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ELEKTRISCHE SCHALTVORRICHTUNG - Dokument DE69508788T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69508788T2 02.12.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0795219
Titel ELEKTRISCHE SCHALTVORRICHTUNG
Anmelder Asea Brown Boveri AB, Västerås, SE
Erfinder VALDEMARSSON, Stefan, S-725 97 Västeras, SE;
BREDER, Henrik, S-723 47 Västeras, SE
Vertreter Hansmann & Vogeser, 65929 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69508788
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 22.11.1995
EP-Aktenzeichen 959394487
WO-Anmeldetag 22.11.1995
PCT-Aktenzeichen SE9501389
WO-Veröffentlichungsnummer 9617420
WO-Veröffentlichungsdatum 06.06.1996
EP-Offenlegungsdatum 17.09.1997
EP date of grant 31.03.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.12.1999
IPC-Hauptklasse H02B 1/16
IPC-Nebenklasse H02B 13/075   H01H 31/16   H01H 33/00   

Beschreibung[de]
TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltvorrichtung, eine sogenannten schnellarbeitenden Stromschließer um einen schnellen, mechanischen und elektrischen Kurzschluß eines mehrphasigen Netzes zu erreichen.

Die elektrische Schaltvorrichtung ist vorzugsweise vorgesehen als Bogenlöscher in in Schränken eingeschlossenen Schaltgeräten für niedrige Spannungen und mittelgroße Spannungen verwendet zu werden, d. h. im Spannungsbereich bis zu ungefähr 40 kV, aber auch weieter Anwendungsbereiche sind denkbar.

In Kurzschlußbögen werden sehr große Energiemengen in Form von Wärme und Strahlung freigesetzt. In Innenschaltgeräten mit verhältnismäßig begrenztem Raum erzeugen diese Energiemengen Drucksteigerungen, die die Kapslung sprengen können, wenn es den erhitzten Gasen nicht ermöglicht wird durch Entlastungsöffnungen zu entweichen. Die hohen Bogentemperaturen lassen außerdem Leiter und Kapslung schmelzen und vergasen.

Brennbare organische Werkstoffe können auch angezündet werden, wenn sie hohen Temperaturen und intensiver Strahlung vom Bogen ausgesetzt werden.

HINTERGRUND

Indem sogenannte Bogenkontrollgeräte verwendet werden, beispielsweise der Art, wie sie in der 1985 veröffentlichten ASEA-Druckschrift SK 66-4 beschrieben sind, können bei Bogenstörungen die Materialschäden verringert und die Sicherheit für das Personal erhöht werden. Das Bogenkontrollgerät reagiert auf Kurzschlußbögen und sendet unmittelbar einen Auslösepuls an einen Ausschalter, der die Versorgungsspannung unterbricht. Die gewöhnlicherweise in dieser Art Schaltgeräten verwendeten Ausschalter sind jedoch nicht schnell genug um den Druck zu begrenzen, dessen Höchstwert gewöhnlicherweise innerhalb 10 bis 30 Millisekunden vorliegt. Gebräuchlicherweise werden solche Schaltgeräte daher mit Druckentlastungsvorrichtungen in Gestalt von Entlastungskanälen, automatisch sich öffnenden Türen, usw versehen. Hierdurch wird das Schaltgerät jedoch teuerer und nimmt größeren Platz ein.

Aus beispielsweise DE-A-26 23 81C ist bereits bekannt in gasisolierten, metallumhüllten Schaltgeräten ein Schnellerdungsgerät zu verwenden um einen Kurzschlußbogen zwischen einem Hochspannungsleiter und der geerdeten Kapslung zu löschen, um so das Risiko zu beseitigen, daß sich ein gefährlicher Überdruck aufbaut. Das beschriebene Erdungsgerät hat einphasige Ausführung und wird von einer eingebauten explosiven Ladung beeinflußt, deren Zündung von einem vom Bogen beeinflußten Sensor ausgelöst wird ein Nachteil eines solchen Erdungsgerätes ist, daß es nach einer einzigen Verwendung ganz überholt oder ersetzt werden muß.

Um Kurzschlußströme in einem Hochspannungsnetz zu begrenzen, ist bereits aus SE-B- 301 517 und GB-A-1,121,078 bekannt eine Schnellschluß-Erdungsgerät zu verwenden, das eine Hochspannungsleitung nach Eintreffen eines Kurzschlußstromes innerhalb einer Zeit von 5 ms oder weniger erden können soll. Dieses Erdungsgerät ist einphasiger Ausführung und wird mit Hochdruckluft, beispielsweise 30 Bar betrieben. Eine solche Ausführung ist in modernen Schaltgeräten für niedrige und mittelgroße Spannungen nicht praktisch verwendbar.

Es ist bereits bekannt Torsionsrundfedern als Energiespeicher in Betriebsvorrichtungen für Ausschalter zu verwenden (siehe beispielsweise DE-C-673 315 und SE-B-455 449 sowie US-A-4,825,182). Ein Vorteil dieser Art Federn ist, daß sie einen schnellen Energieausstoß ermöglichen, da die Masse einer Torsionsstange nahe der Drehachse konzentriert ist, wodurch das Trägheitsmoment der Stange gering wird. Bisher bekannte elektrische Schaltteile mit unter Torsion wirkenden Federn sind einphasig, was bedeutet, daß drei verschiedene Einheiten bei Verwendung in einem Dreiphasennetz erforderlich sind. Auf Grund des hierdurch verursachten verhältnismäßig großen Raumbedarfs wie auch die Kontaktanordnung usw. dieser elektrischen Schaltteile können diese Schaltgeräte nicht in Schaltgeräten obenerwähnter Art verwendet werden um einen schnellen Kurzschluß des Dreiphasenleiters zur Erde bei Eintreten von Bogenstörungen zu erzielen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Vorliegende Erfindung bezweckt eine elektrische Schaltanordnung zu erstellen, einen sogenannte Hochspannungs-Stromschließer, mit der Möglichkeit eine Reihe von Leitern schnell kurzzuschließen, beispielsweise dreiphasige Leiter zur Erde. Der Hochspannungs- Stromschließer soll sowohl hohe Spannungen wie hohe Ströme behandeln und mehrere Male funktionieren können. Er soll darüberhinaus eine verhältnismäßig einfache und kompakte Ausführung haben, die eine Anordnung in luftisolierten Innenschaltgeräten ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Schaltvorrichtung mit den in Patentanspruch 1 beschriebenen Kennzeichen erzielt.

Die Schnelligkeit des Stromschließers wird ein Auslösen der erforderlichen Betriebsenergie mit Hilfe eines elektrisch gesteuerten Schaltschlosses in einer vorgespannten Torsionsfeder erreicht, an welche radial laufende Kurzschlußkontaktarme befestigt sind, entweder direkt oder über ein stromführendes, an der Feder befestigtes Rohr. In abgeschalteter Lage liegen die Kontaktarme in der Mitte zwischen festen Kontakten, die vorgesehen sind, an die elektrisch kurzzuschließenden Phasenleiter angeschlossen zu werden.

Die festen Kontakte sind am besten mit selbstfedernden Kontaktelementen oder federbeaufschlagten Kontaktelementen versehen, die kantförmige Nuten bilden, in die die Kurzschlußkontaktarme während eines Kontaktbildungsvorgangs hineingleiten.

Sowohl die festen wie die beweglichen Kontakte können mit Schutzschirmen für elektrischen Feldausgleich versehen werden, sodaß die Isolierabstände zwischen den Kontakten verringert werden können. Aus dem gleichen Grunde kann die Kontaktanordnung in einen zylindrischen Hohlraum mit einem isolierenden gasförmigen Medium verlegt werden.

Der Hochspannungs-Stromschließer kann durch Vorspannen der Torsionsfeder mit beispielsweise einem Drehmomentschlüssel oder einem Motorantrieb rückgestellt werden.

Mit Hilfe einer passenden Verbesserung der Erfindung kann die Möglichkeit des Stromschließers große Ströme zu leiten verbessert werden ohne dessen Schnelligkeit zu senken. Dies wird dadurch erreicht, daß zwei koachsial angeordnete Torsionsfedern in Gestalt eines Stiftes in einem Rohr verwendet werden, wobei eine der Federn durch beispielsweise einen Drehmomentschlüssel oder einen Motorantrieb vorgespannt wird. Die andere Feder wird mit Hilfe einer Klappe von der zuerst erwähnten Feder vorgespannt, sodaß beide Federn in vorgespannter Lage sich untereinander berühren. Radial verlaufende Kurzschlußkontaktarme sind an den beiden Federn befestigt, entweder direkt an den Federn oder über stromführende, an den Federn befestigte Rohre. Indem die Torsionsfeder, die die andere vorspannt, mit verhältnismäßig leichten Kontaktarnmen versehen wird und die zuletzt erwähnte mit verhältnismäßig schweren Kontaktarmen mit einer größeren Stromleitungsfähigkeit, werden die leichten Kontakte zuerst die festen Kontakte erreichen, wenn der Stromschließer mit einem elektrisch gesteuerten Haken ausgelöst wird. Diese Ausführung ermöglicht Schnelligleit und Stromfähigkeit innerhalb gewisser Grenzen unabhängig voneinander zu wählen, indem die Federn mit den zugehörenden Kontaktarmen gesondert ausgelegt werden.

Ein erfindungsgemäßer Stromschließer mit großer Geschwindigkeit ist besonders günstig als Bogenlöscher in einem isolierten Innenschaltgerät zu verwenden, da er einer so kurzen Schließzeit versehen werden kann, daß der bei Auftreten eines Bogenfehlers erzeugte Überdruck auf ein für die Kapslung harmloses Niveau begrenzt wird. Das Schaltgerät braucht auf diese Weise nicht mit Druckentlastungsvorrichtungen versehen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird hier mit Hilfe einer Beschreibung von Ausführungen im Anschluß an die beiliegenden Zeichnungen erklärt, wobei

Fig. 1 in Vorderansicht schematisch das Kontaktsystem einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungs-Stromschließers in ausgeschalteter Lage zeigt,

Fig. 2 den Hochspannungs-Stromschließer in Fig. 1 schematisch in einem Achsialschnitt mit den oberen bzw. unteren Teile des Kontaktsystems in ausgeschalteter bzw. eingeschalteter Lage zeigt,

Fig. 3 auf dieselbe Weise wie in Fig. 2 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungs-Stromschließers zeigt, und

Fig. 4 und Fig. 5 auf dieselbe Weise wie in Fig. 1 und Fig. 2 eine dritte Ausführung eines solchen Hochspannungs-Stromschließers zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Hochspannungs-Stromschließer hat ein Apparatgehäuse 10, vorgesehen für eine feste Anbringung in Form eines kreisrund zylindrischen Hohlzylinders mit einer Zylinderwand 11 und Endteilen 12, 13. Das Apparatgehäuse kann aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehen. Eine stangenförmige Torsionsfeder 14 verläuft achsial durch das Gehäuse 10, an der eine sternförmige Kontaktplatte 17 befestigt ist. Die Kontaktplatte 17 weist drei radial verlaufende Kurzschlußkontaktarme 18 auf, die untereinander um 120º verschoben sind. In ausgeschalteter Lage der Kontakte (Fig. 1), liegen die Kontaktarme in der Mitte zwischen festen Kontakten 21, die durch die Zylinderwand 11 des Apparatgehäuses verlaufen und von diesem gestützt werden. Die festen Kontakte 21 sind jeweils vorgesehen an gesonderte Phasenleiter in dem kurzzuschließenden Dreiphasennetz angeschlossen zu werden.

Die festen Kontakte sind mit federnden Kontaktzungen versehen, die unter sich kanten förmige Nuten 23 bilden, in die die Kurzschlußkontaktarme 18 während eines Kontaktbildungsvorgangs hineingleiten (Fig. 2).

Die Torsionsstangenfeder 14 ist am einen Ende, beispielsweise mit Nuten, an einem Halter 25 befestigt, der am Apparatgehäuse 10 befestigt ist. Die Torsionsstangenfeder durchdringt am anderen Ende ein im Endteil 13 des Apparatgehäuses liegendes Lager 26 und ist mit einem radial gerichteten Zugarm 27 versehnen, der mit einer elektrisch gesteuerten Sperrvorrichtung 28 zusammenwirkt.

Während gewöhnlichem Betrieb befindet sich der Hochspannungs-Stromschließer in ausgeschalteter Lage (Fig. 1) und die Sperrvorrichtung 28 hält die Torsionsstangenfeder vorgespannt. Empfängt die Sperrvorrichtung 28 eine Auslösesignal, beispielsweise im Falle, daß ein Bogenfehler im Schaltgerätauftritt, in dem der Hochspannungs-Stromschließer installiert ist, wird die Betriebsenergie in der vorgespannten Torsionsstangenfeder ausgelöst, wodurch die Kurzschlußkontaktarme 18 in die Kontaktschlitze 23 der festen Kontakte in sehr kurzer Zeit (in der Größenordnung 1 Millisekunde) geschoben werden.

Nahe sowohl den festen wie den beweglichen Kontakten 21 bzw. 18 sind Schutzschirme 30 bzw. 29 zum elektrischen Feldausgleich angeordnet, sodaß die Isolierabstände zwischen den Kontakten in ausgeschalteter Lage verringert werden können. Aus dem gleichen Grund ist das Apparatgehäuse mit isolierendem Gas, beispielsweise SF&sub6;, gefüllt.

Nach einem Kurzschlußvorgang wird der Hochspannungs-Stromschließer rückgestellt durch Vorspannen der Torsionsstangenfeder, beispielsweise mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels oder eines Motorantriebs 31, der darauf an das hervorstehende Wellenende der Torsionsstangenfeder angeschlossen wird.

In der in Fig. 3 gezeigten Ausführung des Hochspannungs-Stromschließers ist die Kontaktplatte 17 an einem strromführenden Rohr 16 befestigt, das koachsial dies Torsionsstangenfeder 14 umschließt und beispielsweise mit Hilfe von Nuten an der Feder an deren Ende befestigt ist, das an die Vorspannungsvorrichtung 31 anschließbar ist. Das Rohr ist drehbar in den Endteilen 12, 13 des Apparatgehäuses gelagert und am Vorspannarm 27 befestigt. Eine biegsamer Leiter 33 für neutrale Erdung ist an das Rohr 16 angeschlossen.

In der Ausführung gemäß Fig. 3 ist der Halter zum Festhalten des einen Endes der Feder 14 an das Apparatgehäuse auf solche Weise ausgebildet, daß die Länge der Feder bedeutend länger sein kann als die achsiale Länge des zylindrischen gasgefüllten Hohlraumes 34, in welchem sich das Kontaktsystem befindet.

Der Hochspannungs-Stromschließer gemäß den Fig. 4 und 5 i mit zwei koachsial angeordneten Torsionsfedern und einer aussenliegenden rohrförmigen Feder. 15 versehen, die jeweils an einem Ende der entsprechenden Feder am Halter 25 befestigt sind, der am Apparatgehäuse 10 festgemacht ist. Die innenliegende Feder 14 ist vorgesehen mit Hilfe eines Drehmomentschlüssels oder einem Motorantrieb 31 vorgespannt zu werden. Die außenliegende Feder 15 wird von der innenliegenden Feder 14 vorgespannt, die für diesen Zweck mit einem Vorspannhaken 35 versehen ist. Die beiden Federn stehen somit in vorgespanntem Zustand in mechanischem Kontakt miteinander. Sternförmige Kontaktplatten 17 bzw. 19, die Kontaktarme 18 bzw. 20 aufweisen, müssen nicht unbedingt direkt an den Federn befestigt werden, sondern können anstelle dessen an stromführenden Rohren befestigt sein, die ihrerseits an den entsprechenden Federn auf eine ähnliche der in Fig. 3 gezeigten Weise befestigt sind. In ausgeschalteter Lage liegen die Kontaktarme 18, 20 in der Mitte zwischen festen Doppelkontakten 22 (Fig. 4), die vorgesehen sind an die Phasenleiter des mehrphasigen, kurzzuschliessenden Netzes angeschlossen zu werden. Die festen Kontakte sind mit federnden Kontaktzungen versehen, die zwischen sich kantenförmige Nuten 23 und 24 bilden, in welche die Kurzschlußkontaktarme 18 bzw. 20 der beiden Torsionsfedern während eines Kontaktbildungsvorganges hineingleiten (Fig. 5).

Indem die Torsionsfeder 14, die die andere Feder 15 vorspannt, mit verhältnismäßig leichten Kontaktarme 18 und die zuletzt genannte Feder mit schweren Kontaktarmen 20 mit größerer Stromführungsfähigkeit versehen wird, ereichen die leichteren Kontaktarme die festen Kontakte eher als die schwereren Kontaktarme, wenn der Stromschließer mit Hilfe der elektrisch gesteuerten Sperrvorrichtung 28 ausgelöst wird. Diese Ausführung ermöglicht innerhalb gewisser Grenzen Schnelligkeit und Stromführungsfähigkeit unabhängig voneinander zu wählen, indem die Federn mit den zugehörigen Kontaktarmen gesondert ausgelegt werden.


Anspruch[de]

1. Elektrische Schaltvorrichtung zum Bilden eines schnellen Kurzschlußes eines mehrphasigen Netzes, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltvorrichtung umfaßt

- ein vorzugsweise kreisrund zylindrisches Apparatgehäuse (10),

- eine durch das Apparatgehäuse achsial verlaufende Welle, die eine stangenförmige Torsionsfeder (14) aufweist, deren eines Ende am Apparatgehäuse befestigt ist und deren anderes Ende vorgesehen ist an eine Vorspannungsvorrichtung (31) angeschlossen zu werden,

- eine Anzahl fester Kontakte (21), die der Anzahl Leiter im mehrphasigen Netz entsprechen, wobei die festen Kontakte in einer zur Welle winkelrechten Ebene und in regelmäßigen Abständen um die Welle herum winkelverschoben liegen und die Wand (11) des Apparatgehäuses zum Anschluß an diese Leitungen durchlaufen,

- eine Anzahl von der Welle getragener Kontaktarme (18), die der Anzahl fester Kontakte (21) entsprechen, wobei die Kontaktarme elektrisch miteinander verbunden sind und in dieser winkelrechten Ebene liegen und radial nach außen gerichtet sind, sodaß sie in ausgeschalteter Lage im Wesentlichen in der Mitte zwischen den festen Kontakten (21) liegen, und

- eine elektrisch gesteuerte Sperrvorrichtung (98) zum Festhalten der elektrischen Schaltvorrichtung in ausgeschalteter Lage während gewöhnlichem Betrieb mit der Torsionsfeder (14) vorgespannt.

2. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle ein Rohr (16) umfaßt, das um die Feder (14 herum angeordnet und an der Feder an diesem zweiten Ende befestigt ist, wobei die Kontaktarme (18) am Rohr festgemacht sind.

3. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarme (18) eine sternförmige Kontaktplatte (17) bilden.

4. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle zwei koachsial angeordnete Torsionsfedern (14, 15) umfaßt, die fest am einen Ende der Welle befestigt sind und jeweils eine Gruppe (17, 19) dieser Kontaktarme (18, 20) stützt, daß die erste Feder (14) vorgesehen ist mit Hilfe dieser Vorspannvorrichtung (31) vorgespannt zu werden, wogegen die zweite Feder (15) vorgesehen ist von der ersten Feder über einen einfachwirkenden Anschluß vorgespannt zu werden und daß die Gruppe (17) von der ersten Feder (14) gestützter Kontaktarme (18) bedeutend leichter ist als die Gruppe (19), die von der zweiten Feder (15) gestützt werden.

5. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine dieser Torsionsfedern (14, 15) von einem stromführenden Rohr umgeben ist, das an der entsprechenden Feder befestigt ist und an dem die Kontaktarme (18 bzw. 20) der entssprechenden Feder festgemacht sind.

6. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kontakte federnde oder federbelastete Kontaktelmeente aufweisen, die kantförmige Nuten (23, 24) bilden, in welche die Kurzschluß-Kontaktarme (18, 20) während eines Kontaktbildungsvorgangs hineingleiten.

7. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschirme (30, 29) für den elektrischen Feldaussgleich nahe den festen (21, 22) und den beweglichen Kontakten (18, 2()) angeordnet sind.

8. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Apparatgehäuse (10) isolierendes Gas, beispielsweise SF&sub6;, enthält.

9. Elektrische Schaltvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (14, 16) mit Anschlußelementen für einen Erdleiter (33) versehen ist.

10. Verwendung einer elektrischen Schaltvorrichtung gemäß irgendeinem der vorhergehenden Patentansprüche als Bogenlöscher in Schaltgeräten.







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