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Vollisolierte Hochspannungsschaltanlage Die Erfindung betrifft eine vollisolierte Hochspannungsschaltanlage mit einem Leistungsschalter. Bei solchen Schaltanlagen sind alle hochspannung- führenden Teile von einer festen Isolierstoffumhül- lung umgeben. Auf der Isolierstoffumhüllung, die vorzugsweise aus Giessharz besteht, sitzt z.
B. eine üblicherweise geerdete Metallkapselung. Mithin liegt die gesamte Spannung an einer verhältnismässig dünnen Isolierstoffschicht. Da dies auch für die Verbindungsstelle zwischen den einzelnen Geräten der Anlage gilt, müssen die dort vorhandenen Fugen mit besonders hochwertigen Isolierstoffen, z. B. mit Öl, gefüllt sein. Der Stromübergang an den Verbindungsstellen, z. B. zwischen dem Leistungsschalter und dem diesem vor- und nachgeschalteten Trennschalter, erfolgt durch Anschlussbolzen der Geräte, die im Bereich der Fugen unmittelbar oder über Kuppelkon- taktstücke verbunden sind.
Bei einer weiteren bekannten Anlage der vorgenannten Art liegen alle Geräte hintereinander in einer Reihe. Sie sind formschlüssig miteinander verbunden und stützen sich mit Rollen gegen Schienen oder ein Traggerüst ab. Da sie im Hinblick auf Stromkräfte auch in anderen Richtungen als gegen die Schienen festgelegt sein müssen, ist es notwendig, Fertigungstoleranzen der Geräte untereinander und gegenüber den Abstützungs- und Befestigungsstellen durch Nacharbeiten und Justieren auszugleichen. Nur dadurch kann nämlich bei der bekannten Anlage ohne starke mechanische Spannungen die Dichtigkeit der Fugen erreicht werden, die für die Bewahrung der Fugenfüllung während langer Betriebszeiten erforderlich ist. Solche Anpassungsarbeiten verteuern jedoch die Anlage ganz erheblich.
Sie machen es ausserdem unmöglich, einzelne Geräte schnell auszutauschen. Man könnte die notwendige Dichtigkeit der Fugen auch dadurch erreichen, dass Herstellungstoleranzen für die Geräte durch flexible Dichtungsglieder, z. B. Gummimanschetten oder Wellrohre aus Metall ausgeglichen werden. Da die flexiblen Dichtungsglieder keine Kräfte übertragen können, müssen hierbei die Geräte jeweils für sich gegen Stromkräfte abgestützt werden. Daraus ergibt sich eine unerwünscht grosse Zahl von Befestigungsstellen.
Ausserdem sind die Dichtungsglieder selbst kostspielig, so dass diese Bauweise insgesamt ebenfalls einen zu grossen Aufwand erfordert.
Ziel der Erfindung ist, eine vollisolierte Hochspannungsschaltanlage zu ermöglichen, bei der die Dichtigkeit der Fugen unter Berücksichtigung von Herstellungstoleranzen in möglichst einfacher Weise erreicht wird. Aus diesem Grunde geht die Erfindung aus von einer vollisolierten Hochspannungsschaltanlage mit einem Leistungsschalter, deren einzelne Teile formschlüssig miteinander verbunden sind. Erfin- dungsgemäss wird der Leistungsschalter von Teilen der Anlage getragen und diese Teile sind schwenkbar angeordnet.
Wenn vorstehend gesagt wurde, dass die Teile der Anlage formschlüssig miteinander verbunden sind, so bezieht sich dies auf den Fall der fertig montierten Anlage. Vor dem Einbau des Leistungsschalters sind die Teile wegen der schwenkbaren Anordnung dagegen frei beweglich. Sie können sich deshalb in ihrer Lage den beiden Anschlussstellen des Leistungsschalters anpassen. Dadurch werden Fertigungstoleranzen ausgeglichen, und es können keine mechanischen Spannungen beim Zusammenbau entstehen.
Nach dem Zusammenbau der Anlage bilden dagegen alle Teile einen starren Körper, so dass nur wenige Befestigungsstellen benötigt werden. Über die
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formschlüssige Verbindung an den Fugen können die notwendigen Stützkräfte für die Teile der Anlage, die nicht selbst abgestützt sind, wie z. B. der Leistungsschalter, übertragen werden.
Die beiden Verbindungsstellen des Leistungsschalters mit anderen Teilen liegen zweckmässig auf der gleichen Seite des Leistungsschalters. Der Leistungsschalter kann dann leicht an- und abgebaut werden, ohne dass andere Teile der Schaltanlage demontiert werden müssen. Die Anschlussflächen können z. B. in einer gemeinsamen, parallel zur Lei- stungsschalterachse verlaufenden Ebene liegen. Es ist aber auch möglich, dass die Ebenen der An- schlussflächen gegeneinander geneigt sind. Es muss nur sichergestellt sein, dass durch die Neigung der Ebenen keine Hinterschneidungen entstehen, die den Anbau bzw.
Ausbau des Leistungsschalters beeinträchtigen.
Im allgemeinen dürfte es vorteilhaft sein, wenn der Leistungsschalter von den Trennschaltern getragen wird, weil dies i. a. die dem Leistungsschalter benachbarten Teile sind, und somit die Stützkräfte für das Gewicht des Leistungsschalters usw. nur durch wenige Teile übertragen werden müssen. Die Schwenkachsen der Trennschalter verlaufen mit Vorteil parallel zueinander. Sie können z. B. von den Antriebswellen der Trennschalter gebildet werden. Zweckmässig ist eine Schwenkachse ortsfest, die andere dagegen beweglich gelagert.
Bei einer Anlage mit mehrpoligen Schaltern, deren Pole baulich voneinander getrennt sind, sind die Trennschalterpole vorzugsweise unabhängig voneinander um eine gemeinsame Antriebswelle schwenkbar angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass für jeden Pol die Toleranzen unabhängig von den anderen Polen ausgeglichen werden können,. obwohl nur ein einziger Antriebsmotor für die drei Pole benötigt wird.
Vorzugsweise wird der Leistungsschalter mit Hilfe von zwei Bügeln gegen die Trennschalter gedrückt. Die Bügel sind zweckmässig U-förmig ausgebildet. Sie können an den Trennschaltern ihrerseits schwenkbar befestigt sein und sind so leicht anzubringen bzw. zu lösen.
Die Leistungsschalter und Trennschalter müssen bei der Erfindung nicht unmittelbar miteinander verbunden sein. Es ist auch möglich, zwischen ihnen Wandler anzuordnen, ohne dass der bei der Erfindung mögliche Ausgleich der Fertigungstoleranzen beeinträchtigt wird.
Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel, beschrieben. Dabei zeigen die Fig. 1 bis- 6 schematisch eine vollisolierte Hochspannungsschaltanlage nach der Erfindung mit verschiedenen Stellungen der Einzelteile zueinander. In den Fig. 7 bis 11 ist der Aufbau zweier Zellen in Vorder- und Seitenansicht sowie eine vergrössert gezeichnete Einzelheit der Schwenkachsenbefestigung zu sehen. Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellte Schaltanlage besteht aus den Sammelschienen 1, von denen die Abzweigleitungen 2 zu einem Trennschalter 3 führen.
An diesen schliesst sich über einen Wandler 4 ein Leistungsschalter 5 an. Dieser ist über einen weiteren Wandler 6 mit einem Trennschalter 7 verbunden, in den ein Kabel 8 mündet.
Alle genannten Geräte besitzen eine Giessharz- umhüllung der hochspannungsführenden Teile und eine geerdete Metallkapselung. Die Fugen 10 an den Stossstellen zwischen den Geräten sind mit Isolieröl gefüllt. Sie umgeben die schematisch angedeuteten Anschlussbolzen 11, die durch nicht dargestellte Kup- pelkontaktstücke verbunden sein können. Die Kup- pelkontaktstücke greifen über die einander zugekehrten, kugelförmig abgerundeten Ecken benachbarter Anschlussbolzen und ermöglichen einen gewissen seitlichen Versatz der Anschlussbolzen, d. h.
senkrecht zur Richtung der Bolzenachse.
Besondere flexible Abdichtungen der Fugen sind nicht vorgesehen. Die Geräte sind vielmehr formschlüssig miteinander verbunden, wobei nicht dargestellte Flansche an der Metallkapselung mit Hilfe von Schrauben oder dgl. gegeneinander gepresst werden.
Das Gehäuse des Leistungsschalters 5 ist ein länglicher Körper, dessen Achse 15 in vertikaler Richtung verläuft. Die Anschlüsse des Schalters liegen auf der den Trennschaltern zugekehrten Seite des Gehäuses. Die Anschlussbolzen 11 verlaufen dort auf zwei parallelen Geraden senkrecht zur Achse 15 des Leistungsschalters.
Die Anschlussbolzen 11 jedes der beiden Trennschalter 3 und 7 schliessen dagegen einen rechten Winkel miteinander ein. Sie sind in der Einschaltstellung durch nicht dargestellte Trennmesser im Innern der Trennschalter verbunden, die durch Antriebswellen 16 und 17 betätigt werden.
Die Antriebswellen 16 und 17 verlaufen senkrecht zu der Ebene, die durch die beiden parallelen Geraden der Achsen der Anschlussbolzen des Leistungsschalters 5 bestimmt ist. Sie dienen als einzige Befestigung der dargestellten Geräte, da keine weitere Abstützung der Geräte vorgesehen ist. Auch der Leistungsschalter 5 wird von den Trennschaltern 3 und 7 getragen. Er wird mit zwei U-förmigen Bügeln 20, die am oberen und unteren Ende des Leistungsschalters zu beiden Seiten jeweils in Höhe der Anschlussbolzen 11 verlaufen, gegen die Trennschalter gepresst. Die Bügel sind an den Trennschaltern bei 21 und 22 gelenkig gelagert.
Die Welle 16 ist fest, die Welle 17 dagegen federnd gelagert. Die Lagerung kann z. B. an einem Gerüst erfolgen. In dem Gerüst können auch die notwendigen Steuerungseinrichtungen für den Betrieb der Anlage untergebracht sein.
Die Trenner 3 und 7 sind um die Antriebswellen 16 und 17 schwenkbar, und zwar jeder Pol der Trennschalter für sich, um Herstellungsungenauigkeiten. der einzelnen Geräte auszugleichen, wie im folgenden anhand der Figuren 2 bis 6 ausgeführt wird.
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Die Massabweichungen sind dabei der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage ist angenommen, dass alle Geräte genau die richtigen Abmessungen aufweisen. In diesem Fall sitzt der den Sammelschienen 1 zugekehrte Trennschalter 3 ebenso wie der zum Kabel 8 führende Trennschalter 7 genau im Lot zu dem Leistungsschalter 5. Die Anschluss- flansche des Leistungsschalters liegen in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Leistungsschalterachse verläuft. Ebenso liegen auch die dem Leistungsschalter zugekehrten Anschlussflansche der Trennschalter in einer gemeinsamen Ebene parallel zur Leistung sschalterachse 15.
Bei der Darstellung nach Fig. 2 sind die Ebenen der Anschlussflansche des Leistungsschalters gegen- über der Leistungsschalterachse 15 geneigt. Der Abstand des Flansches von dieser Achse ist am unteren Rand des unteren Anschlussbolzens grösser als am oberen Rand. Am oberen Anschlussbolzen liegt der umgekehrte Fall vor. Der Trennschalter 3 ist mit dem Wandler 4 im Uhrzeigersinn, der Trennschalter 7 mit dem Wandler 6 dagegen entgegen dem Uhrzeigersinn um die Antriebswelle 16 bzw. 17 geschwenkt.
Unter Ausnutzung des in den Fugen zulässigen seitlichen Versatzes bei 28 und 29 kann dadurch die Winkelabweichung der Leistungsschalterflansche gegenüber der Darstellung nach Fig. 1 ausgeglichen werden. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich für den Fall, dass die Fugen 25 und 26 zwischen den Tren- nern und den Wandlern geneigt sind.
Bei der Darstellung nach Fig. 3 sind die Ebenen der Flansche am Leistungsschalter 5 im umgekehrten Sinn zu der Darstellung nach Fig. 2 gegenüber der Achse 15 geneigt. Diese Abweichung wird durch die dargestellte umgekehrte Schwenkung der Trenner 3 und 7 im Vergleich zu der nach Fig. 2 unter Ausnutzung des zulässigen seitlichen Versatzes bei 27 und 28 ausgeglichen.
Bei der Darstellung nach Fig. 4 sind beide An- schlussflansche im gleichen Sinn gegenüber der Achse 15 geneigt, so dass ihre Ebenen annähernd parallel liegen. Diese Abweichungen können durch eine Schwenkung beider Trennschalter 3 und 7 um ihre Antriebswellen 16 und 17 entgegen dem Uhrzeigersinn ausgeglichen werden. Der seitliche Versatz in den Fugen ist dabei im Vergleich zu den vorhergehenden Fällen so gering, dass er nicht dargestellt wurde. Er kann z. B. in den Fugen bei 25 und 26 zwischen den Trennern und den Wandlern ohne weiteres aufgenommen werden.
Eine entsprechende Schwenkung der Trenner im umgekehrten Sinne wird dann ausgeführt, wenn die Ebenen der An- schlussflansche im Gegensinn geneigt sind. Es können auch Abweichungen der Flansche ausgeglichen werden, die nicht, wie dargestellt, gleich gross sind.
Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist angenommen, dass die Länge des Wandlers 4 das Grösstmass, die des Wandlers 6 das Kleinstmass aufweist. Die Trennschalter 3 und 7 sind zum Ausgleich dieser Abwei- chungen gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Fall verschieden weit entgegen dem Uhrzeigersinn um ihre Achsen 16 und 17 geschwenkt. Der dabei in den Fugen bei 25 und 26 auftretende seitliche Versatz ist ebenfalls gegenüber den anderen dargestellten Fällen mit Unparallelitäten der Flanschebenen verschwindend klein und deshalb in der Figur nicht dargestellt.
Die in Fig. 6 dargestellte Anlage besitzt ebenso wie die Anordnung nach Fig.5 einen Wandler 4, dessen Länge das Grösstmass aufweist, während der Wandler 6 die kleinste zulässige Länge besitzt. Aus- serdem ist vorausgesetzt, dass die Anschlussebenen des Leistungsschalters gegenüber der Achse 15 geneigt sind. Zum Ausgleich dieser Massabweichungen sind die Trennschalter 3 und 7 um unterschiedliche Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achsen 16 und 17 geschwenkt.
Da der übertrieben gross gezeichnete seitliche Versatz bei 27 und 28 im Rahmen des Zulässigen liegt, ist auch für diesen Fall noch ein dichter, formschlüssiger Abschluss der Fugen an den Stossstellen möglich.
Durch die Erfindung können somit die verschiedensten Massabweichungen an den einzelnen Geräten der Anlage ausgeglichen werden. Man erhält dadurch die Möglichkeit, auch bei wirtschaftlich tragbaren Herstellungstoleranzen, vor allem für Längenabmessungen und Parallelitäten der die Fugen begrenzenden Teile, dichte Fugen ohne flexible Verbindungsglieder zu erreichen.
Der in den Figuren 7 und 8 in einer Vorder- und Seitenansicht dargestellte Abzweig 31 einer dreipha- sigen vollisolierten Hochspannungsschaltanlage sitzt in einem Gerüst 32, das mit Blech umkleidet sein kann. Er ist mit den Sammelschienen 33 über Abzweigstücke 34 verbunden. Diese führen zu den einzelnen Polen des sammelschienenseitigen Trennschalters 36. Der Trenner 36 besitzt, wie Fig. 8 zeigt, zwei rechtwinklig zueinander stehende Anschlussbolzen 38 und 39, die von Fugen 40 und 41 eingeschlossen sind. Die Fugen verlaufen im wesentlichen in radialer Richtung. Sie sind z.
B. mit Isolieröl gefüllt. Die beiden Anschlussbolzen 38 und 39 können durch ein nicht dargestelltes bewegliches Schaltstück verbunden werden, das im Innern eines Giessharzgehäuses angeordnet ist, auf dem eine geerdete Metallkapselung sitzt.
Hinter dem Trennschalter 36 folgt in Richtung des Energieflusses von der Sammelschiene aus der Leistungsschalter 42. Dieser besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse, dessen Achse bei 43 angedeutet ist. Seitlich an dem Gehäuse sitzen zwei parallel zueinander verlaufende Anschlussbolzen 44 und 45, die die Verbindung zu dem oberen Trennschalter 36 (Sammelschienenseite) und einem unteren Trennschalter 50 (Kabelseite) darstellen. Im Zuge dieser Verbindung liegen beim Ausführungsbeispiel ferner zwei Wandler 46 und 47.
Für den Fall, dass keine Wandler benötigt werden, sind Leistungsschalter 42 und Trennschalter 36 und 50 unmittelbar ver-
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bunden. Der Leistungsschalter 42 wird mit zwei an den Trennschaltern 36 und 50 schwenkbar befestigten Bügeln 66 und 67 gegen die Trennschalter gezogen. Er ist nicht am Gerüst 32 befestigt, sondern er wird nur von den Trennschaltern getragen.
Der Trennschalter 50 kann ebenso aufgebaut sein wie der Trennschalter 36, so dass er nicht näher beschrieben werden muss. Er ist spiegelbildlich zum Trenner 36 angeordnet und führt zu einem Kabelend- verschluss 51, der das Ende der abgehenden Leitung darstellt.
Fig.9 zeigt in vergrössertem Massstab Einzelheiten der Abstützung der Trennschalter im Gerüst 32. Daraus ist zu ersehen, dass die Antriebswelle 55 des Trennschalters 36 starr im Gerüst 32 der Hochspannungsschaltanlage festgelegt ist. Das zugehörige Wälzlager wird nämlich von einem Lagerschild 56 gehalten, das unmittelbar mit dem Gerüst 32 verschraubt ist. Die Welle 62 des Trennschalters 50 wird dagegen von einem Lagerschild 63 gehalten, das gegenüber dem Gerüst 32 beweglich ist und unter der Wirkung eines Tellerfederstapels 57 steht. Der Stapel 57 ist durch eine Hülse 58 abgedeckt. Seine Vorspannung ist durch den Schraubenbolzen 59 mit der Kontermutter 60 einstellbar.
Eine nichtdargestellte Führung sorgt dafür, dass sich das Lager der Welle 62 nur in Richtung der Achse 43 des Leistungsschalters 42 bewegen kann.
Wenn sich die Anlage erwärmt, beispielsweise durch einen hohen Betriebsstrom, so dehnen sich sämtliche Anlageteile aus, da sie aus Stoffen mit einem positiven Temperaturausdehnungskoeffizienten bestehen. Hierbei kann der Leistungsschalter 42 in der Achse seiner Anschlussbolzen 44 und 45 ausweichen, da er in dieser Richtung nur durch die Bügel 66 und 67 gegenüber den Trennschaltern festgelegt ist, nicht aber gegenüber dem Gerüst 32, und die Wärmedehnung der Bügel 66, 67 der Wärmedehnung der von ihnen umfassten Anlageteile angepasst sein kann.
Somit können in dieser Richtung keine Wärmespannungen auftreten.
Die Sammelschiene wird von der Trennschalterwelle 55 getragen und kann deshalb bei Temperatur- änderungen nach oben ausweichen, ohne zu Spannungen zu führen. In Richtung der Achse 43 des Leistungsschalters 42 kann sich auch der entsprechende Befestigungspunkt 62 des Trennschalters 50 verhältnismässig frei bewegen. Durch die Feder 57 ist eine so grosse Bewegungsmöglichkeit vorgegeben, dass auch in Richtung der Achse 43 des Leistungsschalters 42 keine Wärmespannungen vorkommen können.
Hierbei wirkt sich die Anordnung des Leistungsschalters senkrecht zu den ihm zugekehrten Anschlussbolzen der Trennschalter insofern günstig aus, als die Abmessungen und damit die Wärmedeh- nungen der Anlage nicht in einer Richtung besonders gross sind.
Die in den Figuren 10 und 11 dargestellte Anlage entspricht in den Grundzügen der Anordnung nach den Fig. 7 bis B. Die Sammelschiene 70 wird von dem einen Trennschalter 71 getragen. Der andere Trennschalter 72 steht mit einem Stromwandler 73 in Verbindung. Dieser führt zu einem Kabelan- schlusskasten 75, in den die Kabel 76 und 77 führen. Die dem Leistungsschalter zugekehrten Anschlussbolzen der Trennschalter, die in der Figur der Klarheit wegen weggelassen sind, liegen parallel zueinander. Sie stehen rechtwinklig zur Achse 80 des im wesentlichen rohrförmigen Leistungsschalters 81.
Zur Befestigung des Leistungsschalters dienen die Bügel 82 und 83. Das Gerüst 84 der Anlage besteht aus verschweissten Profileisen.
Der obere Trennschalter 71 ist mit der festen Welle 85 gehalten, die starr im Gerüst 84 befestigt ist. Von dieser Welle werden im wesentlichen alle Kräfte aufgenommen, die in der Anlage vorkommen können. Von besonderer Bedeutung sind dabei das Gewicht der Sammelschienen 70 und die gegebenenfalls von diesen ausgeübten Stromkräfte. Da die Sammelschienenschwerpunkte auf einer Geraden durch die Wellen 85 und 87 liegen, können keine Drehmomente um die Welle 85 auftreten, die die Verbindungsstellen zwischen den Geräten beanspruchen.
Der Trennschalter 72 ist an der Welle 87 aufgehängt, die im Gerüst 84 mit Hilfe des von der Feder 88 getragenen Lagerbockes 86 beweglich angebracht ist. Wärmespannungen können somit nicht auftreten, da nach allen Richtungen, ausgehend von der Welle 85 als einzigem Fixpunkt der Anlage, für eine ausreichende Bewegungsmöglichkeit gesorgt ist. Der von der Anlage beanspruchte Raum ist gut genutzt. Der Leistungsschalter ist ohne Ausbau anderer Geräte leicht zu montieren und zu warten.