EP4091185B1 - Schaltanordnung für mittelspannung - Google Patents
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- EP4091185B1 EP4091185B1 EP21708131.4A EP21708131A EP4091185B1 EP 4091185 B1 EP4091185 B1 EP 4091185B1 EP 21708131 A EP21708131 A EP 21708131A EP 4091185 B1 EP4091185 B1 EP 4091185B1
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- H01H33/121—Load break switches
- H01H33/122—Load break switches both breaker and sectionaliser being enclosed, e.g. in SF6-filled container
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
- H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
- H01H3/42—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using cam or eccentric
Definitions
- the invention relates to a switching arrangement for medium voltage according to the preamble of claim 1.
- Switching arrangements for medium voltage are provided, for example, in local network transformer stations, which are often built as a compact housing with several modules for several fields of electrical equipment.
- a housing with three switching fields can be provided, namely a feed-in field, an output field and a transformer switching field to which the local network transformer is connected.
- the local network transformer in turn, has several outlets for the low voltage network.
- a switching field for example, has typical dimensions for medium voltage switchgear, i.e. usually a box-shaped design with edge lengths between approx. 0.5 and approx. 2 m.
- Such a system which is used to earth the secondary side of the fuse, must not lead to any dielectric flashovers to the live components of the switchgear when the main switchgear is in the on and off positions. Furthermore, such a system must ensure a reliable switch position indication, i.e. if the operator is shown "earth" by a visual display on the front of the system, the system must actually be earthed. Controlling this second earthing function via a separate drive source does not make economic sense.
- the earthing function is integrated into the switching device in three-position load break switches or it is supplemented by a separate earthing switch with its own or shared drive system.
- Alternative solutions have so far provided for the switching shaft of a three-position load break device (ON, OFF, EARTH) to be moved via the earthing switch, but in this case the earthing switch is moved during all switch movements (ON, OFF, EARTH).
- ON, OFF, EARTH three-position load break device
- the earthing switch is moved during all switch movements (ON, OFF, EARTH).
- the load break switch is influenced (braked) during its switching movement in ON and OFF.
- the earthing switches are usually equipped with three switching blades/plates, each of which earths a phase individually and short-circuits it via a shaft. At least one component is therefore required per phase to establish this connection to the earth potential.
- Such a load-break switch is known from the publication WO 2009/010359 A2
- a three-phase combined load-break and earthing switch is presented, which is insulated with protective gas in a metal housing.
- the earthing switch for earthing the output lines is driven by a mechanical coupling device.
- Switchgear type 8DJH for secondary distribution networks up to 24 kV, gas-insulated - Medium-voltage switchgear Siemens AG 2017, article no. EMMS-K1440-A211-A6, is from page 18 A transformer branch of a switchgear is known in which an earthing function is integrated in a load switch.
- the object of the invention is to provide a switching arrangement for medium voltage which is comparatively particularly space-saving and quick to switch.
- the invention solves this problem by a switching arrangement for medium voltage according to claim 1.
- a medium voltage switching arrangement has a load-break switch that can disconnect or switch on each phase to be switched with a separate switching mechanism. This can assume three positions, namely OFF, ON and EARTHING.
- the switch has a contact that is rotatably mounted and is switched off in a neutral position (OFF), i.e. does not contact any conductor.
- OFF neutral position
- the contact can be swung to one side to switch on medium voltage.
- the contact can be swung to the other side. There it touches an earthing contact.
- medium voltage refers to voltages between 1 kV and 52 kV, preferably between 12 kV and 36 kV.
- a safety device in the sense of the invention is an electrical fuse which is suitable for triggering an electrically conductive connection.
- a fuse can be used.
- the fuse device is connected in series between the load-break switch and the output line.
- the output cable can, for example, have an external connector for establishing a connection to a downstream electrical device, such as a transformer.
- a mechanical coupling device is any device that is suitable for receiving (coupling) and transmitting a movement by means of a kinematic chain of mechanical components. The movement is decoupled at the destination.
- the mechanical coupling device therefore does not use an additional electrical drive and generally does not require an additional electronic control system or corresponding electrical conductors that would have to be shielded or laid in an electrically insulated manner.
- the load-break switch and the earthing switch are mechanically coupled, i.e. a switching operation of the load-break switch mechanically forces a movement of the earthing switch.
- a switching operation of the load-break switch mechanically forces a movement of the earthing switch.
- the installation space saved is particularly valuable when using a switching arrangement in a gas space insulated with sulfur hexafluoride-free (SF 6 ) protective gas, because such protective gases typically provide poorer electrical insulation than SF 6 and therefore comparatively larger insulation distances are required.
- SF 6 sulfur hexafluoride-free
- the coupling device has a lifting rod, wherein an axial rotary movement of a drive axis of the load-break switch is kinematically coupled into a translatory lifting movement of the lifting rod.
- a lifting rod in the sense of the invention can essentially have any geometric shape and any cross-section, for example, it can be designed as a cylinder or tubular or in profile form.
- the coupling device has a driver connected to the drive axle in a rotationally fixed manner with a first driver means, wherein the first driver means is designed to grip a second driver means in the event of a switching operation of the load-break switch from OFF to EARTHING and to translate the axial rotary movement into a translatory lifting movement, and to miss the second driver means in the event of a switching operation of the load-break switch from OFF to ON.
- the first driver means can be a flat and narrow sheet or a rod with a small diameter, wherein the first driver means is attached to a drive axle of the load-break switch perpendicular to the axis of rotation of this and rotates accordingly when the load-break switch is activated.
- the second driver means can be designed in a simple design as a projection which extends into the plane of rotation of the first Accordingly, when the drive shaft of the load-break switch is rotated clockwise, which corresponds to switching to earth potential, the projection can be grasped by the sheet metal and the lifting rod can be pulled. This activates the earthing switch in order to earth the switch. If the load-break switch is designed for operation in the opposite orientation, i.e. disconnecting when the drive shaft is rotated anti-clockwise, the first and second drive means can be designed accordingly.
- the first driving means is designed to fix the second driving means in its position in the event of a switching operation of the load-break switch from OFF to ON.
- the first driving means locks or blocks a lifting movement of the lifting rod. This increases safety because, for example, incorrect switching operations of the earthing switch due to vibrations or earthquakes are avoided.
- the first driving means has a projection and the second driving means provides an engagement point for the projection.
- the first driving means has a sheet or plate attached to the rotation axis, on which a projection arranged coaxially to the drive axis is moved in a rotation plane.
- the second driving means can have a recess, a hook or, in the simplest case, a flat sheet as an engagement point, which is gripped by the projection and moved when the drive axis of the load break switch rotates.
- the second driving means is arranged directly on the lifting rod. This is an advantage because this design is particularly easy to implement.
- a guide can be provided for the lifting rod so that only movement in one axis is possible.
- the lifting rod can also be attached only at its two ends.
- the second driving means is arranged on a connecting piece which is connected to the lifting rod via a pivot point.
- the connecting piece can be held in a guide in such a way that bending forces on the lifting rod are essentially avoided when a force is transmitted to the lifting rod. Due to a reduction in bending forces, a particularly long service life of the switching arrangement is ensured. This is particularly important because protective gas-insulated systems are often used, which are sealed maintenance-free for up to 35 years.
- the coupling device has a transmission device which kinematically couples a translational lifting movement of the lifting rod into an axial rotary movement of a drive axis of the earthing switch.
- the transmission device has a rocker whose first end is rotatably connected to the lifting rod and whose second end is rotatably connected to a connecting lever which is connected to the drive shaft of the earthing switch via a lever piece.
- a grounding arm is arranged on the drive shaft of the grounding switch, which is designed to make electrically conductive contact with at least one grounding point and to ground the output line by means of an axial rotation of the drive shaft of the grounding switch.
- An output line in the sense of the invention is, for example, a so-called cable outlet branch of the system.
- the grounding arm has a spring device that can be pre-tensioned in the ungrounded state.
- a leg spring can be provided, one leg of which is attached to the grounding arm and the second arm of which is supported on a support point, for example on a housing of the switching arrangement.
- the switching arrangement is designed to be three-phase, so that three safety devices, three earthing points and three output lines are provided. This is an advantage because switching arrangements according to the invention are often used, for example, in local network stations where three-phase medium voltage must be transformed for the low-voltage distribution network.
- At least one grounding arm is designed to contact at least two grounding points.
- the grounding points are, for example, round or cylindrical contacts made of a material with good electrical conductivity, such as copper.
- This embodiment is particularly space-saving because fewer than three grounding arms have to be moved to reach the three grounding points (of each phase). This can be achieved, for example, by making a grounding arm so wide, at least in its end region, that it strikes at or between two grounding points.
- a U-shaped web with wings bent back in the direction of the drive axis of the grounding switch can be provided at the free end of the respective grounding arm, with the wings achieving a clamping effect with particularly good electrical contact when the grounding arm is moved between two grounding points.
- one grounding arm can be used that reaches two grounding points and another grounding arm that only reaches one grounding point.
- two similar earthing arms can be used next to each other, each contacting two earthing points, with both earthing arms jointly contacting an earthing point of a phase in the middle between them.
- a design with only one earthing arm, which has a wide bar for contacting all earthing points of the phases, is also advantageously possible.
- three earthing arms can be provided for the three phases of the switch.
- the safety device has a fuse.
- HH fuse high-voltage high-performance fuse
- the switching arrangement is designed for a transformer switchgear panel, to whose output line a transformer can be connected. This is an advantage because, particularly in the case of transformer switchgear panels, a load-break switch-fuse combination is often required, which makes a safety device necessary.
- the Figure 1 shows a so-called mimic diagram of a known combination of load-break switch 1 and secondary earthing function 7,13 in a single-phase representation.
- Line 3 is connected to a medium-voltage network and leads to the load-break switch 1, which has a contact 6 driven by an axial rotary movement of the drive shaft 5. The OFF switching position is shown. If the contact 6 is switched to a medium-voltage connection point 4, the switching position is ON. Voltage is then applied via a fuse 12 to a plug device 14, which has an outlet 15 for connecting a transformer.
- a further line 13 runs from a connection point 11 to the load-break switch 1.
- the contact 6 is switched to an earth contact 8 at earth potential 9, the contact 6 also contacts the further line 13 and thus additionally earths the transformer output 15.
- the Figure 2 shows another design of a known switching arrangement in which the second earthing function is arranged as an independent earthing switching device 2 at the cable outlet 15 of the system.
- a movement of the contact 6 in the load-break switch 1 is coupled into the earthing switch 2 via a kinematic chain 16 and makes it possible to switch the connection point 11 "behind" the fuse 12 to a second earthing point.
- the kinematic chain 16 can switch all phases simultaneously. Insulation distances can be smaller or can be almost completely neglected if the kinematic chain 16 is at least partially constructed with non-conductive materials.
- the disadvantage is that the earthing switch has to follow every movement of the load-break switch, including the actually unnecessary switching action from OFF to ON and vice versa. On the one hand, this slows down the switching movements of the load-break switch for a given drive power of the drive shaft 5. On the other hand, more installation space is required for the earthing switch so that it can be moved (without touching a counter contact).
- Figure 3 shows a first view of a switching arrangement according to the invention in the form of a longitudinal section 21 through a housing 22,23 with base 23 and first side wall 22.
- the load disconnector 1 with drive shaft 5 is connected via a lifting rod 25 connected to a translation device 26, which kinematically couples a translatory lifting movement of the lifting rod 25 into an axial rotary movement of a drive axis of the earthing switch.
- a fuse 12 for one of the three phases of the switching arrangement is mounted in the middle of the housing.
- Figure 4 shows a second, perspective view of the aforementioned switching arrangement.
- Three earthing points 28 and the drive shaft 17 of the earthing switch with two earthing arms 27 are shown.
- a second side wall 24 can also be seen.
- the new system for earthing the cable outlet consists as in the Figures 3 and 4 indicated essentially consists of two flat gears and a shaft or drive axle 17 with attachments or earthing arms 27 for short-circuiting and earthing.
- the levers in the gears only transmit forces in one plane.
- the symmetrical structure of the power transmission also prevents transverse forces. This means that the levers and curved tracks can be constructed very flat. The required installation space can be minimized to advantage.
- FIG. 5 shows a first view of a coupling device 25,31,32,33,34,35,36,37.
- Figure 6 shows a purely schematic, highly simplified representation of the layering of the various sheets or components.
- the coupling device 25,31,32,33,34,35,36,37 has a first gear, so to speak, which can convert a rotary movement of the drive shaft 5 of the load break switch (with rear wall 30) into a translatory movement of a lifting rod 25.
- a driver 31 is connected to the drive shaft 5 in a rotationally fixed manner. It has a projection 36 as a first driving means, which is designed to engage in a second driving means 32.
- the second driving means 32 is designed as a bolt, which can be gripped by the projection 36 when the drive shaft 5 rotates clockwise.
- the Bolt 32 is forcibly displaceable on a curved path in a first guide channel 35 between the rear wall 30 and a stationary cover plate 33.
- the contour of the driver 31 takes the bolt 32 along the curved path in the guide channel 35 and thus converts the rotational movement of the switch into a translatory lifting movement of the bolt 32. If, on the other hand, the load-break switch moves through the switch positions OFF to ON or ON to OFF, the contour of the driver 31 forces the bolt 32 into its position, but does not move it any further, so that only the driver 31 moves with the load-break switch shaft 5.
- the bolt 32 is arranged between two connecting pieces 34, which are connected to the lifting rod 25 via a pivot point 130.
- the lifting rod 25 in turn lies between the two sheets of the connecting pieces 34.
- the connecting pieces 34 are held in a guide 37,99 in such a way that when a force is transmitted to the lifting rod 25, bending forces on the lifting rod 25 are essentially avoided.
- the guide 37,99 has two guide channels 37 in the two connecting pieces 34. The connecting piece can be moved via the guide channels 37, while a bolt 99 is fixed in place between the rear wall 30 and the cover plate 33.
- Figures 7 to 9 show switching positions 40,41,42 of the coupling device according to Figure 5 .
- the drive shaft 5 rotates the driver 31 anti-clockwise (e.g. between 10° and 90°). This does not pull the connecting pieces 34 along, and accordingly the connecting pieces 34 and the lifting rod 35 remain essentially in the same position as when OFF 41.
- the special geometry or cross-sectional shape of the driver 31 means that the bolt 32 is locked in such a way that the lifting rod 25 is essentially fixed or cannot be moved.
- the driver 31 has a locking device for this purpose, which has, for example, a bulge in radial extension.
- the locking device has the advantage that vibrations during operation, such as those caused by earthquakes, etc., cannot accidentally cause earthing and thus a short circuit.
- Figure 10 shows a view of a translation device 50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63, which kinematically couples the translatory lifting movement of the lifting rod 25 into an axial rotary movement of the drive shaft 17 of the earthing switch.
- the switching position OFF or ON is shown.
- a base plate 50 and a holding plate 51 are designed as flat metal sheets and form a gap in which a coupling lever 63, a rocker 57, a connecting lever 53 and a lever piece 55 are arranged.
- the coupling lever 63 has a guide channel 62 for a bolt 61, wherein the bolt 61 is additionally arranged in a guide channel 59 of the rocker 57.
- the rocker 57 is rotatably mounted on a pivot point 58.
- a further guide channel 60 is provided for the bolt 56.
- the bolt 56 is also positively guided in a guide channel 52 of the holding plate 51.
- the bolt 56 is connected to the connecting lever 53.
- the connecting lever 53 is rotatably connected via a bolt 54 to the lever piece 55, which in turn is connected in a rotationally fixed manner to the drive shaft 17 of the earthing switch.
- This design of the kinematic chain in the area of the transmission device is therefore similar to the power transmission in steam locomotives, in which a piston movement is converted into a wheel rotation via a coupling rod.
- variable gear ratios can be achieved during the movement of the lifting rod 25 according to the principles of the lever law.
- the gear also has a freewheel in the earthing position.
- the variable gear ratio ensures that a different angle is converted from the rod stroke than the initial angle on the load-break switch.
- it ensures different force equilibria on the travel path, which facilitate any necessary braking of the load-break switch shaft in the event of a blockage.
- the freewheel ensures that the position of the coupled lever pieces 55 including the drive axle 17 does not change when the bolts move further in the freewheel. This makes the earthing position of the second earthing axle 17 particularly insensitive to tolerances and enables precise approach to the EARTHING position. An additional stop is superfluous.
- Figures 11 and 12 show the two switching positions OFF 41 and EARTHING 42 of the transmission device. From OFF 41 to EARTHING 42, the lifting rod 25 moved the coupling lever 63 by the rod stroke 47 and thus pulled the rocker 57 in the direction of the load break switch. As a result, the connecting lever 53 was pushed away from the coupling lever 63 in the direction of the drive axis 17, which caused a clockwise rotation 68 of the lever piece 55 around the drive shaft 17 of the earthing switch.
- Figure 13 shows another variant of a transmission device 51,53,54,55,57,58, which does not require guide channels.
- This design is therefore particularly easy to construct and particularly reliable and durable.
- the earthed state is shown, in which, just like in the embodiment according to Figure 12 the rocker 57 and the connecting lever 53 are essentially aligned in one axis and thus press the earthing arm 72 particularly stably or robustly against an earthing point 70.
- This mechanical configuration in the earthed state is comparatively particularly suitable for enabling a secure contact with the earthing point in the event of vibrations such as earthquakes, etc.
- Figures 14 and 15 show the switch positions OFF 41 and EARTHING 42 of an earthing arm 72 with contact body 71.
- the earthing arm 72 In the OFF 41 position, the earthing arm 72 is pre-tensioned by means of a spring device 73, which is supported on the one hand on the earthing arm 72 and on the other hand on the housing base 23.
- a so-called leg spring is used. The load on the entire kinematic chain up to the switch and the drive is reduced. The leg spring is tensioned in the OFF position and releases its energy when switching from OFF to EARTHING. When moving from EARTHING to OFF, the leg spring is tensioned.
- the drive shaft 17 of the earthing switch rotates 68, the contact body 71 is brought into electrically conductive contact with the earthing point 70.
- the drive shaft 17 is mounted in an end area 74 of the base plate.
- Contact body 70, grounding arm 72 and grounding point 70 can, for example, be made at least partially of copper in order to form a good electrically conductive connection.
- the axis 17 serves to form an electrically conductive connection to the earth potential.
- the sheets e.g. made of copper, move between two adjacent phases and short-circuit them.
- a contact pressure force is guaranteed by an overlap of the nominal span of the copper sheet and the electrodes.
- An additional spring element is not absolutely necessary. This design means that only two small copper contacts are needed to earth the three phases in total, instead of the three that were previously required.
- FIGS 16 and 17 show an embodiment of a multi-phase switching arrangement with two earthing arms 72,82, which are attached to the drive shaft 17.
- Each earthing arm 72,82 has a substantially U-shaped bent sheet 87,88,89,90 as a contact body, which engages between two of the three earthing points 70,80,81.
- the U-shaped sheet can slide between two earthing points when switching to EARTHING and is compressed in the process. This ensures a clamp fit with a contact that conducts electricity well.
- each side of a contact body 89,90 is divided into two sheets 92,93, parallel to the drive axis 17.
- FIGS. 19 to 21 show a further variant for the design of the grounding arms 71.
- a screw 132 holds a contact body 130, which, in contrast to the aforementioned variants, is not slotted to the end, but has two recesses 132 (one per end).
- a transverse plate 134 additionally stabilizes the construction.
- a displacement 135 of the contact body 130 transverse to the grounding arm 72 is possible, e.g. by providing a Long hole in the transverse direction for the screw 132.
- This enables individual tolerance compensation of the contact bodies. As soon as the contact bodies move between the earthing points or electrodes, they automatically align themselves between the electrodes by means of a transverse displacement, thus ensuring an even distribution of force and better contact.
- This design advantageously enables larger manufacturing-related tolerances and increases reliability in operation.
- Figure 22 shows another embodiment of a multi-phase switching arrangement with three earthing arms 100,101,102, each of which has two parallel plates 104,105,106,107,108,109. Each plate is individually attached to the drive shaft 17 with a screw connection 110.
- Each earthing arm 100,101,102 has a clamping screw 111,112,113, which sets a distance 114 between the pairs of plates 104,105,106,107,108,109. Unlike the earthing arms explained above, it is now provided that the two plates of an earthing arm surround an earthing point on the outside with a slight clamp fit.
- Figure 23 shows a longitudinal section through a multiphase switching arrangement with several mounting positions 123,124,125,126 for the coupling device.
- the first gear of the coupling device for example also the driver on the axis 5, was spatially arranged in the area 123. This essentially corresponds to an attachment to a rear wall of the module housing for the load disconnector.
- the first gear can also be arranged inside the switch-disconnector 1 between switching chambers for two phases, i.e. at positions 124 and 125.
- a comparable saving in installation space can be achieved if a gear comparable to the transmission device with a rigid coupling is arranged on the load-break switch and a second gear with, for example, a driver, first and second driver means, etc. is arranged on the earthing switch. Accordingly, with this design, mechanical decoupling during a switching operation from OFF to ON (and vice versa) would only take place in the immediate vicinity of the earthing switch, instead of as in the previously described embodiments of the load-break switch.
Landscapes
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
- Gas-Insulated Switchgears (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für Mittelspannung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Schaltanordnungen für Mittelspannung werden beispielsweise in Ortnetztransformatorstationen vorgesehen, die häufig als kompaktes Gehäuse mit mehreren Modulen für mehrere Felder elektrischer Betriebsmittel gebaut werden. Z.B. kann bei einem ringförmig ausgebildeten Mittelspannungsnetz ein Gehäuse mit drei Schaltfeldern vorgesehen werden, nämlich einem Einspeisefeld, einem Ausgangsfeld und einem Transformatorschaltfeld, an das der Ortsnetztransformator angeschlossen ist. Der Ortsnetztransformator wiederum weist mehrere Abgänge für das Niederspannungsnetz auf. Ein Schaltfeld weist beispielsweise typische Dimensionen für Mittelspannungsschaltanlagen auf, d.h. i.d.R. eine kastenförmige Bauweise mit Kantenlängen zwischen ca. 0,5 und ca. 2 m.
- Bei Arbeiten an elektrischen Anlagen gelten bestimmte Sicherheitsvorschriften, um die Gefährdung von Personen auszuschließen. Unter Anderem sind nach den sogenannten "5 Sicherheitsregeln" spannungsführende Teile der elektrischen Anlage sicher zu erden und kurzzuschließen. Dies gilt auch für Transformatorabzweige bzw. Lasttrennschalter-Sicherungskombinationen (mit Erdungsschaltern) in der Mittelspannungstechnik. Dieser Schaltanlagen-Feldtyp hat die Besonderheit, dass die Hauptstrombahn der Anlage z.B. durch eine vorgesehene Schmelzsicherung in zwei Abschnitte geteilt wird, sobald keine Sicherung eingelegt ist oder diese ausgelöst wurde und der Schmelzleiter aufgetrennt ist. Diese Begebenheit macht es erforderlich, dass beide Seiten der geteilten Hauptstrombahn separat voneinander geerdet werden müssen, nämlich vor und hinter (bzw. an beiden Seiten) der Sicherung.
- Ein solches System, welches der zur Erdung der Sekundärseite der Sicherung dient, darf beim Hauptschaltgerät in Schaltstellung Ein und Aus zu keinen dielektrischen Überschlägen zu den stromführenden Bestandteilen der Schaltanlage führen. Weiterhin muss ein solches System eine sichere Schaltstellungsanzeige gewährleisten, d.h. wird dem Bediener an der Anlagenfront durch eine visuelle Anzeige "Erde" gezeigt, so muss die Anlage auch wirklich geerdet sein. Diese zweite Erderfunktion über eine separate Antriebsquelle anzusteuern ist wirtschaftlich nicht sinnvoll.
- In den bisher üblichen Bauformen der Lasttrennschalter befindet sich die Erdungsfunktion bei Dreistellungs-Lastrennschaltern im Schaltgerät integriert oder sie wird durch einen separaten Erdungsschalter mit eigenem oder gemeinsamem Antriebssystem ergänzt. Alternative Lösungen sehen bisher vor, über den Erdungsschalter die Schaltwelle eines drei-Stellungs-Lastschaltgerätes (EIN, AUS, ERDE) zu bewegen, hierbei wird der Erdungsschalter jedoch während aller Schalterbewegungen (EIN, AUS, ERDE) mitbewegt. Dies erfordert bei schlecht isolierenden Umgebungen (ohne Schutzgas oder SF6-freies elektrisch isolierendes Schutzgas mit vergleichsweise schwacher Isolationswirkung) viel Bauraum, um die dadurch entstehenden Leerbewegungen zuzulassen. Ferner wird der Lasttrennschalter bei seiner Schaltbewegung in EIN und AUS beeinflusst (gebremst). Die Erdungsschalter sind üblicherweise mit drei Schaltmessern/ Blechen ausgestattet, welche jeweils eine Phase für sich erden und über eine Welle kurzschließen. Pro Phase ist somit mindestens ein Bauteil notwendig, um diese Verbindung zum Erdpotential herzustellen.
- Ein solcher Lasttrennschalter ist aus der Druckschrift
WO 2009/010359 A2 bekannt. Es wird ein dreiphasiger kombinierter Lastrenn- und Erdungsschalter vorgestellt, der schutzgasisoliert in einem Metallgehäuse vorliegt. Der Erdungsschalter für ein Erden der Ausgangsleitungen wird über eine mechanische Koppelungsvorrichtung angetrieben. - Aus der Veröffentlichung "Schaltanlagen Typ 8DJH für sekundäre Verteilungsnetze bis 24 kV, gasisoliert - Mittelspannungsschaltanlagen", Siemens AG 2017, Artikel-Nr. EMMS-K1440-A211-A6, ist von Seite 18 ein Transformatorabzweig einer Schaltanlage bekannt, bei dem in einem Lastschalter eine Erderfunktion integriert ist.
- Ferner ist die Druckschrift
DE 10 2005 013 231 B3 bekannt, die sich mit der Ausgestaltung der benötigten Mechanik von Lasttrenn- und Erdungsschaltern beschäftigt. - An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Schaltanordnung für Mittelspannung anzugeben, die vergleichsweise besonders platzsparend und schnell zu schalten ist.
- Die Erfindung löst dies durch eine Schaltanordnung für Mittelspannung gemäß Anspruch 1.
- Typischerweise weist eine Schaltanordnung für Mittelspannung einen Lasttrennschalter auf, der jede zu schaltende Phase mit einem separaten Schaltmechanismus trennen oder einschalten kann. Dieser kann drei Positionen annehmen, nämlich AUS, EIN und ERDUNG. Beispielsweise weist der Schalter jeweils einen Kontakt auf, der drehbar gelagert und in einer Neutralposition ausgeschaltet ist (AUS), also keinen Leiter kontaktiert. Für die Einschaltung kann der Kontakt zu einer Seite geschwenkt werden, um Mittelspannung zuzuschalten. Um den nachgelagerten Schaltungsteil mit der Sicherungseinrichtung zu erden, kann der Kontakt zur anderen Seite geschwenkt werden. Dort wird ein Erdungskontakt berührt.
- Mittelspannung bezeichnet im Rahmen der Erfindung z.B. Spannungen zw. 1 kV und 52 kV, bevorzugt zwischen 12 kV und 36 kV.
- Eine Sicherungsvorrichtung im Sinne der Erfindung ist eine elektrische Sicherung, die geeignet ist, bei Überschreitung eines bauartbedingten Stromschwellenwertes eine elektrisch leitende Verbindung zu trennen. Beispielsweise kann eine Schmelzsicherung eingesetzt werden. Die Sicherungsvorrichtung liegt in Reihe geschaltet zwischen dem Lasttrennschalter und der Ausgangsleitung.
- Die Ausgangsleitung kann z.B. einen externen Stecker zum Herstellen einer Verbindung zu einem nachgeschalteten elektrischen Betriebsmittel, wie z.B. einem Transformator, aufweisen.
- Eine mechanische Koppelungseinrichtung ist im Sinne der Erfindung jede Einrichtung, die mittels einer kinematischen Kette aus mechanischen Bauteilen geeignet ist, eine Bewegung aufzunehmen (einzukoppeln) und zu übertragen. Am Zielort wird die Bewegung ausgekoppelt. Damit nutzt die mechanische Koppelungseinrichtung keinen zusätzlichen elektrischen Antrieb und kommt i.d.R. ohne zusätzliche elektronische Steuerung und entsprechende elektrische Leiter, die abzuschirmen bzw. elektrisch isoliert zu verlegen wären, aus.
- Erfindungsgemäß sind der Lasttrennschalter und der Erdungsschalter mechanisch gekoppelt, d.h. dass eine Schalthandlung des Lasttrennschalters mechanisch eine Bewegung des Erdungsschalters erzwingt. Dabei wird jedoch nun vorgeschlagen, nicht mehr alle Schalthandlungen des Lasttrennschalters zu übertragen bzw. nicht für alle Schalthandlungen eine Bewegung des Erdungsschalters zu erzwingen. Vielmehr wird bei einer Schalthandlung des Lasttrennschalters von AUS nach EIN (und entsprechend von EIN nach AUS) keine Bewegung des Erdungsschalters erzwungen. Dies hat einerseits den Vorteil, dass ein entsprechender Schaltkontakt des Erdungsschalters nur zwei Kontaktpositionen (geerdet /ungeerdet) ansteuern können muss, was im Hinblick auf den benötigen Bauraum von Vorteil ist. Insbesondere bei Einsatz einer Schaltanordnung in einem mit Schwefelhexafluorid-freien (SF6) Schutzgas isolierten Gasraum, ist der eingesparte Bauraum wertvoll, weil solche Schutzgase typischerweise schlechter elektrisch isolieren als SF6 und daher vergleichsweise größere Isolationsabstände benötigt werden.
- Andererseits wird bei EIN- oder AUSschalten des Lasttrennschalters keine Bewegung des Erdungsschalters erzwungen, was die bewegten Massen reduziert und ein rascheres Schalten des Lastrennschalters ermöglicht. Zusätzlich entsteht weniger Verschleiß der Bauteile und es wird die Schaltgeschwindigkeit nicht beeinflusst.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung weist die Koppelungsvorrichtung eine Hubstange auf, wobei eine axiale Drehbewegung einer Antriebsachse des Lasttrennschalters in eine translatorische Hubbewegung der Hubstange kinematisch eingekoppelt ist. Diese Bauform ist vorteilhaft, weil mittels der Hubstange eine Bewegung innerhalb der Schaltanordnung platzsparend übertragen werden kann. Eine Hubstange im Sinne der Erfindung kann dabei im Wesentlichen jede geometrische Form und jeden Querschnitt aufweisen, also beispielsweise als eine Zylinderform oder rohrartig ausgebildet sein oder in Profilform.
- Es weist die Koppelungsvorrichtung einen mit der Antriebsachse drehfest verbundenen Mitnehmer mit einem ersten Mitnahmemittel auf, wobei das erste Mitnahmemittel ausgebildet ist, im Falle einer Schalthandlung des Lasttrennschalters von AUS nach ERDUNG ein zweites Mitnahmemittel zu greifen und die axiale Drehbewegung in eine translatorische Hubbewegung zu übersetzen, und im Falle einer Schalthandlung des Lasttrennschalters von AUS nach EIN das zweite Mitnahmemittel zu verfehlen. Beispielsweise kann in einer einfachen Bauform das erste Mitnahmemittel ein flaches und schmales Blech oder eine Stange mit kleinem Durchmesser sein, wobei das erste Mitnahmemittel senkrecht zur Drehachse einer Antriebsachse des Lasttrennschalters an dieser angebracht ist und sich entsprechend bei Bestätigung des Lasttrennschalters mitdreht. Das zweite Mitnahmemittel kann in einer einfachen Bauweise als ein Vorsprung ausgebildet sein, der in die Drehebene des ersten Mitnahmemittels hineinragt. Entsprechend kann z.B. bei Drehung der Antriebsachse des Lasttrennschalters im Uhrzeigersinn, was z.B. einem Schalten auf Erdpotential entspricht, der Vorsprung durch das Blech gegriffen und damit die Hubstange gezogen werden. Hierdurch wird der Erdungsschalter betätigt, um eine Erdung vorzunehmen. Bei Auslegung des Lasttrennschalters für einen Betrieb in umgekehrter Orientierung, also Trennen bei Drehung der Antriebsachse gegen den Uhrzeigersinn, können das erste und das zweite Mitnahmemittel entsprechend ausgelegt werden.
- In einer Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist das erste Mitnahmemittel ausgebildet ist, im Falle einer Schalthandlung des Lasttrennschalters von AUS nach EIN das zweite Mitnahmemittel in seiner Position festzulegen. Mit anderen Worten bewirkt das erste Mitnahmemittel eine Verriegelung oder Blockierung einer Hubbewegung der Hubstange. Dies erhöht die Sicherheit, weil beispielsweise fehlerhafte Schalthandlungen des Erdungsschalters aufgrund z.B. von Erschütterungen oder bei Erdbeben vermieden werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung weist das erste Mitnahmemittel einen Vorsprung auf und das zweite Mitnahmemittel stellt einen Angriffspunkt für den Vorsprung bereit.
- Auch eine alternative Auslegung, bei der z.B. das erste Mitnahmemittel ein an der Drehachse befestigtes Blech oder eine Platte aufweist, auf dem oder auf der ein koaxial zur Antriebsachse angeordneter Vorsprung in einer Drehebene mitbewegt wird, kann mit Vorteil eingesetzt werden. Entsprechung kann das zweite Mitnahmemittel als Angriffspunkt eine Aussparung, einen Haken oder im Einfachsten Fall ein flaches Blech ausweisen, das vom Vorsprung bei Drehung der Antriebsachse des Lasttrennschalters gegriffen und mitbewegt wird. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil Sie eine einfache und sichere Bewegungsübersetzung einer Drehbewegung in eine Zugbewegung erlaubt.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist das zweite Mitnahmemittel direkt an der Hubstange angeordnet. Dies ist ein Vorteil, weil diese Bauform besonders einfach umgesetzt werden kann. In einer Weiterbildung kann z.B. eine Führung für die Hubstange vorgesehen werden, so dass nur eine Bewegung in einer Achse möglich ist. Alternativ kann die Hubstange auch lediglich an ihren beiden Enden befestigt sein.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist das zweite Mitnahmemittel an einem Verbindungstück angeordnet, das über einen Drehpunkt mit der Hubstange verbunden ist. Diese Bauform hat den Vorteil, dass eine senkrechte Distanz zwischen einer Längsachse durch die Hubstange und dem zweiten Mitnahmemittel überbrückt wird. Mit anderen Worten kann die Einbaulage der Hubstange freier gewählt werden, was im Hinblick auf erforderliche Isolationsabstände wünschenswert ist.
- Ferner kann das Verbindungsstück derart in einer Führung gehalten sein, dass bei Übertragung einer Kraft auf die Hubstange Biegekräfte auf die Hubstange im Wesentlichen vermieden werden. Aufgrund einer Verminderung von Biegekräften wird eine besonders lange Lebensdauer der Schaltanordnung sichergestellt. Dies ist besonders wichtig, da häufig schutzgasisolierte Anlagen eingesetzt werden, die für bis zu 35 Jahre wartungsfrei versiegelt werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung weist die Koppelungsvorrichtung eine Übersetzungsvorrichtung auf, die eine translatorische Hubbewegung der Hubstange kinematisch in eine axiale Drehbewegung einer Antriebsachse des Erdungsschalters auskoppelt. Dies ist ein Vorteil, weil auf diese Weise die Bewegung der Antriebsachse des Lastrennschalters sehr platzsparend auf die Antriebsachse des Erdungsschalters übertragen werden kann.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung weist die Übersetzungsvorrichtung eine Wippe auf, deren erstes Ende drehbar mit der Hubstange verbunden ist, und deren zweites Ende drehbar mit einem Verbindungshebel verbunden ist, das über ein Hebelstück mit der Antriebsachse des Erdungsschalters verbunden ist. Diese Variante ist vorteilhaft, weil Sie eine gute Abstimmung der Beschleunigungskräfte bei Einschalten des Erdungsschalters ermöglicht.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist an der Antriebsachse des Erdungsschalters ein Erdungsarm angeordnet, der ausgebildet ist, mittels einer axialen Drehung der Antriebsachse des Erdungsschalters mindestens einen Erdungspunkt elektrisch leitend zu kontaktieren und die Ausgangsleitung zu erden. Eine Ausgangsleitung im Sinne der Erfindung ist beispielsweise ein sogenannter Kabelabgangsstrang der Anlage.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung weist der Erdungsarm eine Federeinrichtung auf, die im ungeerdeten Zustand vorspannbar ist. Beispielsweise kann eine Schenkelfeder vorgesehen werden, deren einer Schenkel am Erdungsarm angebracht ist und deren zweiter Arm an einem Abstützpunkt, beispielsweise an einem Gehäuse der Schaltanordnung, abgestützt ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass durch die vorgespannte Federeinrichtung die Masseträgheit des Erdungsarms besser überwunden wird, so dass schnelle Erdungsvorgänge ermöglicht werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist die Schaltanordnung dreiphasig ausgebildet, so dass drei Sicherungsvorrichtungen, drei Erdungspunkte und drei Ausgangsleitungen vorgesehen sind. Dies ist ein Vorteil, weil erfindungsgemäße Schaltanordnungen häufig z.B. in Ortnetzstationen eingesetzt werden, bei denen dreiphasige Mittelspannung für das Niederspannungs-Verteilnetz transformiert werden muss.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist mindestens ein Erdungsarm zur Kontaktierung von mindestens zwei Erdungspunkten ausgebildet. Die Erdungspunkte sind z.B. runde oder zylindrische Kontakte aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie z.B. Kupfer. Diese Ausführungsform ist besonders platzsparend, weil weniger als drei Erdungsarme bewegt werden müssen, um die drei Erdungspunkte (jeder Phase) zu erreichen. Dies kann z.B. erreicht werden, indem ein Erdungsarm zumindest in seinem Endbereich so breit ausgebildet ist, dass er an bzw. zwischen zwei Erdungspunkten anschlägt. Beispielsweise kann am freien Ende des jeweiligen Erdungsarms ein U-förmiger Steg mit in Richtung der Antriebsachse des Erdungsschalters zurückgebogenen Flügeln vorgesehen sein, wobei die Flügel eine Klemmwirkung mit besonders guter elektrischer Kontaktierung erreichen, wenn der Erdungsarm zwischen zwei Erdungspunkte bewegt wird.
- Es kann also z.B. ein Erdungsarm eingesetzt werden, der zwei Erdungspunkte erreicht und ein weiterer Erdungsarm, der nur einen Erdungspunkt erreicht.
- Alternativ können zwei gleichartige Erdungsarme nebeneinander eingesetzt werden, die jeweils zwei Erdungspunkte kontaktieren, wobei beide Erdungsarme jeweils mittig zwischen ihnen gemeinsam einen Erdungspunkt einer Phase kontaktieren.
- Auch eine Bauform mit nur einem Erdungsarm, der einen breiten Steg zur Kontaktierung aller Erdungspunkte der Phasen aufweist, ist mit Vorteil möglich.
- Abweichend von der vorgenannten Ausführungsform können drei Erdungsarme für die drei Phasen des Schalters vorgesehen werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung weist die Sicherungsvorrichtung eine Schmelzsicherung auf. Beispielsweise kann eine Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherung (HH-Sicherung) eingesetzt werden, wie sie z.B. von Wikipedia bekannt ist (permanenter Link: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Schmelzsicherung&o ldid=195819210). Nach Auslösen einer Schmelzsicherung liegt keine Erdung der Ausgangsleitung mehr vor, was einen zweiten Erdungsschalter erforderlich macht.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist die Schaltanordnung für ein Transformator-Schaltfeld ausgebildet, an deren Ausgangsleitung ein Transformator anschließbar ist. Dies ist ein Vorteil, weil besonders bei Transformator-Schaltfeldern häufig eine Lasttrennschalter-Sicherungskombination gefordert wird, die eine Sicherungsvorrichtung erforderlich macht.
- Dem Fachmann auf dem Gebiet der Mittelspannungsschalttechnik ist dabei klar, dass die vorgestellten Ausführungsformen und weitere Varianten in vielfältiger Weise kombiniert, ergänzt oder abgewandelt werden können, um den erfindungsgemäßen Gedanken einer Entkoppelung des Einschaltvorgangs des Lastschalters am Erdungsschalter zu realisieren.
- Zur besseren Erläuterung der Erfindung zeigen in schematischer Darstellung die
- Figur 1
- ein erstes Prinzipschaltbild einer bekannten Schaltanordnung, und
- Figur 2
- ein zweites Prinzipschaltbild einer bekannten Schaltanordnung, und
- Figur 3
- eine erste Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung, und
- Figur 4
- eine zweite Ansicht der erfindungsgemäßen Schaltanordnung, und
- Figur 5
- eine erste Ansicht einer Koppelungsvorrichtung, und
- Figur 6
- eine schematische Darstellung der Schichten der Koppelungsvorrichtung gemäß
Figur 5 , und - Figur 7
- die Schaltstellung ERDUNG der Koppelungsvorrichtung gemäß
Figur 5 , und - Figur 8
- die Schaltstellung AUS der Koppelungsvorrichtung gemäß
Figur 5 , und - Figur 9
- die Schaltstellung EIN der Koppelungsvorrichtung gemäß
Figur 5 , und - Figur 10
- eine Ansicht einer ersten Übersetzungsvorrichtung, und
- Figur 11
- die Schaltstellung AUS der Übersetzungsvorrichtung gemäß
Figur 10 , und - Figur 12
- die Schaltstellung ERDUNG der Übersetzungsvorrichtung gemäß
Figur 10 , und - Figur 13
- eine Ansicht einer zweiten Übersetzungsvorrichtung, und
- Figur 14
- die Schaltstellung AUS der Übersetzungsvorrichtung gemäß
Figur 10 , und - Figur 15
- die Schaltstellung ERDUNG der Übersetzungsvorrichtung gemäß
Figur 10 , und - Figur 16
- eine erste Ausführungsform einer mehrphasigen Schaltanordnung mit zwei Erdungsarmen, und
- Figur 17
- eine zweite Ausführungsform einer mehrphasigen Schaltanordnung mit zwei Erdungsarmen, und
- Figur 18
- eine dritte Ausführungsform einer mehrphasigen Schaltanordnung mit zwei Erdungsarmen, und
- Figur 19
- eine erste Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Erdungsarms, und
- Figur 20
- eine zweite Ansicht der Ausführungsform gemäß
Figur 19 , und - Figur 21
- eine dritte Ansicht der Ausführungsform gemäß
Figur 19 , und - Figur 22
- eine andere Ausführungsform einer mehrphasigen Schaltanordnung mit drei Erdungsarmen, und
- Figur 23
- eine mehrphasige Schaltanordnung mit mehreren Anbringungspositionen für die Koppelungsvorrichtung.
- Die
Figur 1 zeigt ein sogenanntes Blindschaltbild einer bekannten Kombination aus Lasttrennschalter 1 und Zweiterdungsfunktion 7,13 in einphasiger Darstellung. Leitung 3 ist mit einem Mittelspannungsnetz verbunden und führt in den Lasttrennschalter 1, der einen Kontakt 6, angetrieben durch einen axiale Drehbewegung der Antriebsachse 5, aufweist. Dargestellt ist die Schaltposition AUS. Wird der Kontakt 6 auf einen Mittelspannungsanschlusspunkt 4 geschaltet, so liegt die Schaltposition EIN vor. Es liegt dann Spannung über eine Schmelzsicherung 12 an einer Steckereinrichtung 14 an, die einen Abgang 15 zum Anschluss eines Transformators aufweist. Von einem Anschlusspunkt 11 liegt eine weitere Leitung 13 zum Lasttrennschalter 1 vor. - Wird der Kontakt 6 auf einen Erdkontakt 8 auf Erdpotential 9 geschaltet, so kontaktiert der Kontakt 6 auch die weitere Leitung 13 und erdet so den Transformatorabgang 15 zusätzlich.
- Dies ist notwendig, denn bei Auslösen der Schmelzsicherung 12 könnte bei Schaltstellung ERDUNG nur bis zum Anschlusspunkt 10 geerdet werden - von dort aus gesehen "hinter" der Sicherung 12 liegende Komponenten wie ein Transformator wären ungeerdet. Dies wird durch die Weitere Leitung 13 verhindert. Die sogenannte Zweiterdungsfunktion ist bei dieser Bauweise folglich in den Lastrennschalter integriert. Nachteilig ist es, dass bei dreiphasiger Ausführung drei elektrisch leitende Verbindungen durch den begrenzten Bauraum eines Moduls geführt werden müssen und entsprechende Isolierungsabstände im schutzgasisolierten, gekapselten Gehäuse vorgesehen werden müssen.
- Die
Figur 2 zeigt eine andere Ausgestaltung einer bekannten Schaltanordnung, bei der die Zweiterdungsfunktion als eigenständiges Erdungs-Schaltgerät 2 am Kabelabgang 15 der Anlage angeordnet ist. Über eine kinematische Kette 16 wird eine Bewegung des Kontakts 6 im Lasttrennschalter 1 in den Erdungsschalter 2 eingekoppelt und ermöglicht es, den Anschlusspunkt 11 "hinter" der Sicherung 12 auf einen zweiten Erdungspunkt zu schalten. Die kinematische Kette 16 kann dabei alle Phasen gleichzeitig schalten. Isolationsabstände können geringer ausfallen oder bei zumindest teilweiser Ausführung der kinematischen Kette 16 mit nicht-leitenden Materialen nahezu komplett vernachlässigt werden. Nachteilig ist es jedoch, dass der Erdungsschalter jede Bewegung des Lasttrennschalters nachvollziehen muss, also auch die eigentlich unnötige Schalthandlung von AUS nach EIN und umgekehrt. Dies verlangsamt einerseits die Schaltbewegungen des Lasttrennschalters bei gegebener Antriebsleistung der Antriebsachse 5. Andererseits wird für den Erdungsschalter mehr Bauraum benötigt, damit dieser (ohne einen Gegenkontakt zu berühren) mitbewegt werden kann. -
Figur 3 zeigt eine erste Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung nach Art eines Längsschnitts 21 durch ein Gehäuse 22,23 mit Boden 23 und erster Seitenwand 22. Der Lastrennschalter 1 mit Antriebsachse 5 ist über eine Hubstange 25 mit einer Übersetzungsvorrichtung 26 verbunden, die eine translatorische Hubbewegung der Hubstange 25 kinematisch in eine axiale Drehbewegung einer Antriebsachse des Erdungsschalters auskoppelt. Mittig im Gehäuse ist eine Schmelzsicherung 12 für eine der drei Phasen der Schaltanordnung angebracht. -
Figur 4 zeigt eine zweite, perspektivische Ansicht der vorgenannten Schaltanordnung. Es sind drei Erdungspunkte 28 und die Antriebsachse 17 des Erdungsschalters mit zwei Erdungsarmen 27 dargestellt. Ferner ist eine zweite Seitenwand 24 zu sehen. - Das neue System zur Erdung des Kabelabgangs besteht wie in den
Figuren 3 und 4 angedeutet im Wesentlichen aus zwei flachen Getrieben und einer Welle bzw. Antriebsachse 17 mit Aufsätzen bzw. Erdungsarmen 27 zum Kurzschließen und Erden. Die Hebel in den Getrieben übertragen Kräfte nur in einer Ebene. Durch symmetrischen Aufbau der Kraftübertragung werden Querkräfte zusätzlich unterbunden. Dadurch können die Hebel und Kurvenbahnen sehr flach aufgebaut werden. Der benötigte Bauraum kann mit Vorteil minimiert werden. - Die
Figur 5 zeigt eine erste Ansicht einer Koppelungsvorrichtung 25,31,32,33,34,35,36,37.Figur 6 zeigt rein schematisch eine stark vereinfachte Darstellung der Schichtung der verschiedenen Bleche bzw. Komponenten. - Die Koppelungsvorrichtung 25,31,32,33,34,35,36,37 weist gewissermaßen ein erstes Getriebe auf, das eine Drehbewegung der Antriebsachse 5 des Lastrennschalters (mit Rückwand 30) in eine translatorische Bewegung einer Hubstange 25 umsetzen kann. Ein Mitnehmer 31 ist drehfest mit der Antriebsachse 5 verbunden. Er weist einen Vorsprung 36 als erstes Mitnahmemittel auf, der ausgebildet ist, in ein zweites Mitnahmemittel 32 einzugreifen. Das zweite Mitnahmemittel 32 ist als ein Bolzen ausgebildet, der von dem Vorsprung 36 bei Drehung der Antriebsachse 5 im Uhrzeigersinn erfasst werden kann. Der Bolzen 32 ist zwischen der Rückwand 30 und einer ortsfest angebrachten Abdeckplatte 33 in einem ersten Führungskanal 35 auf einer Kurvenbahn zwangsgeführt verschiebbar.
- Beim Durchfahren des Lasttrennschalters von der Schalterstellung AUS nach ERDUNG oder ERDUNG nach AUS nimmt die Kontur des Mitnehmers 31 den Bolzen 32 entlang der Kurvenbahn im Führungskanal 35 mit und wandelt so die Rotationsbewegung des Schalters in eine translatorische Hubbewegung des Bolzens 32 um. Durchfährt der Lasttrennschalter dagegen die Schaltpositionen AUS nach EIN oder EIN nach AUS, zwingt die Kontur des Mitnehmers 31 den Bolzen 32 in seine Position, bewegt ihn aber nicht weiter mit, sodass sich ausschließlich der Mitnehmer 31 mit der Lasttrennschalterwelle 5 mitbewegt.
- Der Bolzen 32 ist zwischen zwei Verbindungstücken 34 angeordnet, die über einen Drehpunkt 130 mit der Hubstange 25 verbunden sind. Die Hubstange 25 liegt wiederrum zwischen den beiden Blechen der Verbindungsstücke 34. Die Verbindungsstücke 34 sind derart in einer Führung 37,99 gehalten, dass bei Übertragung einer Kraft auf die Hubstange 25 Biegekräfte auf die Hubstange 25 im Wesentlichen vermieden werden. Die Führung 37,99 weist zwei Führungskanäle 37 in den beiden Verbindungsstücken 34 auf. Über die Führungskanäle 37 ist das Verbindungsstück verschiebbar, während ein Bolzen 99 ortsfest zwischen der Rückwand 30 und der Abdeckplatte 33 angebracht ist.
-
Figuren 7 bis 9 zeigen Schaltstellungen 40,41,42 der Koppelungsvorrichtung gemäßFigur 5 . - In
Figur 8 ist die Schaltstellung AUS mit dem Bezugskennzeichen 41 bezeichnet. Der Vorsprung 36 greift in den Bolzen 32. Durch Drehung 43 der Antriebsachse kann die Hubstange 25 entlang der Achse 44 verschoben werden. - Wird der Lastrennschalter in
Figur 7 auf ERDUNG 42 geschaltet, so dreht die Antriebsachse 5 den Mitnehmer 31 im Uhrzeigersinn (z.B. zwischen 10° und 90°). Dies zieht die Verbindungsstücke 34 mit und bewegt so die Hubstange 25 zwischen den gedachten Achsen 45,46 um den Stangenhub 47 mit. - Wird der Lastrennschalter in
Figur 9 (von AUS 41 gemäßFigur 8 ) auf EIN 40 geschaltet, so dreht die Antriebsachse 5 den Mitnehmer 31 gegen den Uhrzeigersinn (z.B. zwischen 10° und 90°). Dies zieht die Verbindungsstücke 34 nicht mit, entsprechend verharren die Verbindungsstücke 34 und die Hubstange 35 im Wesentlichen in der gleichen Position wie bei AUS 41. Jedoch bewirkt die spezielle Geometrie bzw. Querschnittsform des Mitnehmers 31, dass der Bolzen 32 derart arretiert wird, dass die Hubstange 25 im Wesentlichen festgelegt bzw. nicht verschiebbar ist. Beispielsweise weist der Mitnehmer 31 dafür eine Arretierungseinrichtung auf, die z.B. eine Ausbuchtung in radialer Ausdehnung aufweist. Die Arretierungseinrichtung hat den Vorteil, dass im Betrieb Erschütterungen, wie z.B. bei Erdbeben usw., nicht versehentlich eine Erdung und damit einen Kurzschluss auslösen können. -
Figur 10 zeigt eine Ansicht einer Übersetzungsvorrichtung 50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63, die die translatorische Hubbewegung der Hubstange 25 kinematisch in eine axiale Drehbewegung der Antriebsachse 17 des Erdungsschalters auskoppelt. Dargestellt ist die Schaltposition AUS oder EIN. Eine Grundplatte 50 und eine Halteplatte 51 sind als flache Bleche ausgebildet und bilden einen Spalt aus, in dem ein Koppelungshebel 63, eine Wippe 57, einen Verbindungshebel 53 und ein Hebelstück 55 angeordnet sind. Der Koppelungshebel 63 weist einen Führungskanal 62 für einen Bolzen 61 auf, wobei der Bolzen 61 zusätzlich in einem Führungskanal 59 der Wippe 57 angeordnet ist. Die Wippe 57 ist an einem Drehpunkt 58 drehbar gelagert. - An dem Ende der Wippe 57, das dem Verbindungshebel 53 abgewandt ist, ist ein weiterer Führungskanal 60 für den Bolzen 56 vorgesehen. Der Bolzen 56 ist ferner in einem Führungskanal 52 der Halteplatte 51 zwangsgeführt. Der Bolzen 56 ist mit dem Verbindungshebel 53 verbunden. An seinem anderen Ende ist der Verbindungshebel 53 über einen Bolzen 54 drehbar mit dem Hebelstück 55 verbunden, das wiederrum drehfest mit der Antriebsachse 17 des Erdungsschalters verbunden ist.
- Diese Ausgestaltung der kinematischen Kette im Bereich der Übersetzungsvorrichtung ist folglich ähnlich der Kraftübertragung bei Dampflokomotiven ausgebildet, bei denen eine Kolbenbewegung über ein Koppelgestänge in eine Raddrehung umgewandelt wird.
- Durch die Form und Position der Kurvenbahnen in den Führungskanälen 52,59,60,62 und der Wippe 57 (bzw. des Kniehebels) können während der Bewegung des Hubstange 25 nach den Prinzipien der Hebelgesetze variable Übersetzungen realisiert werden. Zusätzlich besitzt das Getriebe einen Freilauf in Schaltstellung Erde. Die variable Übersetzung sorgt einerseits dafür, dass aus dem Stangenhub ein anderer Winkel umgewandelt wird als der Ausgangswinkel am Lastrennschalter. Andererseits sorgt er auf dem Verfahrweg für unterschiedliche Kraftgleichgewichte, die ein eventuell nötiges Abbremsen der Lasttrennschalterwelle bei einer Blockade begünstigen. Der Freilauf sorgt dafür, dass sich bei einer weiteren Bewegung der Bolzen im Freilauf die Position des angekoppelten Hebelstücke 55 samt Antriebsachse 17 nicht verändert. Dadurch wird die Erde-Stellung der Zweiterderachse 17 besonders unempfindlich gegenüber Toleranzen und macht ein genaues Anfahren der Schaltstellung ERDUNG möglich. Ein zusätzlicher Anschlag ist überflüssig.
-
Figuren 11 und 12 zeigen die beiden Schaltpositionen AUS 41 und ERDUNG 42 der Übersetzungsvorrichtung. Von AUS 41 zu ERDUNG 42 hat die Hubstange 25 den Koppelungshebel 63 um den Stangenhub 47 bewegt und damit die Wippe 57 in Richtung des Lastrennschalters gezogen. Dadurch wurde der Verbindungshebel 53 von dem Koppelungshebel 63 in Richtung der Antriebsachse 17 weggedrückt, was eine Drehung 68 im Uhrzeigersinn des Hebelstück 55 um die Antriebsachse 17 des Erdungsschalters bewirkte. -
Figur 13 zeigt eine weitere Variante einer Übersetzungsvorrichtung 51,53,54,55,57,58, die ohne Führungskanäle auskommt. Damit ist diese Bauform besonders einfach zu konstruieren und besonders zuverlässig und langlebig. Dargestellt ist der geerdete Zustand, bei dem genau wie bei der Ausführungsform gemäßFigur 12 die Wippe 57 und der Verbindungshebel 53 im Wesentlichen in einer Achse ausgerichtet sind und so besonders stabil bzw. robust den Erdungsarm 72 an einen Erdungspunkt 70 drücken. Diese mechanische Konfiguration im geerdeten Zustand ist vergleichsweise besondere geeignet, aus bei Erschütterungen, wie z.B. Erdbeben usw., eine sichere Kontaktierung des Erdungspunkts zu ermöglichen. -
Figuren 14 und15 zeigen die Schalterpositionen AUS 41 und ERDUNG 42 eines Erdungsarms 72 mit Kontaktkörper 71. In der Position AUS 41 ist der Erdungsarm 72 mittels einer Federeinrichtung 73, die einerseits am Erdungsarm 72 and andererseits am Gehäuseboden 23 abstützt, vorgespannt. Es wird eine sogenannte Schenkelfeder eingesetzt. Die Belastung der gesamten kinematischen Kette bis in den Schalter und den Antrieb wird verringert. Die Schenkelfeder ist in der Stellung AUS gespannt und gibt Ihre Energie beim Schalten von AUS nach ERDUNG frei. Bei der Bewegung von ERDUNG nach AUS wird die Schenkelfeder gespannt. Bei Drehung 68 der Antriebsachse 17 des Erdungsschalters wird der Kontaktkörper 71 in einem elektrisch leitenden Kontakt mit dem Erdungspunkt 70 gebracht. Damit wird der Bereich der Schaltanordnung, der der Sicherung (nicht gezeigt) nachgeordnet ist, geerdet. Die Antriebsachse 17 ist in einem Endbereich 74 der Grundplatte gelagert. Kontaktkörper 70, Erdungsarm 72 und Erdungspunkt 70 können beispielsweise zumindest anteilig aus Kupfer gebildet sein, um eine elektrisch gut leitende Verbindung auszubilden. Die Achse 17 dient zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zum Erdpotential. - Da beim Erden keine Trennung der Phasen nötig ist, fahren die z.B. aus Kupfer bestehenden Bleche zwischen zwei benachbarte Phasen und schließen diese kurz. Durch eine Überlappung der Nennspannweite des Kupferblechs und der Elektroden wird eine Kontaktandruckkraft garantiert. Ein zusätzliches Federelement ist nicht zwingend notwendig. Durch diesen Aufbau werden nur zwei kleine Kupferkontakte zum Erden der insgesamt drei Phasen benötigt anstelle der bisher üblichen drei.
-
Figuren 16 und17 zeigen eine Ausführungsform einer mehrphasigen Schaltanordnung mit zwei Erdungsarmen 72,82, die an der Antriebsachse 17 angebracht sind. Jeder Erdungsarm 72,82 weist als Kontaktkörper ein im Wesentlichen U-förmig gebogenes Blech 87,88,89,90 aus, das zwischen jeweils zwei der drei Erdungspunkte 70,80,81 greift. Das U-förmige Blech kann beim Schalten auf ERDUNG zwischen zwei Erdungspunkte gleiten und wird dabei zusammengedrückt. Dies gewährleistet einen Klemmsitz mit einem elektrisch gut leitenden Kontakt. - In
Figur 16 ist eine Variante gezeigt, bei der Erdungsarme 72,82 und Kontaktkörper 87,88 mit jeweils zwei Nietverbindungen 85 verbunden sind. InFigur 17 dagegen wird jeweils eine Schraube 86 zum Verbinden von Kontaktkörpern 89,90 und Erdungsarmen 72,82 eingesetzt. Außerdem sind die Bleche der Kontaktkörper 89,90 jeweils geschlitzt ausgeführt, was eine noch weitere Verbesserung der elektrischen Kontaktierung ermöglicht.Figur 18 zeigt dies im Detail: jede Seite eines Kontaktkörpers 89,90 ist in zwei Bleche 92,93, parallel zur Antriebsachse 17, unterteilt. - Die
Figuren 19 bis 21 zeigen eine weitere Variante für die Gestaltung der Erdungsarme 71. Dabei hält eine Schraube 132 einen Kontaktkörper 130, der im Gegensatz zu den vorgenannten Varianten nicht bis zum Ende geschlitzt ist, sondern viel zwei Ausnehmungen 132 (eine pro Ende) aufweist. Ein Querblech 134 stabilisiert die Konstruktion zusätzlich. Bei dieser Ausführungsform ist eine Verschiebung 135 des Kontaktkörpers 130 quer zum Erdungsarm 72 möglich, z.B. durch Vorsehen eines Langlochs in Querrichtung für die Schraube 132. Dadurch wird ein individueller Toleranzausgleich der Kontaktkörper ermöglicht. Sobald die Kontaktkörper zwischen die Erdungspunkte bzw. Elektroden fahren richten, richten sie sich durch Querverschiebung selbsttätig zwischen den Elektroden aus und sorgen so für eine gleichmäßige Kraftaufteilung und bessere Kontaktierung. Durch diese Bauform können mit Vorteil größere fertigungsbedingte Toleranzen ermöglicht werden und die Zuverlässigkeit im Betrieb gesteigert werden. -
Figur 22 zeigt eine andere Ausführungsform einer mehrphasigen Schaltanordnung mit drei Erdungsarmen 100,101,102, die jeweils zwei parallel Bleche 104,105,106,107,108,109 aufweisen. Jedes Blech ist einzeln mit einer Schraubverbindung 110 an der Antriebsachse 17 angebracht. Jeder Erdungsarm 100,101,102 verfügt über eine Spannschraube 111,112,113, die jeweils einen Abstand 114 zwischen den Paaren von Blechen 104,105,106,107,108,109 einstellt. Anders als bei den voranstehend erläuterten Erdungsarmen ist nun vorgesehen, dass die jeweils zwei Bleche eines Erdungsarms einen Erdungspunkt außen mit leichtem Klemmsitz umgreifen. -
Figur 23 zeigt einen Längsschnitt durch eine mehrphasige Schaltanordnung mit mehreren Anbringungspositionen 123,124,125,126 für die Koppelungsvorrichtung. In den in denFiguren 1 bis 13 erläuterten Ausführungsformen war das erste Getriebe der Koppelungsvorrichtung, also beispielsweise auch der Mitnehmer auf der Achse 5, räumlich im Bereich 123 angeordnet. Dies entspricht im Wesentlichen einer Anbringung an einer Rückwand des Modulgehäuses für den Lastrennschalter. - Alternativ dazu kann das erste Getriebe jedoch auch innerhalb des Lasttrennschalters 1 zwischen Schaltkammern für zwei Phasen, also an den Positionen 124 und 125, angeordnet werden. Auch eine Anordnung an der Vorderseite, also Position 126, ist möglich.
- Dem Fachmann ist klar, dass die hier vorgestellten Ausführungsformen mit Vorteil kombiniert und abgeändert werden können, ohne den Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung zu verlassen. Beispielsweise kann eine vergleichbare Einsparung an Bauraum erreicht werden, wenn ein der Übersetzungsvorrichtung vergleichbares Getriebe mit starrer Koppelung am Lasttrennschalter angeordnet und entsprechend ein zweites Getriebe mit z.B. Mitnehmer, ersten und zweiten Mitnahmemittel usw. am Erdungsschalter angeordnet wird. Entsprechend würde bei dieser Bauform eine mechanisch Entkoppelung bei einer Schalthandlung von AUS nach EIN (und umgekehrt) erst in unmittelbarer Nähe des Erdungsschalters erfolgen anstatt wie bei den vorgehend beschriebenen Ausführungsformen des Lasttrennschalter.
Claims (14)
- Schaltanordnung für Mittelspannung, aufweisendeinen Lasttrennschalter (1) mit drei Schaltpositionen für EIN (40), AUS (41) und ERDUNG (42), wobeidie Schaltposition EIN (40) einen Mittelspannungsanschluss über eine Sicherungsvorrichtung (12) auf eine Ausgangsleitung (15) schaltet, undeinen der Sicherungsvorrichtung (12) nachgeordneten Erdungsschalter (2) für ein Erden der Ausgangsleitung (15), wobei der Erdungsschalter (2) mit dem Lasttrennschalter (1) über eine mechanische Koppelungsvorrichtung (25,31-37,50-63) verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dassder Erdungsschalter (2) im Falle einer Schalthandlung des Lasttrennschalters (1) von AUS (41) nach EIN (40) mechanisch entkoppelt ist, so dass ein Schaltkontakt des Erdungsschalters (2) nur zwei Kontaktpositionen (geerdet / ungeerdet) ansteuert, und dassdie Koppelungsvorrichtung (25,31-37,50-63) einen mit einer Antriebsachse (5) drehfest verbundenen Mitnehmer (35) mit einem ersten Mitnahmemittel (36) aufweist, wobei das erste Mitnahmemittel (36) ausgebildet ist,im Falle einer Schalthandlung des Lasttrennschalters (1) von AUS (41) nach ERDUNG (42) ein zweites Mitnahmemittel (32) zu greifen und eine axiale Drehbewegung in eine translatorische Hubbewegung (44) zu übersetzen, undim Falle einer Schalthandlung des Lasttrennschalters (1) von AUS (41) nach EIN (40) das zweite Mitnahmemittel (32) zu verfehlen.
- Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsvorrichtung (25,31-37,50-63) eine Hubstange (25) aufweist, wobei eine axiale Drehbewegung einer Antriebsachse (5) des Lasttrennschalters (1) in eine translatorische Hubbewegung (44) der Hubstange (25) kinematisch eingekoppelt ist.
- Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mitnahmemittel einen Vorsprung (36) aufweist und dass das zweite Mitnahmemittel einen Angriffspunkt (32) für den Vorsprung (36) bereitstellt.
- Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mitnahmemittel (32) direkt an der Hubstange (25) angeordnet ist.
- Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mitnahmemittel (32) an einem Verbindungstück (34) angeordnet ist, das über einen Drehpunkt (130) mit der Hubstange verbunden ist.
- Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsvorrichtung (25,31-37,50-63) eine Übersetzungsvorrichtung (50-63) aufweist, die eine translatorische Hubbewegung (44) der Hubstange (25) kinematisch in eine axiale Drehbewegung (68) einer Antriebsachse (17) des Erdungsschalters (2) auskoppelt.
- Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsvorrichtung (50-63) eine Wippe (57) aufweist, deren erstes Ende drehbar mit der Hubstange (25) verbunden ist, und deren zweites Ende drehbar mit einem Verbindungshebel (53) verbunden ist, der über ein Hebelstück (55) mit der Antriebsachse (17) des Erdungsschalters (2) verbunden ist.
- Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebsachse (17) des Erdungsschalters (2) ein Erdungsarm (72,73,82,84-90,92,93,100-102,104-114) angeordnet ist, der ausgebildet ist, mittels einer axialen Drehung der Antriebsachse (17) des Erdungsschalters (2) mindestens einen Erdungspunkt (70) elektrisch leitend zu kontaktieren und die Ausgangsleitung (15) zu erden.
- Schaltanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Erdungsarm (72,73,82,84-90,92,93,100-102,104-114) eine Federeinrichtung (73,84) aufweist, die im ungeerdeten Zustand (40,41) vorspannbar ist.
- Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanordnung dreiphasig ausgebildet ist, so dass drei Sicherungsvorrichtungen (12), drei Erdungspunkte (70,80,81) und drei Ausgangsleitungen (15) vorgesehen sind.
- Schaltanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Erdungsarm (72,73,82,84-90,92,93) zur Kontaktierung von zwei Erdungspunkten (70,80,81) ausgebildet ist.
- Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanordnung ein fluiddichtes Gehäuse (22,23) aufweist, dass zur Befüllung mit einem SF6-freien Schutzgas ausgebildet ist.
- Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorrichtung eine Schmelzsicherung (12) aufweist.
- Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanordnung für ein Transformator-Schaltfeld ausgebildet ist, an deren Ausgangsleitung (15) ein Transformator anschließbar ist.
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