmes 14 angeordnet ist, der über ein Gelenk 15 mit einem zweiten Hebelarm 16 in Ver­ bindung steht, dessen anderes Ende mit dem von dem Stütziso­ lator 7 aufgenommenen Schaltgetriebe 17 in Wirkverbindung steht. Damit erfolgt die Kontaktbewegung des Trennschalters 4 in der Ebene des Schaltfeldes 18, das auf der einen Seite durch die Polsäule 2 des Leistungsschalters 3 und auf der an­ deren Seite durch den Stützisolator 7 des Trennschalters 4 begrenzt wird.

Während in den Stützisolator 7 des Trennschalters 4 ein als Zinkoxid-Ableiter ausgebildeter Überspannungsableiter 19 in­ tegriert ist, ist zwischen dem Leistungsschalter 3 und dem Stützisolator 6 ein Strom- und/oder Spannungswandler 20 vor­ gesehen, der ein optischer Meßwandler ist.

Indem die Stützisolatoren 6, 7, der Drehisolator 8 und der die Unterbrechereinheit 5 des Leistungsschalters 3 einschließende Isolator 21 als Verbundisolatoren ausgebildet sind, gewähr­ leistet dieses kompakte Hochspannungsfreiluftschaltfeld gleichzeitig einen guten Personenschutz.

Ausgehend davon, daß der Stromanschluß 11 des Leistungsschal­ ters 3 gleichzeitig den Gegenkontakt 12 für den beweglichen Kontakt 13 des Trennschalters 4 bildet, ist es vorteilhaft, daß bei einem Ausschaltvorgang unmittelbar nach dem Öffnen der Trennstrecke ein Abstand zwischen dem beweglichen Kontakt 13 des Trennschalters 4 und der Schaltstrecke 22 des Lei­ stungsschalters 3 gebildet wird, dessen dielektrische Fe­ stigkeit mindestens dem Isolationswert der Schaltstrecke 22 des Leistungsschalters 3 mit seinem Spannung führenden Strom­ anschluß 23 entspricht.

Daher nimmt, wie aus Fig. 2 hervorgeht, der den beweglichen Kontakt 13 tragende Hebelarm 14 des Trennschalters 4 unmit­ telbar nach dem Öffnen der Trennstrecke, also nach dem Ver­ lassen des Gegenkontaktes 12, eine Stellung ein, die parallel zur Schaltstrecke 22 des Leistungsschalters 3 verläuft. Das aber bedeutet, daß der Winkel α zwischen dem den beweglichen Kontakt 13 tragenden Hebelarm 14 und dem mit dem Schalt­ getriebe 17 in Verbindung stehenden Hebelarm 16 kleiner als 90° ist. Da das Gelenk 15, über das beide Hebelarme 14, 16 miteinander verbunden sind, sich bei einem Ausschaltvorgang auf einer kreisbogenförmigen Bahn bewegt, nimmt bei allen folgenden Stellungen der Hebelarme 14, 16, von denen zwei wei­ tere Stellungen aus Fig. 2 hervorgehen, der den beweglichen Kontakt 13 tragende Hebelarm 14 des Trennschalters 4 zwar eine Stellung ein, die nicht mehr parallel zur Schaltstrecke 22 verläuft, da aber der Abstand des Gelenkes 15 zur Schalt­ strecke 22 sich bei einem Ausschaltvorgang ständig vergrö­ ßert, ist das auch mit einer stetig zunehmenden dielektri­ schen Festigkeit verbunden.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß der mit dem Schaltgetriebe 17 des Trennschalters 4 gemäß Fig. 1 und 2 in Verbindung ste­ hende Hebelarm 16 ein ebenfalls mit dem Schaltgetriebe 17 in Wirkverbindung stehendes Gestänge 24 aufnimmt, das im Bereich des Gelenkes 15 ein Getriebe 25 bildet, indem eine Zahnstange 26 mit einem Zahnkranz 27 zusammenarbeitet. Durch Betätigung dieses Getriebes 25 über das Gestänge 24 wird der Hebelarm 14 des Trennschalters 4 derart betätigt, daß unmittelbar nach dem Öffnen der Trennstrecke der den beweglichen Kontakt 13 tragende Hebelarm 14 eine Stellung einnimmt, wie sie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Gleichzeitig wird aber auch durch das Getriebe 25 gewährleistet, daß zumindest vor dem Schließen der Trennstrecke der Winkel β zwischen dem den beweglichen Kontakt 13 tragenden Hebelarm 14 und dem Hebelarm 16 des Trennschalters 4 wenigstens 90° beträgt. Dieses geht aus der Darstellung nach Fig. 3 hervor. Dadurch ist gesichert, daß beim Schließen der Trennstrecke der bewegliche Kontakt 13 der an seinem freien Ende eine Rolle 28 besitzt, in den Gegenkon­ takt 12 sicher einlaufen kann.

Diese unterschiedlichen Winkelstellungen, die der den beweg­ lichen Kontakt 13 tragende Hebelarm 14 des Trennschalters 4 zu dem mit dem Schaltgetriebe 17 gemäß Fig. 1 und 2 in Ver­ bindung stehenden Hebelarm 16 einnimmt, können aber auch durch die Ausbildung im Bereich des die beiden Hebelarme 14,16 verbindenden Gelenkes 15 nach Fig. 4 erreicht werden. Gemäß dieser Ausbildung ist in dem Gelenk 15 eine mit dem den beweglichen Kontakt 13 tragenden Hebelarm 14 in Wirkverbin­ dung stehende Rückholfeder 29 vorgesehen, durch die nach dem Öffnen der Trennstrecke der den beweglichen Kontakt 13 tra­ gende Hebelarm 14 unter Berücksichtigung des Winkels α - Fig. 1 - herausgeschwenkt wird.

Durch Anordnung eines zweiten Federkörpers 30 im Bereich des die beiden Hebelarme 14,16 verbindenden Gelenkes 15 kann nach Beendigung eines Ausschaltvorganges, indem dieser Federkörper 30 ebenfalls über ein Gestänge 31 mit dem Schaltantrieb 17 des Trennschalters 4 in Verbindung steht, die Kraft der Rück­ holfeder 29 teilweise aufgehoben werden, so daß im Zusammen­ wirken mit einem nicht weiter dargestellten Anschlag der den beweglichen Kontakt 13 tragende Hebelarm 14 zu dem Hebelarm 16 im Moment des Einlaufens in den Gegenkontakt 12 einen Win­ kel β von ebenfalls mindestens 90° einnimmt, wie aus Fig. 4 hervorgeht.

Claims (10)

1. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld, das einen orts­ festen Leistungsschalter (3), einen Trennschalter (4) und insbesondere andere Anlagenkomponenten, wie Strom- und/oder Spannungswandler (20) und einen Überspannungsableiter (19) aufweist, wobei die Anlagenkomponenten je Phase auf einem ge­ meinsamen Tragrahmen (1) angeordnet sind, und wobei eine Polsäule (2) des Leistungsschalters (3) auf der einen Seite das Schaltfeld begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromanschluß (11) des Leistungsschalters (3) gleichzei­ tig den Gegenkontakt (12) für den beweglichen Kontakt (13) des Trennschalters (4) bildet, und daß ein der Antriebskraftübertragung dienender Drehisolator (8) des Trennschalters (4) auf der anderen Seite das Schaltfeld (18) begrenzt.

2. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechereinheit (5) des Leistungsschalters (3) ste­ hend angeordnet ist.

3. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbewegung des Trennschalters (4) in der Ebene des Schaltfeldes (18) erfolgt.

4. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ausschaltvorgang unmittelbar nach dem Öffnen der Trennstrecke ein Abstand zwischen dem beweglichen Kontakt (13) des Trennschalters (4) und dem spannungführenden Stromanschluß (23) oder der Schaltstrecke (22) des Leistungs­ schalters (3) gebildet ist, dessen dielektrische Festigkeit gleich oder größer ist als der Isolationswert der Schalt­ strecke (22) des Leistungsschalters (3).

5. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennschalter (4) ein aus in einem Gelenk (15) miteinan­ der verbundenen Hebelarmen (14, 16) bestehender Klapptrenner ist, wobei der erste Hebelarm (14) an seinem freien Ende den beweglichen Kontakt (13) trägt und der zweite Hebelarm (16) mit seinem dem ersten Hebelarm abgewandten Ende mit einem auf einem Stützisolator (7) des Trennschalters (4) angeordne­ ten Schaltgetriebe (17) in Verbindung steht.

6. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Schaltgetriebe (17) des Trennschalters (4) in Verbindung stehende Hebelarm (16) ein mit dem Schaltgetriebe (17) oder mit diesem Hebelarm (16) in Wirkverbindung stehen­ des Gestänge (24) aufnimmt, das im Bereich des Gelenkes (15) des Trennschalters (4) gemeinsam mit dem Gelenk (15) als Ge­ triebe (25) ausgebildet ist, derart, daß nach dem Öffnen der Trennstrecke der den beweglichen Kontakt (13) tragende Hebel­ arm (14) aus dem Bereich des Leistungsschalters (3) heraus­ schwenkbar ist.

7. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gelenk (15) des Trennschalters (4) eine mit dem den beweglichen Kontakt (13) tragenden Hebelarm (14) in Wirkver­ bindung stehende Rückholfeder (29) vorgesehen ist, durch die nach dem Öffnen der Trennstrecke der den beweglichen Kontakt (13) tragende Hebelarm (14) aus dem Bereich des Leistungs­ schalters (3) herausschwenkbar ist.

8. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den den Trennschalter (4) aufnehmenden Stützisolator (7) ein Überspannungsableiter (19) integriert ist.

9. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Leistungsschalter (3) und dessen Stützisolator (6) der Strom- und/oder Spannungswandler (20) vorgesehen ist.

10. Kompaktes Hochspannungsfreiluftschaltfeld nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom- und/oder Spannungswandler (20)ein optischer Meß­ wandler ist.