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Dokumentenidentifikation DE69905065T2 20.11.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1123571
Titel GASISOLIERTE SCHALTVORRICHTUNG
Anmelder ABB Service S.r.l., Mailand/Milano, IT
Erfinder FRANCHI, Claudio, I-21047 Saronno, IT;
MONTELAGHI, Fabio, I-24127 Bergamo, IT;
PIAZZA, Costante, I-20059 Vimercate, IT
Vertreter Zumstein & Klingseisen, 80331 München
DE-Aktenzeichen 69905065
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 18.10.1999
EP-Aktenzeichen 999526056
WO-Anmeldetag 18.10.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/07914
WO-Veröffentlichungsnummer 0000024099
WO-Veröffentlichungsdatum 27.04.2000
EP-Offenlegungsdatum 16.08.2001
EP date of grant 22.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.11.2003
IPC-Hauptklasse H02B 13/035

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung, d. h. für Spannungen über 1000 Volt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein sehr einfaches und wirksames System zum Ausführen sowohl des Unterbrechungs- als auch des Trennvorgangs.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, daß bei gasisolierten Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtungen die elektrischen Vorgänge sowohl zum Unterbrechen als auch zum Trennen durch Bewegen eines beweglichen Kontakts ausgeführt werden. Dies ermöglicht ein Betätigungssystem zum Ausführen des elektrischen Vorgangs.

Die für Unterbrechungs- und Trennvorgänge bei den herkömmlichen gasisolierten Systemen am häufigsten verwendeten Betätigungsvorrichtungen sind von der mechanischen oder der hydraulischen Ausführung.

Mechanische Betätigungsvorrichtungen erfordern gewöhnlich komplizierte kinematische Systeme, um die Bewegung an den beweglichen Kontakt zu übertragen, sowie komplizierte Justierprozesse, da der Bewegungsablauf des beweglichen Kontakts ausschließlich durch die mechanischen Eigenschaften der beteiligten strukturellen Elemente festgelegt ist und nicht durch den Anwender verändert werden kann, sondern in der Aufbauphase festgesetzt wird.

Durch das Vorhandensein komplizierter kinematischer Ketten ist die Ansprechzeit relativ lang. Um kürzere Ansprechzeiten zu erhalten, muß mehr Energie als notwendig bereitgestellt werden, um das eine bewegliche mechanische Element zu bewegen.

Zudem kann sich der Bewegungsablauf im Laufe der Zeit aufgrund von Abnutzung einzelner Komponenten verändern, was zu einer Leistungsverschlechterung und somit zu der Notwendigkeit führt, zahlreiche Wartungsarbeiten vorzunehmen, um das Sollverhalten des Betätigungssystems beizubehalten.

Hydraulische Betätigungssysteme lösen diese Probleme teilweise, doch haben sie einige Nachteile, die mit dem Vorhandensein von Fluiden, und insbesondere mit der Empfindlichkeit der Fluide gegenüber Temperaturänderungen zusammenhängen.

Einige herkömmliche gasisolierte Vorrichtungen verwenden für die elektrischen Vorgänge Betätigungs- und Steuersysteme, die Elektromotoren enthalten, welche von einer Bedienperson manuell betätigt werden. Das deutsche Gebrauchsmuster DE 298 06 654 U offenbart eine gasisolierte Hochspannungs-Trenneinheit mit Antriebsmitteln, die einen Elektromotor und eine Motorsteuerung enthalten.

Selbst diese Betätigungs- und Steuersysteme, die zwar ihre Aufgabe erfüllen, sind wie die vorstehend beschriebenen durch einen Mangel an Kontrolle über den Bewegungsablauf des mechanischen Elements, welches sie bewegen, gekennzeichnet.

Mangelnde Kontrolle über den Bewegungsablauf, sowohl während des Unterbrechungsvorgangs als auch während des Trennvorgangs, macht das Vorhandensein von Hubbegrenzern, um die Bewegung des beweglichen Kontakts zu begrenzen, sowie das Vorhandensein von Stoßdämpfern oder Dämpfelementen erforderlich, um die kinetische Restenergie am Ende des Vorgangs zu zerstreuen.

Aufgrund der mangelnden Kontrolle über den Bewegungsablauf ist die Positionierung des beweglichen Kontakts selbst ungenau und kann zu früher Abnutzung der mechanischen Komponenten führen, die von dem elektrischen Vorgang betroffen sind.

Mangelnde Kontrolle über den Bewegungsablauf während des Unterbrechungs- und Trennvorgangs macht es schwer, diese Vorgänge korrekt zu koordinieren, was mehrere Interventionen erforderlich macht und letztlich zu einem erheblich größeren Zeitaufwand zum vollständigen Ausführen dieser Vorgänge führt.

Weitere Nachteile ruft das dynamische Verhalten der Betätigungsmittel hervor, insbesondere während der Unterbrechungsvorgänge.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung anzugeben, bei der die Betätigung des beweglichen Kontakts der Unterbrechungs- und/oder Trennelemente gemäß einem vorgegebenen Bewegungsablauf erfolgt.

Im Rahmen dieses Ziels besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung anzugeben, die eine geringere mechanische Komplexität hat.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung anzugeben, bei der der Unterbrechungs- und der Schaltvorgang in gegenüber bekannten Vorrichtungen kürzeren Zeiten ausgeführt werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung anzugeben, bei der die Wiederholbarkeit des Unterbrechungs- und/oder Trennvorgangs gewährleistet ist, wobei optional alterungs- und witterungsbedingte Veränderungen kompensiert werden.

Ferner besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung anzugeben, die kompakt ist und reduzierte Abmessungen hat.

Ferner besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung anzugeben, die höchst verläßlich ist und relativ einfach und zu wettbewerbsfähigen Kosten hergestellt werden kann.

Dieses Ziel sowie diese und andere Aufgaben, die im folgenden deutlicher werden, löst gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Gehäuse umfaßt, welches enthält:

zumindest eine Unterbrechungseinheit mit zumindest einem festen Kontakt und einem beweglichen Kontakt, die miteinander koppeln können, und ersten Betätigungsmitteln, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind;

zumindest eine Trenneinheit, die elektrisch mit der Unterbrechungseinheit verbunden ist, wobei die Trenneinheit zumindest einen festen Kontakt und einen beweglichen Kontakt, die miteinander koppeln können, und zweite Betätigungsmittel hat, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind;

und daß zumindest eines der Betätigungsmittel einen Motor mit Positionssteuerung enthält.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine mehrpolige gasisolierte Schaltervorrichtung angegeben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein Gehäuse enthält, in dem für jeden Pol angeordnet ist:

zumindest eine Unterbrechungseinheit mit zumindest einem festen Kontakt und einem beweglichen Kontakt, die miteinander koppeln können, und erstem Betätigungsmitteln, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind;

zumindest eine Trenneinheit, die elektrisch mit der Unterbrechungseinheit verbunden ist, wobei die Trenneinheit zumindest einen festen Kontakt und einen beweglichen Kontakt, die miteinander koppeln können, und zweite Betätigungsmittel hat, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind;

und daß zumindest eines der Betätigungsmittel einen Motor mit Positionssteuerung enthält.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Verwendung eines Motors mit Positionssteuerung ermöglicht es, unter anderem, bei elektrischen Vorgängen einen vorbestimmten Bewegungsablauf präzise anzuwenden.

Durch die Steuerung des Bewegungsablaufs des beweglichen Kontakts kann die Präzision und Wiederholbarkeit des Vorgangs sowie seine Ausführung in kürzerer Zeit gewährleistet werden.

Die Verwendung eines Motors mit Positionssteuerung macht eine Vereinfachung der gesamten mechanischen Struktur der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglich, wobei die Abmessungen des Systems reduziert und seine Verläßlichkeit gesteigert wird.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann ein Typ mit getrennter Phase oder mit verbundener Phase sowie ein Typ mit einpoliger oder dreipoliger Betätigung sein.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger bevorzugter, jedoch nicht ausschließlicher Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen gasisolierten Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung, die als nicht einschränkende Beispiele in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind, in denen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer gasisolierten Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Einfachsammelschienensystem;

Fig. 2 eine Ansicht einer gasisolierten Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Doppelsammelschienensystem;

Fig. 3 ein Schaltschema der Trennvorgänge, die mit der Vorrichtung der Fig. 2 ausführbar sind;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Betätigungsmittel, die in der Vorrichtung der Fig. 2 für Trennvorgänge verwendet werden;

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Betätigungsmittel, die in der Vorrichtung der Fig. 2 für Trennvorgänge verwendet werden;

Fig. 6 eine schematische Ansicht der Betätigungsmittel, die in der Vorrichtung der Fig. 2 für Unterbrechungsvorgänge verwendet werden;

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer mehrpoligen gasisolierten Schaltervorrichtung mit einer einzigen Betätigungsvorrichtung zum Durchführen von Trennvorgängen;

Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Betätigungssystems, das in der gasisolierten Vorrichtung der Fig. 7 verwendet wird;

Fig. 9a bis 9e schematische Ansichten der Trennvorgänge, die mit dem Betätigungssystem der Fig. 8 ausführbar sind;

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines Betätigungssystems, das in der gasisolierten Vorrichtung der Fig. 7 verwendet wird;

Fig. 11a bis 11e schematische Ansichten der Trennvorgänge, die mit dem Betätigungssystem der Fig. 10 ausführbar sind;

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Betätigungssystems, das in der gasisolierten Vorrichtung der Fig. 7 verwendet wird;

Fig. 13 eine Schnittansicht an der Ebene AA' der Fig. 12;

Fig. 14 eine Schnittansicht an der Ebene BB' der Fig. 13;

Fig. 15 eine Schnittansicht an der Ebene CC' der Fig. 13;

Fig. 16a bis 16e schematische Ansichten der Trennvorgänge, die mit dem Betätigungssystem der Fig. 12 ausführbar sind.

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen technisch gleichwertige Komponenten.

Gemäß Fig. 1 hat die gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung nach der Erfindung ein gasisoliertes Gehäuse 4, das eine Unterbrechungseinheit 7 und eine Trenneinheit 24 enthält. Eine erste Durchführung 2 und eine zweite Durchführung 33 sind konstruktionsmäßig mit dem Gehäuse 4 verbunden und beherbergen einen ersten elektrischen Anschluß 73 bzw. einen zweiten elektrischen Anschluß 71; eine Abdichtung kann durch eine Trennwand 5 gewährleistet werden. Wie schematisch dargestellt, kann eine Hauptleitung 1 eintretend in die Vorrichtung an den Anschluß 73 und austretend aus der Vorrichtung an den Anschluß 71 angeschlossen sein. Ein Transformator 3 ist an der Basis der Durchführung 2 angeordnet, um den Netzstrom am Eingang der Unterbrechungseinheit 7 zu messen.

Die Unterbrechungseinheit 7 ist mittels der Verbindung 22 elektrisch mit dem Anschluß 73 verbunden und hat einen beweglichen Kontakt 9 und einen festen Kontakt 10, die einander koppeln/entkoppeln können; der bewegliche Kontakt 9 ist betriebsmäßig mit Betätigungsmitteln verbunden, nämlich mit einer Führungsstange 6, die wiederum betriebsmäßig mit einem Betätigungs- und Steuersystem 15 verbunden ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, besteht das Betätigungs- und Steuersystem 15 aus einem Drehmotor mit Positionssteuerung, z. B. einem Motor mir einem Positionssensor. Vorzugsweise wird ein Drehmservomotor mit einem Positionssensor verwendet. Durch die Verwendung eines Servomotors ist eine exakte Kontrolle über den Bewegungsablauf des beweglichen Kontakts möglich, und es ist eine beträchtliche Energie bei kurzen Abgabezeiten verfügbar. Zudem ist es möglich, bei gleichem Leistungspegel mit zwei unabhängigen Steuerparametern zu arbeiten (Drehmoment und/oder Drehzahl), was eine größere Flexibilität bei der Entwicklung erlaubt.

Die Verbindung zwischen dem Motor 15 und dem beweglichen Kontakt 9 erfolgt über ein kinematisches Paar, das in der Lage ist, die Drehbewegung der Antriebswelle 14 in eine translatorische Bewegung des beweglichen Kontakts 9 umzuwandeln. Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das kinematische Paar ein Kurbel 13, die fest an die mit dem Servomotor verbundene Welle 14 gekoppelt ist, und eine Verbindungsstange 12, die mit der Kurbel 13 und der Führungsstange 6 des beweglichen Kontakts 9 verbunden ist.

Während des Öffnungsvorgangs dreht der Servomotor 15 die Welle 14 in Richtung des Pfeils 16 und bewirkt dadurch die Bewegung der Verbindungsstange 12 und somit der Betätigungsstange 6 in Richtung des Pfeils 17. Der von der Führungsstange 6 geführte bewegliche Kontakt 9 löst sich daher von dem festen Kontakt 10. Während des Schließvorgangs dreht der Servomotor 15 die Welle 14 in Richtung des Pfeils 18 und erzeugt folglich die Bewegung des beweglichen Kontakts 9 in Richtung des Pfeils 19.

Vorzugsweise sind die Verbindungsstange 12, die Führungsstange 6, der bewegliche Kontakt 9 und der feste Kontakt 10 in der Kammer 70 der Einheit 7 angeordnet, die aus einem Isolationsmaterial, z. B. glasfaserverstärktem Kunststoff, besteht und gegenüber dem Rest des Raums des Gehäuses 4 abgedichtet ist. Die Kammer 70 ist von Feldabschirmungen 20 und 21 umgeben und kann gegenüber dem übrigen Teil der Vorrichtung in Richtung des Pfeils 17 herausgezogen werden. Diese Lösung ist vorteilhaft, da sie einen kompletten Austausch der Einheit 7 ermöglicht, wenn die Teile, die der Abnutzung am meisten ausgesetzt sind, d. h. der bewegliche Kontakt 9 und der feste Kontakt 10, beschädigt sind, wodurch die Wartung der Vorrichtung erheblich erleichtert wird.

Wenn die Unterbrechungseinheit 7 abgedichtet ist, ist die gasisolierte Vorrichtung ferner in dem Raum, der nicht von der Einheit 7 eingenommen wird, mit einem Isoliergas (zum Beispiel Mischungen aus Stickstoff und SF&sub6;), und in der Kammer 7 mit einem Gas gefüllt, das ein größeres Lichtbogen-Löschvermögen hat (zum Beispiel SF&sub6;). Auf diese Weise ist es möglich, die Verwendung von dielektrischen Fluiden zu optimieren und die Umweltbelastung zu reduzieren; tatsächlich werden die dielektrischen Fluide, die die Umwelt stärker belasten, nur in der abgedichteten Unterbrechungseinheit eingesetzt, wo ein großes Lichtbogen- Löschvermögen erforderlich ist.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Betätigungsmittel zum Betätigen des beweglichen Kontakts 9 in der Unterbrechungseinheit 7 wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.

Ein in der Figur nicht dargestellter Servomotor ist durch ein kinematisches Paar betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt 9 verbunden, das ein Ritzel 100 enthält, welches an dem Ausgang der Betätigungswelle 14 befestigt ist. Das Ritzel 100 ist mit einer Zahnstange 101 gekoppelt, die fest mit der Führungsstange 6 des beweglichen Kontakts 9 gekoppelt ist, und wandelt so die Drehbewegung der Welle des Servomotors in eine translatorische Bewegung des beweglichen Kontakts 9. Wie bei dem vorstehend beschriebenen System aus Verbindungsstange und Kurbel, können der feste Kontakt 10, der bewegliche Kontakt 9, die Betätigungsstange 6, das Ritzel 100 und die Zahnstange 101 in einer Kammer 70 aufgenommen sein, die gegenüber dem Rest des Raums des Gehäuses 4 abgedichtet ist. Der feste Kontakt 10 ist elektrisch mit der Trenneinheit 24 verbunden; eine isolierende Trennwand 25 ist zwischen den Einheiten 7 und 24 angeordnet; außerdem kann die Trenneinheit 24 durch die Trennwand 34 von der Durchführung 33 abgetrennt sein. An der Basis der Durchführung 33 ist ein Transformator 35 angeordnet, der den Ausgangsstrom der Schaltervorrichtung mißt.

Die Trenneinheit 24 enthält einen ersten festen Kontakt 26 auf Erdpotential, einen zweiten festen Kontakt 32, der mit dem Anschluß 71 verbunden ist, und einen beweglichen Kontakt 27, der mittels eines Zahnstangensystems 28 geführt ist, das seinerseits durch einen Elektromotor 29 angetrieben wird. Vorzugsweise ist auch der Elektromotor 29 ein Motor mit Positionssteuerung, vorzugsweise ein Servomotor, und das kinematische Paar zum Umwandeln der Drehbewegung der Welle des Servomotors 29 in eine translatorische Bewegung des beweglichen Kontakts besteht aus dem Zahnstangensystem 28.

Beim Trennen von der Erdung bewegt der Servomotor 29 den beweglichen Kontakt 27 auf den festen Kontakt 26 zu, wodurch der Anschluß 73 mit dem Außengehäuse 4 verbunden wird, das auf Erdpotential ist.

Während des Trennvorgangs auf der Seite der Durchführung 33 bewegt der Servomotor 29 den beweglichen Kontakt 27 auf den festen Kontakt 32 zu, der mit der Durchführung 33 verbunden ist.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer gasisolierten Vorrichtung gemäß der Erfindung für ein Doppelsammelschienensystem wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Schaltervorrichtung ein Gehäuse 4, das eine Unterbrechungseinheit 7 und eine Trenneinheit 24 enthält; ein erste Durchführung 51, eine zweite Durchführung 52 und eine dritte Durchführung 53 sind konstruktionsmäßig mit dem Gehäuse 4 verbunden und beherbergen einen ersten elektrischen Anschluß 73, einen zweiten elektrischen Anschluß 71 und einen dritten elektrischen Anschluß 72. Zum Beispiel kann der Anschluß 71 mit einer Hauptleitung 1 eintretend in die Vorrichtung verbunden sein, und die Anschlüsse 72 und 73 können mit der Leitung 1 selbst austretend aus aus der Vorrichtung verbunden sein.

Die Trenneinheit 24 umfaßt eine rotierende Welle 62, vorzugsweise eine Nockenwelle 62, die durch ein Betätigungs- und Steuersystem 61 angetrieben wird, welches wie bei Fig. 1 beschrieben vorzugsweise aus einem Servomotor 61 besteht. Die Nockenwelle 62 führt den Vorgang aus, einen Leiter 54, der mit dem festen Kontakt 10 der Unterbrechungseinheit 7 verbunden ist, von den festen Kontakten 55, 56 und 57 zu trennen, welche mit einer Stelle auf Erdpotential, z. B. dem Außengehäuse 4, mit dem Anschluß 71 der Durchführung 52 bzw. mit dem Anschluß 72 der Durchführung 53 verbunden sind.

Die Trennung erfolgt durch Bewegen der beweglichen Kontakte 58, 65 und 64, die mit der Nockenwelle 62 verbunden sind, und zwar durch ein System 59 bestehend aus einer Feder und einem Kolben. Was den Vorgang zum Öffnen und Schließen des Trennkontakts 58 betrifft, so fließt beim Schließen der Strom von dem Leiter 54 zu einem Gehäuse 63, das die Nockenwelle 62 umgibt. Von dem Gehäuse 63 fließt der Strom zu dem beweglichen Kontakt 58 und weiter zu dem entsprechenden festen Kontakt 56, der mit dem Anschluß 71 verbunden ist. Beim Öffnungsvorgang löst sich der von der Nockenwelle 62 angetriebene bewegliche Kontakt 58 von dem festen Kontakt 56 und unterbricht so die elektrische Verbindung. Der gleiche Vorgang kann, sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen, für die beweglichen Kontakte 64 und 65 ablaufen.

Selbstverständlich können die Betätigungsmittel mit der Nockenwelle 62 und dem System 59 auch bei der Vorrichtung der Fig. 1 verwendet werden.

Die möglichen Trennvorgänge sind schematisch in Fig. 3 dargestellt.

Was die Elektrik betrifft, kann die Einheit 24 durch die drei Kontakte 70, 71 und 72 dargestellt werden, die den Leiter 54, austretend aus der Unterbrechungseinheit 7, mit den Ausgangsanschlüssen 71 bzw. 72 und mit dem Außengehäuse 4 verbinden können, das auf Erdpotential ist.

Die folgenden Konfigurationen sind durch geeignetes Bewegen der Nockenwelle 62 erreichbar:

Kontakt 58 geschlossen und Kontakte 65 und 64 offen;

Kontakt 65 geschlossen und Kontakte 58 und 64 offen;

Kontakt 64 geschlossen und Kontakte 65 und 58 offen;

Kontakte 58 und 65 geschlossen und Kontakt 64 offen.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist folglich besonders vorteilhaft, da dank der durch die Verwendung des Servomotors möglichen Positionssteuerung, die Trennung, auch an mehreren Anschlüssen, durch einfaches Drehen der Nockenwelle 62 ausgeführt werden kann.

Dank der Kontrolle über den Bewegungsablauf der beweglichen Kontakte und der Steuerung der Winkelposition der Antriebswelle durch den Servomotor, körnen die Trennvorgänge optimiert werden, sowohl hinsichtlich der Ausführzeiten als auch hinsichtlich des notwendigen Energieverbrauchs.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Betätigungsmittel, die die beweglichen Kontakte 58, 65 und 64 der Fig. 2 in der Trennkammer 24 betätigen, wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Der bewegliche Kontakt 58 ist mittels einer Verbindungsstange 81 mit einer Kurbel 82 verbunden, die mit einer von einem Servomotor 61 angetriebenen Betätigungswelle 83 verbunden ist. Während des Schließvorgangs der Trenneinheit dreht die Betätigungswelle 83 die Kurbel 82 von der Stellung 85 zu der Stellung 86 und bewegt so den beweglichen Kontakt 58 in die Richtung des Pfeils 87.

Während des Öffnungsvorgangs der Trenneinheit dreht die Betätigungswelle 83 die Kurbel 86 in die umgekehrte Richtung, was die Bewegung des beweglichen Kontakts 58 in Richtung des Pfeils 88 bewirkt. Das kinematische Paar bestehend aus dem System von Verbindungsstange und Kurbel kann in einem leitenden Gehäuse angeordnet sein, das dem Gehäuse 63 der Fig. 2 ähnlich ist.

Der gleiche Vorgang, sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen, kann für die beweglichen Kontakte 64 und 65 ablaufen. Um alle möglichen Trennvorgänge wie in Fig. 3 beschrieben zu gewährleisten, hat die Betätigungswelle 83 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Satz von drei kinematischen Paaren aus Verbindungsstange und Kurbel, die dem oben unter Bezugnahme auf den beweglichen Kontakt 58 beschriebenen ähnlich sind, wobei diese Paare mit unterschiedlichen relativen Winkelpositionen bezüglich der Hauptachse der Welle 83 verteilt sind.

Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des kinematischen Paars, das die beweglichen Kontakte 58, 64 und 65 der Fig. 2 in der Trennkammer 24 betätigt, wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 dargestellt.

Ein Exzenterelement 92 ist mit der Hauptbetätigungswelle 91 verbunden, die ihrerseits mit dem Servomotor 61 verbunden ist. Die Betätigungsstange 90 des beweglichen Kontakts 58 ist mit der Verbindungsstange 93 verbunden, die über die Rolle 94, die frei in einer nahe der Kante des Exzenterelements 92 ausgebildeten Rille 95 laufen kann, mit dem Exzenterelement 92 verbunden ist. Während des Öffnungsvorgangs der Unterbrechungseinheit bewirkt der Servomotor 97 eine Drehung der Betätigungswelle 91 in Richtung des Pfeils 96. Durch das Vorhandensein der Rolle 94 und des Exzenterelements 92 wird die Drehbewegung der Welle 91 in eine translatorische Bewegung der Führungsstange 90 in Richtung des Pfeils 97 umgewandelt. Entsprechend kann durch Bewegen der Welle 91 in Richtung des Pfeils 98 die translatorische Bewegung der Führungsstange 90 und damit des beweglichen Kontakts 58 in Richtung des Pfeils 90 erzeugt werden.

Wie bei dem in Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel, hat die Betätigungswelle 91, um alle der in Fig. 3 beschriebenen Trennvorgänge ausführen zu können, einen Satz von drei Exzenterelementen, die jeweils mit geeigneter Winkelstellung bezüglich der Achse der Betätigungswelle angeordnet sind, in Abhängigkeit davon, welcher bewegliche Kontakt angetrieben werden soll.

Gemäß einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die beweglichen Kontakte 58, 64 und 65 der Fig. 2 in Form von Lamellen vorgesehen sein, die in geeigneten Winkeln an der von dem Servomotor angetriebenen Welle verkeilt sind. Durch geeignetes Drehen der Welle des Servomotors können die in Fig. 3 beschriebenen Vorgänge ausgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet zum Realisieren mehrpoliger Schaltervorrichtungen, z. B. zum Anschließen an eine mehrphasige elektrische Leitung. Eine gasisolierte Schaltervorrichtung mit einer Betätigungsvorrichtung zum Trennen dreier Pole, die ein einziges Betätigungs- und Steuersystem für die Trennvorgänge an allen drei Polen verwendet, wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 schematisch beschrieben. Diese Vorrichtung enthält einen einzigen Servomotor 124, der mit den beweglichen Kontakten gekoppelt ist, welche den Vorgang zum Trennen der elektrischen Pole 120, 121 und 122 mittels einer einzigen Betätigungswelle 123 und durch Verwendung geeigneter kinematischer Paare ausführen, für die weiter unten einige Ausführungsbeispiele beschrieben werden.

Entsprechend kann ein Servomotor mit einer einzigen Übertragungswelle mit den beweglichen Kontakten gekoppelt sein, die den Unterbrechungsvorgang bei den elektrischen Polen 120, 121 und 122 ausführen; alternativ kann für jede Unterbrechungseinheit ein Servomotor vorgesehen sein, wie vorstehend beschrieben.

Durch die Verwendung von Betätigungs- und Steuersystemen, die vorzugsweise einen Servomotor enthalten, können alle Vorgänge in kürzerer Zeit und auf kontrollierte Art und Weise ausgeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Betätigungsmittel, die für den Trennvorgang bei der Vorrichtung der Fig. 7 verwendet werden, wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 vorgestellt.

Für jeden einzelnen Pol ist die Betätigungswelle 123 an einen Nocken 130 gekoppelt. Der Servomotor dreht die Betätigungswelle 123, die den Nocken 130 antreibt und ihn veranlaßt, Winkelbewegungen über einen kontrollierten Winkel und mit hoher Präzision auszuführen. Während der verschiedenen Schritte des Vorgangs fließt Strom von dem Gleitkontakt 131 (der mit dem von der Unterbrechungseinheit ankommenden Leiter 54 verbunden ist) zu dem Nocken 130, der mit einer leitenden Schicht 111 überzogen ist, und von dort zu einem oder mehreren der beweglichen Kontakte 58, 65 und 64, die mit den festen Kontakten 56, 57 bzw. 55 gekoppelt sind, welche mit den Anschlüssen 71 und 72 und dem Gehäuse 4 verbunden sind. Jeder bewegliche Kontakt kann durch den Nocken 130 mittels eines Systems 135 bewegt werden, das beispielsweise aus einer dem Kontakt selbst beigeordneten Feder-Kolben- Anordnung besteht.

Die möglichen Schritte des Trennvorgangs sind unter Bezugnahme auf die Fig. 9a bis 9e dargestellt. Der Einfachheit halber bezeichnen die Bezugszeichen 136, 137 und 138 jeweils Paare der elektrischen Kontakte 58-56, 65-57 und 64-55. Durch Betätigen des Nockens 130, z. B. in Richtung des Pfeils 139 ergeben sich die folgenden Schritte des Trennvorgangs:

1) Kontakte 136 geschlossen, Kontakte 137 und 138 offen (Fig. 9a);

2) Kontakte 136 und 137 geschlossen, Kontakte 138 offen (Fig. 9b);

3) Kontakte 137 geschlossen, Kontakte 136 und 138 offen (Fig. 9c);

4) Kontakte 136, 137 und 138 offen (Fig. 9d);

5) Kontakte 138 geschlossen, Kontakte 137 und 136 offen (Fig. 9e).

Die Abfolge der Vorgangsschritte kann je nach den Anforderungen durch geeignetes Betätigen der Welle 123 verändert werden.

Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, da sie es erlaubt, mit nur einem Servomotor die Trennvorgänge bei allen Polen der gasisolierten Vorrichtung auszuführen. Dadurch kann die Sperrigkeit beträchtlich reduziert werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der für den Trennvorgang bei der Vorrichtung der Fig. 7 verwendeten Betätigungsmittel wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 vorgestellt.

Für jeden Pol ist die Betätigungswelle 123 mit einem Ritzel 145 gekoppelt, das wiederum mit einer Zahnstange 140 gekoppelt ist. Die Zahnstange 140 ist fest mit einem Gleitstück 141 verbunden, an dessen Oberfläche ein Nocken 142 vorgesehen ist. Das Gleitstück 141 und der Nocken 142 sind mit einer leitenden Schicht überzogen. Auf diese Weise fließt Strom von dem Gleitkontakt 143, der mit dem von der Unterbrechungskammer ankommenden Leiter 54 verbunden ist, zu einem oder mehreren der beweglichen Kontakte 58, 65 und 64. Jeder der beweglichen Kontakte hat ein Feder-Kolben-System, das das Koppeln zwischen Kontakt und Nocken 142 gewährleistet. Der Kontakt 64, der die Verbindung zu dem Gehäuse der gasisolierten Vorrichtung darstellt, ist horizontal in Richtung des Pfeils 146 angeordnet. Dadurch kann die Sperrigkeit beträchtlich reduziert werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11a bis 11e sind die möglichen Schritte des Trennvorgangs dargestellt. Der Einfachheit halber bezeichnen die Bezugszeichen 136, 137 und 138 jeweils Paare der elektrischen Kontakte 58-56, 65-57 und 64-55. Durch Drehen der Betätigungswelle in die in Fig. 10 mit dem Pfeil 148 bezeichnete Richtung, was die Bewegung des Gleitstücks in Richtung des Pfeils 146 hervorruft, ergeben sich die folgenden Schritte des Trennvorgangs:

1) Kontakte 136 geschlossen, Kontakte 137 und 138 offen (Fig. 11a);

2) Kontakte 136 und 137 geschlossen, Kontakte 138 offen (Fig. 11b);

3) Kontakte 137 geschlossen, Kontakte 136 und 138 offen (Fig. 11c);

4) Kontakte 136, 137 und 138 offen (Fig. 11d);

5) Kontakte 138 geschlossen, Kontakte 137 und 136 offen (Fig. 11e).

Die Abfolge der Vorgangsschritte kann je nach den Anforderungen durch geeignetes Betätigen der Welle 123 verändert werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der für den Trennvorgang bei der Vorrichtung der Fig. 7 verwendeten Betätigungsmittel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 12, 13, 14 und 15 vorgestellt.

Gemäß den Fig. 12 bis 15 ist die Betätigungswelle 123 für jeden der Pole der Vorrichtung mit einem Kegelrad 150 verbunden, das mit einem anderen Kegelrad 151 verbunden ist, welches seinerseits mittels der Nebenwelle 157 starr mit der Scheibe 152 gekoppelt ist. Ein Nocken 156 ist an der Oberfläche 153 der Scheibe ausgebildet. Eine Drehung der Betätigungswelle 123, z. B. in Richtung des Pfeils 157, erzeugt über die Kopplung der Kegelräder 150 und 151 eine Drehung der Scheibe 152 in Richtung des Pfeils 158. Folglich dreht sich der Nocken 156 und bewegt so die beweglichen Kontakte 58, 65, 64. Da diese mit einem Feder- und Kolben-System ausgestattet sind, kommen die beweglichen Kontakte 58, 65 und 64 mit den entsprechenden festen Kontakten 56, 57 und 55 in Berührung, die mit den Anschlüssen 71 und 72 bzw. mit dem Gehäuse 4 verbunden sind. Strom fließt von dem Leiter 54, der mit der Unterbrechungseinheit 7 verbunden ist, durch den Gleitkontakt 154 zu den beweglichen Kontakten 58, 65 und 64 über den Nocken 156 und die leitende Schicht 153. Die beweglichen Kontakte sind in einer horizontalen Stellung bezüglich der Drehachse der Scheibe 152 angeordnet. Durch diese Lösung kann die durch die Anordnung der beweglichen Kontakte verursachte Sperrigkeit weiter reduziert werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 16a bis 16e sind die möglichen Schritte des Trennvorgangs dargestellt. Der Einfachheit halber bezeichnen die Bezugszeichen 136, 137 und 138 jeweils Paare der elektrischen Kontakte 58-56, 65-57 bzw. 64-55. Durch Drehen der Betätigungswelle z. B. in die mit dem Pfeil 257 bezeichnete Richtung ergeben sich die folgenden Schritte des Trennvorgangs:

1) Kontakte 136 geschlossen, Kontakte 137 und 138 offen (Fig. 16a);

2) Kontakte 136 und 137 geschlossen, Kontakte 138 offen (Fig. 16b);

3) Kontakte 137 geschlossen, Kontakte 136 und 138 offen (Fig. 16c);

4) Kontakte 136, 137 und 138 offen (Fig. 16d);

5) Kontakte 138 geschlossen, Kontakte 137 und 136 offen (Fig. 16e).

Die Abfolge der Vorgangsschritte kann je nach den Anforderungen durch geeignetes Betätigen der Welle 123 verändert werden.

Selbstverständlich können die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Betätigungsmittel, welche unter Bezugnahme auf die dreipolige Vorrichtung der Fig. 7 beschrieben wurden, in äquivalenter Art und Weise auch bei den Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 verwendet werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung in einer elektrischen Schaltstation. Folglich betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Hoch- und/oder Mittelspannungs-Energieverteilungs- und Übertragungsanlage, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Schaltervorrichtung nach der Erfindung enthält.

Die so konzipierte gasisolierte Schaltervorrichtung kann Modifikationen und Änderungen innerhalb des Erfindungskonzepts erfahren, wie es in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]

1. Gasisolierte Hoch- und Mittelspannungsschaltervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse (4) umfaßt, welches enthält:

zumindest eine Unterbrechungseinheit (7) mit zumindest einem festen Kontakt (10) und einem beweglichen Kontakt (9), die miteinander koppeln können, und ersten Betätigungsmitteln, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt (9) verbunden sind;

zumindest eine Trenneinheit (24), die elektrisch mit der Unterbrechungseinheit (7) verbunden ist, wobei die Trenneinheit (24) zumindest einen festen Kontakt (32) und einen beweglichen Kontakt (27), die miteinander koppeln können, und zweite Betätigungsmittel hat, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind;

und daß zumindest eines der Betätigungsmittel einen Motor mit Positionssteuerung enthält.

2. Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Betätigungsmittel einen Motor mit Positionssteuerung (15) enthalten.

3. Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Betätigungsmittel einen Motor mit Positionssteuerung (29, 61) enthalten.

4. Schaltervorrichtung nach Anspruch 2, daß der Motor mit Positionssteuerung (15) ein Drehservomotor ist, der mittels eines kinematischen Paars betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt (9) der Unterbrechungseinheit (7) verbunden ist, wobei das kinematische Paar die Drehbewegung der Welle (14) des Servomotors in eine translatorische Bewegung des beweglichen Kontakts (9) umwandelt.

5. Schaltervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kinematische Paar eine Kurbel (13), die fest an eine Hauptbetätigungswelle (14) gekoppelt ist, welche mit dem Servomotor verbunden ist, und eine Verbindungsstange (12) enthält, die mit der Kurbel (13) und mit einer Führungsstange (6) des beweglichen Kontakts (9) verbunden ist.

6. Schaltervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kinematische Paar ein Ritzel (100), das mit einer Hauptbetätigungswelle (14) gekoppelt ist, welche mit dem Servomotor verbunden ist, und eine Zahnstange (101) enthält, die mit dem Ritzel (100) und mit einer Führungsstange (6) des beweglichen Kontakts (9) verbunden ist.

7. Schaltervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor mit Positionssteuerung (29, 61) ein Drehservomotor ist, der mittels eines kinematischen Paars betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt der Trenneinheit (24) verbunden ist, wobei das kinematische Paar die Drehbewegung der Welle des Servomotors in eine translatorische Bewegung des beweglichen Kontakts (27) umwandelt.

8. Schaltervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kinematische Paar eine Nockenwelle (62) enthält, die mit der Welle des Servomotors (61) verbunden ist, wobei jeder Nocken der Nockenwelle (62) durch eine diesem beigeordnete Feder mit einem beweglichen Kontakt (58, 64, 65) gekoppelt ist.

9. Schaltervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kinematische Paar eine Kurbel (82), die fest mit einer Hauptbetätigungswelle (83) gekoppelt ist, welche mit dem Servomotor (61) verbunden ist, und eine Verbindungsstange (81) enthält, die mit der Kurbel (82) und mit einer Führungsstange des beweglichen Kontakts (58) verbunden ist.

10. Schaltervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kinematische Paar zumindest ein Exzenterelement (92), das fest mit einer Hauptbetätigungswelle (91) gekoppelt ist, welche mit dem Servomotor (61) verbunden ist, und eine Verbindungsstange (93) enthält, die mit dem Exzenterelement (92) und mit einer Führungsstange (90) des beweglichen Kontakts (58) verbunden ist.

11. Schaltervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit Positionssteuerung (29) ein Drehservomotor ist, der mittels eines Zahnstangensystems (28) betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt (27) der Trenneinheit (24) verbunden ist.

12. Schaltervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungseinheit (7) ein abgedichtetes Gehäuse (4) hat, wobei die Unterbrechungseinheit (7) bezüglich des restlichen Teils der Schaltervorrichtung herausziehbar ist.

13. Mehrpolige gasisolierte Schaltervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest ein Aufnahmegehäuse enthält, in dem für jeden Pol (120, 121, 122) angeordnet ist:

zumindest eine Unterbrechungseinheit (7) mit zumindest einem Festen Kontakt und einem beweglichen Kontakt, die miteinander koppeln können, und ersten Betätigungsmitteln, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind;

zumindest eine Trenneinheit (24), die elektrisch mit der Unterbrechungseinheit verbunden ist, wobei die Trenneinheit zumindest einen festen Kontakt und einen beweglichen Kontakt, die miteinander koppeln können, und zweite Betätigungsmittel hat, die betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind;

und daß zumindest eines der Betätigungsmittel einen Motor mit Positionssteuerung (124) enthält.

14. Mehrpolige gasisolierte Schaltervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit Positionssteuerung (124) ein Drehservomotor ist.

15. Mehrpolige gasisolierte Schaltervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (124) mittels eines Nockens (130), der drehfest auf der Hauptbetätigungswelle (123) des Servomotors (124) befestigt ist, und mittels einer Feder, die mit dem Nocken (124) und mit einem beweglichen Kontakt (58, 64, 65) verbunden ist, betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt der Trenneinheiten (24) verbunden ist.

16. Mehrpolige gasisolierte Schaltervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (124) mittels eines Ritzels (145), das an einer durch den Servomotor (124) betätigten Welle (123) befestigt ist, betriebsmäßig mit dem beweglichen Kontakt der Trenneinheiten (24) verbunden ist, wobei das Ritzel (145) mit einer Zahnstange (140) gekoppelt ist, welche mit einem Gleitstück (141) verbunden ist, das einen Nocken (142) hat, der mittels eines Feder-Kolben-Systems mit zumindest einem beweglichen Kontakt gekoppelt ist.

17. Mehrpolige gasisolierte Schaltervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (124) mittels eines ersten Zahnrads (150), das drehfest auf der Hauptbetätigungswelle (123) des Servomotors (124) befestigt ist, und eines zweiten Zahnrads (151), das mit dem ersten Zahnrad (150) und mit einer Scheibe (152) verbunden ist, die einen Nocken (156) enthält, der mittels eines Feder-Kolben-Systems mit zumindest einem beweglichen Kontakt gekoppelt ist, betriesmäßig mit dem beweglichen Kontakt der Trenneinheiten verbunden ist.

18. Hoch- und/oder Mittelspannungs-Energieverteilungs- und Übertragungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schaltervorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche enthält.







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