Einrichtung zur raschen Ein-und Ausschaltung von kleinen Strömen für Trennschalter von V.I.S.

Abstract

 Trennschalter von V.I.S. werden zwar bei geöffneten Leistungsschaltern betätigt, es ist jedoch oft erforderlich, dass sie auch kleine Ströme ein-­und ausschalten können. Trennschalter der bekannten Art sind sehr langsam und es kommt zu Durchzündungen und Unterbrechungen in der Trennstrecke.
Solche für die Anlage schädlichen Erscheinungen können dadurch vermieden werden, dass ein Schnellschaltstift, durch Federn vorgespannt, für eine beschleunigte Kontaktgabe bzw. Unterbrechung sorgt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ein- und Ausschaltung von kleinen Strömen für Trennschalter von V.I.S. (vollisolierten Schaltanlagen), mit in einem isoliergasgefüllten Gehäuse untergebrachten, durch Motorantrieb in einen Gegenkontakt einfahrbaren Kontakt.

[0002] Trennschalter werden ihrer Bestimmung gemäss zwar ausschliesslich bei geöffneten Leistungsschaltern betätigt, jedoch sind durch die Steuerkapa­zitäten über die Schaltstrecken der Leistungsschalter sowie die Kapazität der angeschlossenen Netzteile die mit diesen Kapazitäten verbundenen Ausgleichs­ströme ein- bzw. auszuschalten.

[0003] Aus der Firmendruckschrift der AEG, "Sichere Stromverteilung, hoher Personen­schutz und Raumersparnis: Das ist V.I.S.", Seite 14, (März 1984) ist ein Trennschalter bekannt, bei dem in einem isoliergasgefüllten Gehäuse ein Schaltstift untergebracht ist, welcher mittels eines Motorantriebs in einen Gegenkontakt ein- und ausfahrbar ist.

[0004] Dieser Trennschalter ist nur langsam betätigbar, so dass es sowohl beim Ein- wie auch beim Ausschalten zu einer Vielzahl von Durchzündungen und Unter­brechung in der Trennstrecke kommt. Mit diesen Vorgängen sind erhebliche Überspannungen verbunden, die sowohl die Isolation der Anlage selbst, wie auch die der Sekundäreinrichtungen gefährden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Trennstrecke sowohl bei der Ausschaltung wie bei der Einschaltung so rasch geöffnet bzw. überbrückt wird, dass jeweils höchstens ein Spannungsdurchschlag erfolgt.

[0006] Die Aufgabe wird erfindunsgemäss dadurch gelöst, dass im Inneren eines Schaltstiftes ein Schnellschaltstift verschiebbar gelagert ist, dass der Schnellschaltstift durch eine Schnelleinschaltfeder bzw. eine Schnellaus­schaltfeder relativ zum Schaltstift in Einschaltrichtung zur Kontaktgabe oder in Ausschaltrichtung zur Kontaktunterbrechung beschleunigbar ist, dass die Schnelleinschaltfeder durch eine Verschiebung des Schaltstifts in Einschalt­richtung spannbar ist, dass die Schnellausschaltfeder durch eine Verschiebung des Schaltstifts in Ausschaltrichtung spannbar istu nd dass die Freigabe des Schnellschaltstiftes durch Klinken abhängig vom Hub des Schaltstiftes erfolgt.

[0007] Besteht der Schnellschaltstift aus einem gut leitenden Werkstoff, so hat die Erfindung den Vorteil, dass die Vielzahl der Durchzündungen und Unter­brechungen während der Trennerlaufzeit von einigen Sekunden auf jeweils nur eine oder wenige Durchzündungen und Unterbrechungen reduziert wird und damit auch die mit diesen Vorgängen verbundenen Überspannungsbeanspruchungen, die die Isolation der Anlage sowie die der Sekundäreinrichtungen gefährden, in ihrer Anzahl entsprechend vermindert werden.

[0008] Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, den Schnellschaltstift aus einem Widerstandswerkstoff herzustellen. Dadurch wird eine noch weitergehende Reduzierung der Spannungsbeanspruchung erreicht. In diesem Falle erfolgt die Auf- bzw. Umladung der Kapazitäten über den als Widerstand ausgebildeten Schaltstift. Dadurch werden die Ausgleichsvorgänge bedämpft und die entstehenden Überspannungen entsprechend vermindert.

[0009] Als Werkstoffe für einen als Widerstand ausgebildeten Stift kommen kohle­faserverstärkte Kunststoffe, kohlefaserverstärktes Graphit sowie Widerstands­legierungen infrage.

[0010] Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine weitere Verwendung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0011] Besonders zweckmässig ist eine Ausgestaltung, bei der der Schnellschaltstift lediglich der Kontaktgabe bzw. Kontaktunterbrechung dient und ein von dem Schnellschaltstift aus dem Gegenkontakt ausfahrbarer bzw. nach dem Schnell­schaltstift einfahrbarer Schaltstift den Nennstrom führt. Dadurch wird eine Beanspruchung des Nennstromkontaktes durch Schaltvorgänge, insbesondere durch Überschläge vermieden.

[0012] Die erfindungsgemässe Einrichtung lässt sich nicht nur als Trennschalter sondern auch als Erdungsschalter einsetzen.

[0013] Erdungsschalter können als Arbeitserder ausgeführt sein, welche die Aufgabe haben, abgetrennte Netzteile kurzschlussfest zu erden, sie können auch als Schnellerder ausgeführt sein, die auf einen Kurzschluss in einem Netzteil einschalten müssen, um diesen Netzteil zu erden. Bei Arbeitserdern und Schnellerdern tritt das Problem auf, dass vielfach beim Öffnen der Erder im Vergleich zu Kurzschlussströmen kleine Ströme von maximal einigen hundert Ampere unterbrochen werden müssen. Diese Ströme werden bei parallel geführten Hochspannungsleitungen kapazitiv oder induktiv von dem unter Spannung stehenden System auf das geerdete System übertragen und müssen beim Öffnen der Erder ausgeschaltet werden.

[0014] Für die Arbeitserder kann die erfindungsgemässe Einrichtung sowohl für die Ein- wie für Ausschaltung zweckmässig eingesetzt werden.
Für Schnellerder lässt sich die erfindungsgemässe Einrichtung in Ausschalt­richtung einsetzen.

[0015] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In den Figuren 1 bis 6 ist die erfindungs­gemässe Einrichtung in verschiedenen Schaltpositionen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 die Schaltposition bei völliger Ausschaltung,

Fig. 2 die Einrichtung in Bereitschaft zur Voreinschaltung,

Fig. 3 die erfolgte Voreinschaltung,

Fig. 4 den Zustand völliger Einschaltung,

Fig. 5 die Einrichtung in Ausschaltbereitschaft und

Fig. 6 die Einrichtung im Zustand der vorläufigen Ausschaltung.

[0016] In den Figuren 1 bis 6 ist die Einrichtung zur Ein- und Ausschaltung von kleinen Strömen für Trennschalter oder Erdungsschalter von V.I.S. darge­stellt. Die dargestellten Teile befinden sich in einem nicht dargestellten isoliergasgefüllten Gehäuse. Der Antrieb wird durch einen nicht darge­stellten, mit der Gewindespindel 2 direkt oder mittels eines Getriebes verbundenen Motors vorgenommen.

[0017] Die Einrichtung weist einen Schaltstift 1 auf, welcher derart längsverschieb­bar ist, dass er in einen Gegenkontakt 11 eingefahren oder in ein Gehäuse 10 zurückgezogen werden kann. Dieser Schaltstift 1 ist an seiner der Kontakt­fläche 24 entgegengesetzten Seite beispielsweise mit einer Mutter 3 fest verbunden, in die die Gewindespindel 2 eingreift. In diesem Schaltstift 1 ist ein ebenfalls hülsenförmiger Schnellschaltstift 4 gelagert, welcher derart längsverschiebbar ist, dass er mit einem Vorkontaktstück 20 des Gegenkontak­tes 11 in Kontakt treten kann und in einer anderen Position zusammen mit dem Schaltstift 1 in das Gehäuse 10 zurückziehbar ist. Dieser Schaltstift 1 verfügt in einem Bereich, welcher der der Kontaktgabe dienenden Stirnfläche abgewandt ist, über einen Bund 7, welcher sich bis zur Innenwandung des Schaltstifts 1 hin erstreckt. Zwischen diesem Bund 1 und einem Anschlag, welcher auf der Innenseite der Hülse des Schaltstifts 1 an dem der Kontakt­fläche 24 entgegengesetzten Ende angeordnet ist, befindet sich eine Schnell­einschaltfeder 6. Auf der anderen Seite des Bundes 1 ist eine Schnellaus­schaltfeder 5 gelagert, welche sich bis zu einem Anschlag erstreckt, welcher sich im Hülseninneren des Schaltstifts 1 auf der Seite der Kontaktfläche 24 befindet.

[0018] Der Schaltstift 1 ist mit einem an der unteren Seite dargestellten ersten Schlitz 22 versehen. Eine Ausschaltklinke 8, welche mit einer ersten Ausschaltnase 14 versehen ist, ist so angeordnet, dass sie mit dieser Ausschaltnase 14 in diesen ersten Schlitz 22 eingreift und mit einer am Bund 1 angeordneten zweiten Ausschaltnase 15 in Eingriff bringbar ist. Die Ausschaltklinke 8 trägt zusätzlich eine Ausschaltnocke 13, welche der Entklinkung der Ausschaltnasen 14 und 15 dient. Zur Bewirkung dieser Entklinkung ist an dem der Kontaktfläche 24 zugewandten Ende des ersten Schlitzes 22 eine Ausschaltschräge 12 angebracht, auf die die Ausschalt­nocke 13 so aufläuft, dass die Ausschaltklinke 8 nach aussen gedrückt wird und die Ausschaltnasen 14 und 15 ausser Eingriff kommen. Zweckmässigerweise ist die Ausschaltklinke 8 in einem Drehpunkt gelagert und wird mittels einer Feder in ihre Einklinkstellung gedrückt. Die Anordnung der ersten Ausschalt­nase 14 muss so bemessen sein, dass sie bei Kontaktgabe zwischen dem Schnellschaltstift 4 und dem Vorkontaktstück 20 mit der zweiten Ausschalt­ nase 15 in Eingriffstellung kommt. Die Ausschaltnocke 13 und die Ausschalt­schräge 12 müssen so angeordnet werden, dass die Ausschaltnocke 13 in einer Position des Schaltstifts 1 weggedrückt wird, in der durch das Zurückziehen des Schaltstifts 1 mittels der Gewindespindel 2 bei verklinkten Ausschalt­nasen 14, 15 die Schnellausschaltfeder 5 maximal gespannt ist.

[0019] Auf der oberen Seite ist der Schaltstift 1 mit einem zweiten Schlitz 23 versehen. Auf dieser Seite ist auch eine Einschaltklinke 9 angeordnet, die genauso ausgebildet sein kann, wie die Ausschaltklinke 8, gegenüber dieser jedoch um 180° gedreht angeordnet. Die Einschaltklinke 9 ist mit einer ersten Einschaltnase 18 versehen, welche in den Schlitz 23 eingreift und dort mit einer zweiten Einschaltnase 19, welche am Bund 1 angeordnet ist, in Eingriff gebracht werden kann. Die Einschaltklinke 9 trägt desweiteren eine Einschalt­nocke 17, die der Entklinkung der Einschaltnasen 18 und 19 dient. Zur Bewirkung dieser Entklinkung ist an dem der Kontaktfläche 24 abgewandten Ende des zweiten Schlitzes 23 eine Einschaltschräge 16 angebracht, auf die die Einschaltnocke 17 aufläuft und dabei die Einschaltklinke 9 nach aussen drückt. Die erste Einschaltnase 18 ist so angeordnet, dass eine Verklinkung mit der zweiten Einschaltnase 19 in einer Position des Schnellschaltstifts 4 erfolgt, die dieser nach der Entklinkung der Ausschaltnasen 14, 15 durch seine kinetische Energie gerade noch mit Sicherheit erreicht. Die Einschalt­nocke 17 und die Einschaltschräge 16 müssen so angeordnet sein, dass die Einschaltnocke 17 bei einer durch Vorschieben des Schaltstifts 1 mittels der Gewindespindel 2 bewirkten maximalen Spannung der Schnelleinschaltfeder 6 auf die Einschaltschräge 16 aufläuft und es dadurch zu einer Entklinkung der Einschaltnasen 18, 19 kommt.

[0020] Um zwischen dem Schnellschaltstift 4 und dem Vorkontaktstück 20 eine sichere Kontaktgabe zu erzielen, ist das Vorkontaktstück 20 gegen eine Vorkon­taktstückfeder 21 verschiebbar gelagert. Der erforderliche Kontaktdruck ist damit gewährleistet.

[0021] Die Funktion der Einrichtung wird anhand der in den Figuren dargestellten Schaltpositionen beschriebenen.

[0022] Fig. 1 zeigt die Einrichtung im Zustand völliger Ausschaltung, bei der die Gewindespindel 1 maximal nach links gezogen ist. Dadurch ist der Schalt­stift 1 maximal in das Gehäuse 10 eingefahren und auch der Schnellschalt­ stift 4 befindet sich in einer Position, in der er maximal in das Gehäuse 10 eingefahren ist.

[0023] Fig. 2 zeigt die Einrichtung in einer Position, in der die Bereitschaft zur Voreinschaltung dadurch herbeigeführt wurde, dass die Gewindespindel 2 den Schaltstift 1 so weit nach rechts geschoben hat, dass die Schnelleinschalt­feder 6 maximal gespannt ist und die Einschaltnocke 17 unmittelbar vor der Einschaltschräge 16 anliegt.

[0024] Fig. 3 zeigt die Einrichtung im Zustand der Voreinschaltung, die dadurch herbeigeführt wurde, dass die Gewindespindel 2 den Schaltstift 1 noch ein geringes Stück nach links gezogen hat, wodurch die Einschaltnocke 17 durch die Einschaltschräge 16 nach aussen gedrückt wurde und dadurch die Einschalt­klinke 9 in eine Position gebracht hat, in der die erste Einschaltnase 18 und die zweite Einschaltnase 19 ausser Eingriff gekommen sind. Durch die Entspannung der Schnelleinschaltfeder 6, welche mit einer entsprechenden Federkonstante ausgestattet ist, sowie die dadurch erzielte kinetische Energie des Schnellschaltstifts 4 bewegt sich dieser in eine Position, in der eine Kontaktgabe mit dem Vorkontaktstück 20 erfolgt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. In dieser Position klinkt die Ausschaltklinke 8 mit ihrer ersten Ausschaltnase 14 in die zweite Ausschaltnase 15 ein und verriegelt dadurch den Schnellschaltstift 4 in dieser Position. Das Einklinken der Ausschaltklinke 8 wird am besten dadurch bewirkt, dass diese Ausschalt­klinke 8 als drehbarer Hebel ausgebildet ist und durch eine Feder in die Einklinkposition gedrückt wird. Das Vorkontaktstück 20 ist zweckmässigerweise gegen den Druck einer Vorkontaktstückfeder 21 verschiebbar gelagert, wodurch in dieser Position ein sicherer Kontaktdruck erreicht wird.

[0025] Fig. 4 zeigt eine Position in der der Schaltstift 1 mittels der Gewindespin­del 2 so weit nach rechts bewegt wird, dass der Schaltstift 1 mit seiner Kontaktfläche 24 voll in den Kontakt des Gegenkontaktes 11 eingefahren ist. Da die Schaltstrecke durch den Schnellschaltstift 4 bereits überbrückt war, kommt es beim Einfahren des Schaltstifts 1 in den Gegenkontakt 11 zu keinerlei Überschlägen, so dass die Kontaktoberfläche 24 sowie die ent­sprechende Kontaktfläche des Gegenkontaktes 11 keinerlei Beanspruchung dieser Art ausgesetzt sind.

[0026] Fig. 5 zeigt die Einrichtung in Ausschaltbereitschaft. Zu diesem Zweck wird der Schaltstift 1 mittels der Gewindespindel 2 und der Mutter 3 durch den Motorantrieb so weit nach links bewegt, bis die Ausschaltnocke 13 unmittelbar vor der Ausschaltschräge 12 liegt. Der Schaltstift 1 wurde also wieder stromlos aus dem Gegenkontakt 11 ausgefahren, so dass auch bei der Ausschal­tung eine Beanspruchung durch Überschläge zwischen der Kontaktfläche 24 des Schaltstifts 1 und den entsprechenden Kontaktflächen des Gegenkontaktes 11 völlig vermieden wurden.

[0027] Fig. 6 zeigt die Einrichtung im Zustand der vorläufigen Ausschaltung. In diese Position kommt die Einrichtung dadurch, dass die Gewindespindel 2 den Schaltstift 1 noch ein kleines Stück nach rechts bewegt, wodurch die Ausschaltschräge 12 die Ausschaltnocke 13 nach aussen drückt und die Ausschaltklinke 8 in eine Position bewegt wird, in der die erste Ausschalt­nase 14 ausser Eingriff mit der zweiten Ausschaltnase 15 kommt. Dadurch drückt die Schnellausschaltfeder 5 den Schnellschaltstift 4 mit hoher Geschwindigkeit in eine Position, in der die Einschaltklinke 9 mit ihrer ersten Einschaltnase 18 mit der zweiten Einschaltnase 19 kommt. Es handelt sich deshalb um den Zustand einer vorläufigen Ausschaltung, weil zur völligen Ausschaltung der Schaltstift 1 mittels der Gewindespindel 2 und dem Motoran­trieb weiter zurückgezogen werden muss, so dass der Schaltstift 1 völlig in das Gehäuse 10 eingefahren ist, wie dies Fig. 1 zeigt.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Ein- und Ausschaltung von kleinen Strömen für Trennschal­ter von V.I.S., mit in einem isoliergasgefüllten Gehäuse untergebrachten, durch Motorantrieb in einen Gegenkontakt einfahrbaren Kontakt,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Inneren eines Schaltstiftes (1) ein Schnellschaltstift (4) verschiebbar gelagert ist, dass der Schnellschaltstift (4) durch eine Schnelleinschaltfeder (6) bzw. eine Schnellausschaltfeder (5) relativ zum Schaltstift (1) in Einschaltrichtung zur Kontaktgabe oder in Ausschalt­richtung zur Kontaktunterbrechung beschleunigbar ist, dass die Schnell­einschaltfeder (6) durch eine Verschiebung des Schaltstifts (1) in Einschaltrichtung spannbar ist, dass die Schnellausschaltfeder (5) durch eine Verschiebung des Schaltstifts (1) in Ausschaltrichtung spannbar ist und dass die Freigabe des Schnellschaltstiftes (4) durch Klinken (8, 9) abhängig vom Hub des Schaltstiftes (1) erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schnellschaltstift (4) aus einem Widerstandswerkstoff besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der vom Einziehen in ein Gehäuse (10) bis zur Kontaktgabe mit dem Gegenkontakt (11) längsverschiebbar aber nicht drehbar gelagerte, hülsen­förmige Schaltstift (1) mit einem Antrieb verbunden ist, dass ein bis zur Kontaktgabe mit einem Vorkontaktstück (20) des Gegenkontakts (11) längsverschiebbar im Schaltstift (1) gelagerter hülsenförmiger Schnell­schaltstift (4) in seinem der Kontaktgabe dienenden Stirnfläche ab­ gewandten Bereich einen sich zur Innenwandung des Schaltstifts (1) erstreckenden Bund (7) aufweist, wobei zwischen dem Bund (1) und einem an dem der Kontaktfläche (24) entgegengesetzten Ende des Hülseninneren des Schaltstifts (1) angeordneten Anschlag eine Schnelleinschaltfeder (6) gelagert ist und zwischen dem Bund (1) und einem auf der Seite der Kontaktfläche (24) im Hülseninneren des Schaltstifts (1) angeordneten Anschlag eine Schnellausschaltfeder (5) gelagert ist, dass der Schalt­stift (1) mit einem ersten Schlitz (22) versehen ist, in den eine an einer Ausschaltklinke (8) angeordnete erste Ausschaltnase (14) eingreift, welche mit einer am Bund (7) angeordneten zweiten Ausschaltnase (15) in Eingriff bringbar ist und durch eine an der Ausschaltklinke (8) ange­ordnete Ausschaltnocke (13) zur Entklinkung der Ausschaltnasen (14, 15) durch eine an dem der Kontaktfläche (24) zugewandten Ende des ersten Schlitzes (22) angebrachte Ausschaltschräge (12) wegdrückbar ist, dass die erste Ausschaltnase (14) so angeordnet ist, dass sie nach Kontaktgabe zwischen Schnellschaltstift (4) und Vorkontaktstück (20) mit der zweiten Ausschaltnase (15) verklinkt und die Ausschaltnocke (13) und die Aus­schaltschräge (12) so angeordnet sind, dass die Ausschaltnocke (13) bei einer durch Zurückziehen des Schaltstifts (1) bei verklinkten Ausschalt­nasen (14, 15) ausreichend gespannten Schnellausschaltfeder (5) wegge­drückt ist, dass der Schaltstift (1) mit einem zweiten Schlitz (23) versehen ist, in den eine an einer Einschaltklinke (9) angeordnete erste Einschaltnase (18) eingreift, welche mit einer am Bund (1) angeordneten zweiten Einschaltnase (19) in Eingriff bringbar ist und durch eine an der Einschaltklinke (9) angeordnete Einschaltnocke (17) zur Entklinkung der Einschaltnasen (16, 19) durch eine an dem der Kontaktfläche (24) abge­wandten Ende des zweiten Schlitzes (23) angebrachte Einschaltschräge (16) wegdrückbar ist, dass die erste Einschaltnase (18) so angeordnet ist, dass eine Verklinkung mit dr zweiten Einschaltnase (19) in einer Position des Schnellschaltstiftes (4) erfolgt, die dieser nach Entklinkung der Ausschaltnasen (14, 15) gerade noch erreicht und dass die Einschaltnocke (17) und die Einschaltschräge (16) so angeordnet sind, dass die Einschalt­nocke (17) bei einer durch Vorschieben des Schaltstifts (1) bei verklink­ten Einschaltnasen (18, 19) ausreichend gespannten Schnelleinschaltfeder (6) weggedrückt ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vorkontaktstück (20) gegen eine Vorkontaktstückfeder (21), welche ein Zurückweichen des Vorkontaktstücks (20) erlaubt und für den erforderlichen Kontaktdruck sorgt, verschiebbar gelagert ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Einschaltklinke (9) und die Ausschaltklinke (8) als um einen Drehpunkt schwenkbare Hebel ausgebildet sind, welche durch Federn in ihre Einklinkposition gedrückt sind.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Antrieb als Motorantrieb ausgebildet ist, welcher eine Gewinde­spindel (2) in Drehbewegungen versetzt, wobei die Gewindespindel (2) in eine Mutter (3) eingreift, die an dem der Kontaktfläche (24) entgegen­gesetzten Ende des Schaltstifts (1) befestigt ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch
ihre Verwendung als Erdungsschalter.

Zeichnung