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Dokumentenidentifikation DE102006001236A1 19.07.2007
Titel Anlagenbaustein für eine Schaltanlage
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Müller, Ottmar, Prof., 12459 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 05.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006001236
Offenlegungstag 19.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2007
IPC-Hauptklasse H02B 13/065(2006.01)A, F, I, 20060105, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02B 5/06(2006.01)A, L, I, 20060105, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Anlagenbaustein für eine Schaltanlage, insbesondere für eine gasisolierte Schaltanlage.
Der erfindungsgemäße Anlagenbaustein weist ein Gehäuse (10), einen als Gehäusedurchführung ausgebildeten Kabelendverschluss für den äußeren Anschluss eines Stromkabels und einen ringförmigen Wandler (13) mit einem oder mehreren Ringkernen (5) auf, wobei der Kabelendverschluss einen Isolierkörper (1) mit einer zumindest bereichsweisen konischen Außenfläche und einen vom Isolierkörper (1) aufgenommenen Kabelleiterausgang (2) aufweist, wobei der Wandler (13) eine Umhüllung (6) aufweist, die den Ringkern (5) umgibt, und der Wandler (13) auf der konischen Außenfläche des Isolierkörpers (1) angeordnet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Anlagenbaustein für eine Schaltanlage, insbesondere für eine gasisolierte Schaltanlage.

Gasisolierte Schaltanlagen sind grundsätzlich bekannt. So offenbart die Druckschrift DE 199 57 392 A1 eine gasisolierte, dreiphasig gekapselte Schaltanlage mit den Anlagenkomponenten wie Kabelendverschluss, Leistungsschalter, Trenn-Erdungsschalter, Sammelschiene, und insbesondere einen Strom- und/oder Spannungswandler. Die Anlagenkomponenten sind in einem metallenen Kapselungsgehäuse angeordnet. Das Kapselungsgehäuse selbst ist zur Erzeugung einer Isolation mit Isoliergas befüllbar bzw. befüllt.

Gemäß der DE 199 57 392 A1 enthält der Kabelendverschluss einen konisch geformten Isolierkörper und einen Kabelleiterausgang, welcher im Kopfbereich des konischen Isolierkörpers angeordnet ist. Der Fuß des Isolierkörpers ist mit dem Kapselungsgehäuse verbunden, welches an dieser Stelle geöffnet ist, um die Durchführung eines Stromkabels zu ermöglichen. Der Wandler ist in einer bevorzugten Ausführungsform auf den Fuß des Isolierkörpers, welcher allerdings nicht konisch, sondern zylindrisch ausgebildet ist, angeordnet. Diese Anordnung des Wandlers zeichnet sich dadurch aus, dass nur wenig Raum in Anspruch genommen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Anlagenbaustein, insbesondere für eine Schaltanlage zu schaffen, bei der die Anordnung eines Wandlers in Hinblick auf eine möglichst kompakte Bauweise weiter optimiert ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Anlagenbaustein nach dem unabhängigen Anspruch.

Dadurch, dass der Wandler eine Umhüllung aufweist, die den Ringkern oder die Ringkerne umgibt, und der Wandler auf der konischen Außenfläche des Isolierkörpers angeordnet ist, können Ringkerne mit einem reduzierten Durchmesser bzw. Querschnitt eingesetzt werden, wodurch der benötigte Platz für die Wandler reduziert ist. Durch die Umhüllung der Ringkerne wird der sichere Sitz des Wandlers auf den Isolierkörper gewährleistet. Insbesondere kann durch die Umhüllung gewährleistet werden, dass der Raum zwischen Ringkern und Isolierkörper nahezu spaltlos ist.

Eine vollständige Umhüllung des Ringkerns ist zwar wegen der mechanischen Stabilität des Wandlers vorteilhaft, aber nicht unbedingt notwendig: So ist es beispielsweise auch ausreichend, wenn sich die Umhüllung auf den Bereich beschränkt, mit dem der Wandler auf der konischen Außenfläche des Isolierkörpers aufliegt.

Als Umhüllung bietet sich eine elastische Umhüllung an, insbesondere eine Umhüllung aus Silikon oder Acryl. Durch diese Eigenschaft kann zum einen ein passgenauer Sitz des Wandlers auf dem Isolierkörper erreicht werden, zum anderen lässt sich auf diese Weise eine "Saugwirkung" umsetzen, die den Wandler in seiner Position hält.

Insbesondere kann der erfindungsgemäße Anlagenbaustein ein Anlagenbaustein für eine gasisolierte Schaltanlage, oder sogar eine gasisolierte Schaltanlage selbst sein. In diesem Sinne wäre das Gehäuse des Anlagenbausteins ein Kapselungsgehäuse, in welchem die Anlagenkomponenten angeordnet sind und welches mit Isoliergas, insbesondere mit dem Isoliergas SF6, befüllbar ist.

Sind die Kabelendverschlüsse vertikal ausgerichtet, so dass sie sich nach oben hin verjüngen, kann bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Anlagenbausteins auf Mittel, mit denen der Wandler in Position gehalten wird, verzichtet werden. In diesem Falle wird der Wandler durch die Schwerkraft und gegebenenfalls die Saugwirkung der Umhüllung in Position gehalten.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wandler eine Metallschirmung aufweist, die zwischen dem Ringkern bzw. den Ringkernen und dem Isolierkörper angeordnet ist und vorzugsweise vollständig von der Umhüllung umgeben ist.

Durch eine derartige Metallschirmung kann der Wandler und insbesondere der Sitz der Ringkerne mechanisch stabilisiert werden. Insbesondere kann die Metallschirmung durch eine geeignete Wahl der Wandstärke als Gießform für Ringkerne und die Umhüllung eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Metallschirmung flächig ausgebildet und umläuft axial, vorzugsweise vollständig, den Isolierkörper. Die axialen Randbereiche sind vorzugsweise radial nach außen gekrümmt, wodurch eine Aufnahmeform für die Ringkerne gewährleistet wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Metallschirmung eine erste Elektrode eines Kondensators ist, und die zweite Elektrode des Kondensators durch ein in den Kabelendverschluss eingeführtes Stromkabel bildbar ist.

Durch Metallabschirmung und Stromkabel wird ein Kondensator gebildet, der sich als Spannungswandler einsetzen lässt. Zusammen mit den Ringkernen, welche als Stromwandler eingesetzt werden können, wird durch den Wandler ein sogenannter "Kombiwandler" gebildet, mit dem sich sowohl Spannung als auch Strom prüfen bzw. messen lässt.

Ist die Metallschirmung als den Isolierkörper axial umlaufendes flächiges Element ausgebildet, so wird insbesondere von Metallschirmung und in den Kabelendverschluss eingeführtes Stromkabel ein Ringkondensator gebildet.

Bevorzugt ist der Bereich zwischen Metallschirmung und Isolierkörper spaltlos, d.h., vollständig durch die Umhüllung ausgefüllt. Durch die Dielektrizität der Umhüllung ist die Kapazität des Kondensators erhöht, wodurch die Empfindlichkeit des Kondensators und somit des Spannungswandlers verbessert ist.

Insbesondere lässt sich die erfindungsgemäße Metallschirmung in einer Doppelfunktion verwenden: Zunächst kann die Metallschirmung als Gießform für die Herstellung des Wandlers, danach als Bestandteil eines Kondensators eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Innenfläche des Wandlers konisch ist, wobei der Konuswinkel der Innenfläche des Wandlers im wesentlichen dem Konuswinkel der Außenfläche des Isolierkörpers entspricht.

Durch diese Ausbildung der Innenfläche des Wandlers ist ein Spalt zwischen Wandler und Isolierkörper nahezu ausgeschlossen.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Anlagenbaustein eine Halterung enthält, mit der der Wandler in Position gehalten wird.

Eine derartige Halterung bietet sich insbesondere für den Fall an, dass die Ausrichtung des Kabelendverschlusses nicht vertikal ist.

Eine stabile Halterung des Wandlers lässt sich beispielsweise über eine kraftschlüssige Verbindung herstellen, beispielsweise mittels eines Klemmmittels, in welches der Wandler zumindest bereichsweise eingeklemmt ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Baustein mehrere Wandler und mehrere, vorzugsweise symmetrisch angeordnete, Kabelendverschlüsse aufweist, und die Wandler der jeweiligen Kabelendverschlüsse durch eine einzelne, gemeinsame Halterung in Position gehalten werden.

Eine derartige gemeinsame Halterung bietet sich beispielsweise bei dreiphasigen Anlagenbausteinen, welche somit drei Kabelendverschlüsse aufweisen, die zumindest im Bereich der Kabelendverschlüsse bezüglich ihrer Symmetrieachsen parallel angeordnet sind, an. In diesem Falle können vorteilhafterweise sämtliche Wandler in einer gemeinsamen Ebene auf den jeweiligen Isolierkörpern der Kabelendverschlüsse angeordnet werden. Entsprechend können auch die Haltemittel für den jeweiligen Wandler der Halterung in einer gemeinsamen Ebene angeordnet werden, wodurch sich, insbesondere in dem Fall, dass sich die Halterung in der Mitte zwischen den Kabelendverschlüssen befindet, eine besonders kompakte bzw. platzsparende Anordnung von Wandler und Halterung ergibt.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Ausführungsbeispiele, welche jeweils in einer Figur dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:

1 einen Ausschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Anlagenbausteins in einer Querschnittsansicht, und

2 einen Ausschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Anlagenbausteins in einer Querschnittsansicht.

1 zeigt einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anlagenbausteins in einer Querschnittsansicht.

Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine einphasige, gasisolierte Schaltanlage mit einem metallischen, geerdeten Gehäuse 10, einem sich am Gehäuse befindenden Kabelendverschluss für den Anschluss eines Stromleiters und einem ringförmigen Wandler 13 mit drei Ringkernen 5.

Der Kabelendverschluss weist einen Isolierkörper 1 mit einer konischen Außenfläche auf. Am aufgeweiteten Ende ist der Isolierkörper 1 zu einem Fuß 3 verdickt, und in diesem Bereich mittels Schrauben an einer Bodenplatte 4 befestigt. Am sich verjüngenden Ende umschließt der Isolierkörper 1 im Kopfbereich einen zylinderförmigen Kabelleiterausgang 2, welcher gleichzeitig Verbindungsteil zu den Anlageelementen des Schaltfeldes ist.

Die Bodenplatte 4 ist Bestandteil des Kapselungsgehäuses 10. Sie ist so orientiert, dass der Kabelendverschluss innerhalb des Gehäuses 10 liegt. Des Weiteren ist in der Bodenplatte 4 im Bereich des Fußes 3 des Isolierkörpers 1 eine Öffnung vorhanden, um den Anschluss eines Stromkabels an den Kabelendverschluss zu ermöglichen.

Der Wandler 13 weist eine Silikonumhüllung 6 auf, die die Spulenkörper 5 vollständig umgibt. Des Weiteren ist der Wandler auf der konischen Außenfläche des Isolierkörpers 1 angeordnet.

Des Weiteren weist der Wandler 13 eine Metallschirmung 14 auf, die zwischen den Ringkernen 5 und der konischen Außenfläche des Isolierkörpers 1 angeordnet ist. Die Metallschirmung 14 ist als ringförmiges, flächiges Element ausgebildet, welches den Isolierkörper axial vollständig umgibt. Sie ist von der Silikonumhüllung 6 vollständig umschlossen.

Des Weiteren sind die axialen Enden der Metallabschirmung 14 axial nach außen gekrümmt. In der auf diese Weise gebildeten Aufnahmeform sind die Ringkerne 5 in axialer Richtung übereinander liegend angeordnet.

Die Metallschirmung 14 bildet die Elektrode eines Ringkondensators. Die Gegenelektrode wird durch ein in den Kabelendverschluss eingeführtes Stromkabel gebildet. Dieser Ringkondensator ist somit als Spannungswandler einsetzbar. Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Wandler ist damit ein Kombiwandler, mit dem sich sowohl Strom als auch Spannung prüfen bzw. messen lässt.

Die Innenfläche 7 des Wandlers ist konisch, wobei der Konuswinkel der Innenfläche 7 des Wandlers 13 des Konuswinkel der Außenfläche des Isolierkörpers 1 angepasst ist. Der Isolierkörper 1 besitzt zudem eine äußerst glatte Oberfläche in gleicher Güte wie die Oberfläche der Silikonumhüllung 6 der Innenwandung des Wandlers 13, wodurch sich eine nahezu gasfreie Berührungsfläche von Wandler 13 und Isolierkörper 1 ergibt.

Der Isolierkörper 1 ist vertikal mit dem verjüngenden Ende nach oben ausgerichtet. Aufgrund des Eigengewichts des Wandlers 13 wird die Silikonumhüllung 6 im Bereich der Innenwandung des Wandlers 13 zusammengepresst, wodurch der Wandler 13 saugend auf dem Isolierkörper 1 sitzt.

2 zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anlagenbausteins in einer Querschnittsansicht.

Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist dieser Anlagenbaustein eine dreiphasige gasisolierte Schaltanlage. Anstatt eines Kabelendverschlusses weist der Anlagenbaustein somit drei Kabelendverschlüsse mit jeweils einem Isolierkörper 1 und einem Kabelleiterausgang 2 auf. Aufgrund der Querschnittsansicht sind allerdings nur zwei Kabelendverschlüsse in der 2 sichtbar.

Die drei Kabelendverschlüsse sind mit zueinander parallelen Symmetrieachsen in einer gemeinsamen Ebene in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordnet. Über ihren Fuß 3 sind die Kabelendverschlüsse mit der Stirnseite des Gehäuses 10 verbunden und über Öffnungen in der Stirnseite des Gehäuses 10 zugänglich.

Die Kabelendverschlüsse sind identisch zu denen der ersten Ausführungsform. Insbesondere befinden sich aufgrund der identischen Ausführung der einzelnen Kabelendverschlüsse sowie der Anordnung der Kabelendverschlüsse die auf den jeweiligen Isolierkörper 1 angeordneten Wandler 13 in einer gemeinsamen Ebene.

Des Weiteren weist der Anlagenbaustein eine einzelne Halterung 11 auf, mittels der die Wandler 13 der jeweiligen Kabelendverschlüsse gemeinsam in Position gehalten werden. Die Halterung 11 weist als Haltemittel eine Klemmverschraubung 8 auf, mittels der er eine dauernd wirksame Anpresskraft im Zwickel des Kabelendverschlusses auf die Wandler aufgebracht werden kann. Die Klemmverschraubung 8 beinhaltet zwei Klemmbacken, wobei die erste und zweite Klemmbacke als Scheiben 9 und 12 ausgebildet sind. Die Halterung 11 einschließlich der Klemmverschraubung 8 ist im Zentrum der drei Kabelendverschlüsse angeordnet, so dass durch die Klemmverschraubung 8 alle drei Wandler 13 gehalten werden können.

Durch eine Schraubverbindung kann der Abstand zwischen den beiden Scheiben 9 und 12 gebildeten Klemmbacken verringert werden, wodurch eine Klemmwirkung auf die Wandler 13 ausgeübt werden kann. Des Weiteren ist die Scheibe 9 gegenüber der Scheibe 12 beweglich ausgebildet, so dass sie eine gleichmäßige Auflage aller drei Wandler gewährleistet.


Anspruch[de]
Anlagenbaustein für eine Schaltanlage, insbesondere für eine gasisolierte Schaltanlage, mit einem Gehäuse (10), einem als Gehäusedurchführung ausgebildeten Kabelendverschluss für den äußeren Anschluss eines Stromkabels und einem ringförmigen Wandler (13) mit einem oder mehreren Ringkernen (5), wobei der Kabelendverschluss einen Isolierkörper (1) mit einer zumindest bereichsweisen konischen Außenfläche und einen vom Isolierkörper (1) aufgenommenen Kabelleiterausgang (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (13) eine Umhüllung (6) aufweist, die den Ringkern (5) umgibt und der Wandler (13) auf der konischen Außenfläche des Isolierkörpers angeordnet ist. Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler eine Metallschirmung (14) aufweist, die zwischen den Ringkernen (5) und dem Isolierkörper (1) angeordnet ist und vorzugsweise vollständig von der Umhüllung (6) umgeben ist. Baustein nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschirmung (14) eine erste Elektrode eines Kondensators ist, und die zweite Elektrode des Kondensators durch ein in den Kabelendverschluss eingeführtes Stromkabel bildbar ist. Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (7) des Wandlers (13) konisch ist, wobei der Konuswinkel der Innenfläche (7) des Wandlers (13) im wesentlichen dem Konuswinkel der Außenfläche des Isolierkörpers (1) entspricht. Baustein nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustein eine Halterung (11) enthält, mit der der Wandler (13) in Position gehalten wird. Baustein nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustein mehrere Wandler (13) und mehrere, vorzugsweise symmetrisch angeordnete, Kabelendverschlüsse aufweist, und die Wandler (13) der jeweiligen Kabelendverschlüsse durch eine einzelne, gemeinsame Halterung (11) in Position gehalten werden.






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