Hochspannungs-Trennschalter

Die Erfindungs betrifft einen Hochspannungs-Trennschal­ter, insbesondere Drehtrennschalter, Scherentrennschal­ter, Klapptrennschalter und dgl., mit wenigstens einem drehbaren Schaltarm, der mit mindestens einem Festkon­taktstück und/oder einem weiteren drehbaren Schaltarm zusammenwirkt, und mit einem Antrieb für wenigstens ei­nen der Schaltarme.

Trennschalter der eingangs genannten Art sind meist in Freiluftanlagen aufgestellt und man unterscheidet hier­bei Drehtrennschalter, Klapptrennschalter und Scheren­trennschalter. Bei Drehtrennschaltern beispielsweise sind ein oder zwei Schaltarme auf in Abstand zueinander angeordneten, senkrecht verlaufenden Tragisolatoren an­gebracht; wenn der Schalter nur einen Schaltarm auf­weist, trägt der andere Tragisolator das Festkontakt­stück. Zum Antrieb des Schaltarmes bzw. der Schaltarme sind im allgemeinen ein Motor und ein Gestänge vorgese­hen; letzteres überträgt die Drehbewegung des Motors auf den Tragisolator bzw. die Tragisolatoren mit den Schalt­armen.

Scherentrennschalter oder Pantographen-Trennschalter besitzen auf einer Isolatorsäule zwei scherenartig mit­einander gekuppelte Schaltarmanordnungen; deren Antrieb erfolgt mittels eines Motors, einer elektrisch isolie­renden Drehwelle sowie eines auf Hochspannungspotential befindlichen Umlenkgetriebes. Auf die gleiche Art er­folgt der Antrieb des einen Schaltarmes oder der beiden Schaltarme eines Klapptrennschalters. Alle diese Kon­struktionsarten, insbesondere deren mechanischer bzw. elektrischer Antrieb, sind kostenmäßig verhältnismäßig aufwendig; die Montage der einzelnen Bauteile kann nicht in der Fabrik, sondern im wesentlichen nur auf der Bau­stelle erfolgen und demgemäß ist auch die Montage selbst zeitraubend.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Trennschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der in seinem Aufbau erheblich vereinfacht ist und der zu einem großen Teil in der Fabrik hergestellt und montiert werden kann und daher einen geringen Montage- und insbesondere Justage­aufwand auf der Baustelle erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, das der als hydraulische oder pneumatische Antriebsvorrich­tung ausgebildete Antrieb auf Hochspannungspotential räumlich unmittelbar dem Schaltarm zugeordnet ist, und daß das hydraulische oder pneumatische Fluid für den Antrieb von einer auf Erdpotential befindlichen Drucker­zeugungseinrichtung über druckfeste, elektrisch isolie­rende Leitungen der auf Hochspannungspotential befindli­chen Antriebsvorrichtung zuführbar ist.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestal­tung besteht darin, daß ein wesentlicher Teil der für die Übertragung der Antriebsbewegung auf den oder die Schaltarme üblicherweise notwendigen Komponenten und deren mechanischen Justage entfallen können. Insbeson­dere wird es möglich, den Trennschalter in der Fabrik zu montieren und justieren, was bekanntlich erheblich einfacher ist.

Zwei vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bzw. 3 zu entnehmen. Dabei sind die Merkma­le des Anspruches 2 im wesentlichen bei einem Dreh- bzw. Klapptrennschalter und die des Anspruches 3 im wesentli­chen bei einem Scherentrennschalter anzuwenden. Allen Schalterarten gemeinsam ist, daß die Antriebsvorrichtung im Bereich der Drehachse des Schaltarmes zwischen Trag­isolator und Schaltarm vorgesehen ist und so wirkt, daß die Antriebsvorrichtung auf den Tragisolator eine Kraft ausübt, die eine Drehbewegung des Schaltarmes relativ zum Tragisolator bewirkt. Dies hat bei Klapp- bzw. Dreh­trennschaltern zur Folge, daß die anzutreibende Masse verringert wird, weil der Tragisolator feststehend aus­gebildet sein kann; darüberhinaus sind - im Gegensatz zum Stand der Technik - keine zwei Drehlager am Tragiso­lator erforderlich, wie dies bei bekannten Drehtrenn­schaltern der Fall ist, bei denen der Tragisolator ei­nerseits unten drehbar zu lagern ist und an seinem obe­ren Ende ein weiteres Drehlager erfordert, an dem die elektrische Zuleitung zu den Schalterarmen anzuschließen ist. Zumindest das Drehlager am unteren Ende des Trag­isolators fällt weg.

In vorteilhafter Ausgestaltung besitzt der Schaltarm im Bereich seiner Drehachse eine Höhlung, in der die An­triebsvorrichtung untergebracht ist. Diese Höhlung kann einfach durch einen Deckel verschlossen werden. Beson­ders vorteilhaft ist dies dann, wenn - wie aus dem kenn­zeichnenden Teil des Anspruches 6 hervorgeht - der Schaltarm aus einem Kastenprofil besteht, in das dann leicht der Antrieb eingebaut werden kann.

Damit das Fluid und ggf. zusätzliche Steuersignale zu der Antriebsvorrichtung geführt werden können, sind die Leitungen zum Transport des Fluids und ggf. die Glasfa­serleitungen gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 7 und 8 durch wenigstens eine Bohrung im Trag­isolator hindurchgeführt. Diese Bohrungen können dann mit einem Kunststoff vergossen oder ausgeschäumt werden, wie aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 hervorgeht, wobei zusätzlich gemäß Anspruch 10 noch die Möglichkeit besteht, nach dem Vergießen oder Ausschäumen der Bohrungen des Tragisolators eine wasserdichte Ver­siegelungsschicht anzubringen, um zu verhindern, daß ins Innere der Bohrungen Feuchtigkeit eintritt, die zur Ver­schlechterung der Isolierfähigkeit führen kann.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit anstatt der Bohrungen im Tragisolator einen zusätzlichen, zwei­ten, parallel zum Tragisolator verlaufenden Isolator vorzusehen, welcher zur Führung der Leitungen für das Fluid bzw. der Glasfaserleitungen dient. Dieser zweite Isolator besteht aus Kunststoff, vorzugsweise aus Sili­konkunststoff, wobei in diesem zweiten Isolator die Lei­tungen zum Transport des Fluids sowie ggf. die zusätzli­chen Glasfaserleitungen eingegossen sein können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahingehen, daß der zweite, dem Transport des Fluids dienende Isolator gemäß den kennzeichnenden Merk­malen des Anspruches 13 flexibel gestaltet ist. Dies hat den Vorteil, daß die Tragisolatoren für die einzelnen Schaltarme nicht mit Bohrungen versehen sein müssen; dabei können die Glasfaserleitungen und die dem Trans­port des Fluids dienenden Leitungen direkt und unmittel­bar in den zweiten Isolator eingegossen werden.

Die Antriebsvorrichtung ist so aufgebaut, wie aus den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 16 bis 18 zu entnehmen.

Der Antrieb kann vorteilhaft als Kolben-Zylinderanord­nung ausgebildet sein, die einerseits am Schaltarm befe­stigt und andererseits mit dem Tragisolator, der ja ortsfest ist, gekuppelt ist. Wenn der Kolben bzw. die Kolbenstange aus der Kolben-Zylinderanordnung herausge­drückt wird, bewegt sich der Schaltarm, und umgekehrt, wenn der Kolben bzw. die Kolbenstange wieder eingefahren wird, schwenkt der Schaltarm zurück. Die Fixierung des Schaltarmes in der "Ein"- und "Aus" -Schaltstellung er­folgt gemäß kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 17 und 18 mittels einer Druckfeder, die entweder eine Schraubenfeder oder in besonders vorteilhafter Weise eine Blattfeder sein kann.

Wenn die Erfindung bei einem Scherentrennschalter ver­wirklicht ist, ist lediglich eine einzige Antriebsvor­richtung in einem der Schaltarme erforderlich; die übri­gen Schaltarme zur Bildung des Scherentrenners sind dann automatisch angetrieben, da sie mit dem ersten Schaltarm gekoppelt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dahingehen, daß zwei Antriebe, die je einem Schalt­arm zugeordnet sind, durch fluidische Reihenschaltung untereinander gekoppelt und ihrer Bewegung synchroni­siert sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu ent­nehmen.

Anhand der Zeichnungen, in der einige Ausführungsbei­spiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfin­dung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver­besserungen der Erfindung näher erläutert und beschrie­ben werden.

Es zeigen:

• Figur 1 eine schematische Darstellung eines Drehtrenn­schalters mit zwei Schaltarmen, in perspekti­vischer Ansicht,
• Figur 2 eine Einsicht in die Gehäusehöhlung des Schaltarmes in Einschalt- bzw. Ausschaltstel­lung,
• Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Schaltarmes eines Drehtrennschalters im Bereich des Dreh­kopfes bei abgenommenen Gehäusedeckel,
• Figur 4 eine Schnittansicht eines Drehkopfes,
• Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines erfin­dungsgemäßen Scherentrennschalters,
• Figur 6 eine Darstellung der fluidischen Kopplung der Antriebe zweier Schaltarme und
• Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines Drehkopfes eines Scherentrennschalters.

In der Figur 1 ist in perspektivischer, skizzierter Dar­stellung ein Drehtrennschalter 10 gezeigt, der ein Ba­sisgestell 11 aufweist, das im Querschnitt U-förmig ist. An dessen freien Enden sind Stütz- bzw. Tragisolatoren 12 bzw. 13 aufgestellt und daran befestigt, an deren oberen Ende jeweils ein zur Spitze, d. h. zum freien Ende hin sich verjüngendes Kastenprofil aufweisender drehbarer Schaltarm 14 und 15 aufgelagert ist. Auf dem Basisgestell 11 befindet sich eine Steuereinrichtung 16, in der eine Hydraulikeinrichtung untergebracht ist. Mit­tels druckfester Leitungen 17 und 18 aus isolierendem Kunststoff wird hydraulisches Fluid Antriebsvorrichtun­gen zugeführt, die innerhalb der Schaltarme 14 und 15 untergebracht sind, siehe weiter unten. Im Bereich der Drehachse der Schaltarme 14, 15 befinden sich Gehäuse­höhlungen (siehe weiter unten), die mittels mit Schrau­benverbindungen an den Schaltarmen 14, 15 befestigten Deckeln 23, 24 verschlossen sind. Bei dem dargestellten Drehtrenner sind die elektrischen Kontakte an den Enden 19 und 20 der Schaltarme 14 und 15 angeordnet. Auf deren nähere zeichnerische Darstellung wurde in Figur 1 sowie grundsätzlich ebenfalls in den folgenden Figuren der Übersichtlichkeit wegen verzichtet, da die Ausgestaltung der elektrischen Kontakte nicht zu den hier betrachteten Merkmalen des erfindungsgemäßen Trenners gehört.

Durch das Drehen der Schaltarme 14 und 15 beispielsweise in der durch die Pfeile C und D bezeichneten Drehrich­tung erfolgt das Öffnen der elektrischen Kontakte. Die elektrische Verbindung der Zuleitungen mit dem Trenner erfolgt über Anschlußstellen 21 und 22, die üblicherwei­se als Schraubverbindungen oder Klemmverbindungen ausgeführt sind.

Die Figur 2 zeigt ebenso wie die Figur 2b eine Einsicht in die Gehäuseöffnung bzw. Gehäusehöhlung 30 des Schalt­armes bei abgenommenem Deckel. Aus beiden Figuren er­kennt man den Aufbau und die Wirkungsweise der Antriebs­vorrichtung. Auf dem Isolator ist, wie anhand Figur 4 näher beschrieben wird, eine Kappe 31 aufgesetzt, an der zwei Augen 34 und 37 angeformt sind, von denen das Auge 34 länger ist als das Auge 37; beide Augen springen ra­dial vor und bilden einen Winkel von ca. 45° miteinan­der. An dem Auge 34 ist das freie Ende der Kolbenstange 33 einer Kolben-Zylinderanordnung 32 angelenkt, wogegen das andere Ende der Kolben-Zylinderanordnung 32, also das andere Ende des Zylinders, an einem nasenartigen Vorsprung 35 am Schaltarm 14 angelenkt ist. Die Hydrau­likleitungen 17 sind durch eine nicht dargestellte Boh­rung im Tragisolator geführt und treten aus Bohrungen als Hydraulikleitungen 17a und 17b an der Kappe 31 her­aus. Sie sind jeweils an dem einen bzw. dem anderen Ende der Kolben-Zylinderanordnung 32 an Zylinder angeschlos­sen, wobei die eine Leitung in den Raum links vom Kolben und die andere Leitung in den Raum rechts vom Kolben einmündet.

Am anderen, kürzeren Auge 37 ist eine Blattfeder 36 an­gelenkt, deren anderes Ende an einem weiteren nasenarti­gen Vorsprung 38 im Schaltarm 14 angelenkt ist. An der Kappe 31 ist ferner ein Ende einer flexiblen Verbindung 39 angeschlossen, deren anderes Ende mittels Schrauben­verbindungen am Schaltarm 14 befestigt ist und die zur elektrisch-leitenden Verbindung zwischen Kappe 31 und Schaltarm 14 dient.

Die Wirkungsweise ist nun wie folgt:

Der Schaltarm 40 läßt sich um die Achse der Kappe 31 und des darunter befindlichen Isolators drehen. Die in Figur 2b dargestellte Ausgangsposition des Schaltarmes 14 ist gekennzeichnet durch die aus dem Antriebszylinder 32 herausgezogene Kolben- oder Antriebsstange 33. Wird nun beispielsweise über die Hydraulikleitung 17a unter Druck stehendes Fluid in den Antriebszylinder 32 eingebracht, so zieht der innerhalb des Antriebszylinders befindli­che, mit der Zylinderstange 33 verbundene Kolben die Kolbenstange 33 in den Zylinder hinein. Durch diese Be­wegung der Kolbenstange 33 wird auf die Stege 34 und 35 jeweils eine Zugkraft ausgeübt. Da die Wirkungslinie dieser Zugkräfte der Längsache des Antriebszylinders entspricht und somit nicht durch den Drehpunkt des Schaltarmes 14 verläuft, erfolgt eine relative Drehung des Schaltarmes in Bezug auf die feste Kappe 31 bzw. in Bezug auf den Isolator 12 in Pfeilrichtung E. Das Ende dieser Drehung ist erreicht, wenn die Antriebsstange in den Antriebszylinder hineingezogen ist, wie in Figur 2b gezeigt. Eine genaue Einstellung der Anfangsposition und der Endposition läßt sich mittels Justiereinrichtungen erreichen, die in Figur 2 als als ortsfester Anschlag dienender Punkt 31a und als an der Kappe 31 angebrachte Stellschraube 31b angedeutet sind, auf die aber nicht näher eingegangen wird. Das sichere Verweilen des Schaltarmes in Anfangs- oder Endposition auch bei Druck­loswerden des Hydrauliksystems im Falle eines Defektes wird durch die Blattfeder 36 erreicht. Sowohl in der Anfangsposition als auch in der Endposition des Schal­tarmes 14 ist die Blattfeder 36 gespannt, und sie übt somit eine Druckkraft auf die Vorsprünge 37 und 38 aus. Die Wirkungslinie dieser Druckkraft verläuft identisch mit der Verbindungslinie zwischen den Augen in den bei­den Vorsprüngen 37 und 38, und somit nicht durch die Drehachse des Schaltarmes 14. Die Blattfeder übt daher sowohl in der Anfangsposition als auch in der Endpositi­on auf den Schaltarm je ein Drehmoment aus, das den Arm in der jeweiligen Position hält. Während der Drehung aus der Anfangsposition in die Endposition durchläuft (hier nicht dargestellt) die Feder eine Lage, in der sie stär­ker als in den hier dargestellten Positionen gespannt ist, und in der ihre Wirkungslinie durch die Drehachse des Schaltarmes verläuft. In dieser Stellung erfolgt somit die Richtungsumkehrung des auf den Schaltarm aus­geübten Drehmomentes. Der Fluß des elektrischen Stromes von dem beweglichen Schaltarm 14 auf die feste Kappe 31 und von dort weiter an den Anschluß 21 wird durch die flexible Verbindung 39 ermöglicht. Die perspektivische Skizze der Figur 3 vermittelt einen besseren Eindruck der räumlichen Anordnung der einzelnen Komponenten der im Schaltarm 14 untergebrachten Antriebsvorrichtung.

Die Darstellungen in den Figuren 2 und 3 zeigen Ausfüh­rungen, bei denen die Hydraulikleitungen 17 durch das Innere des Isolators 12, durch den Isolatorkopf, durch ein darauf sitzendes Zwischenstück mit Drehzapfen und mit elektrischem Anschluß 21, sowie durch eine darauf befestigte Kappe 31 hindurchgeführt werden.

Figur 4 skizziert eine alternative erfindungsgemäße Aus­führung, bei der parallel zu dem Tragisolator 12 ein zweiter Isolator 40 verläuft, der flexibel gestaltet ist und durch den die Hydraulikleitungen 17a und 17b sowie eine Glasfaserleitung 41 verlaufen. Die teilgeschnittene Ausschnittsdarstellung zeigt die Einmündung des flexi­blen Isolators 40 in die Höhlung 30 des drehbaren Schaltarmes 14. Auf dem Stützisolator 12 mit dem Isola­torkopf 42 ist ein Zwischenstück 43 befestigt, das als Drehzapfen, als Befestigung für die Kappe 31, sowie als elektrischer Anschluß 21 dient. An der Kappe 31 befindet sich der Steg 34, an dessen Auge die Kolbenstange 33 des Hydraulikzylinders 32 befestigt ist. Eine Schutzman­schette 45 schützt die Oberfläche der Kolbenstange 33 vor Umwelteinflüssen. Ebenfalls an der Kappe 31 befindet sich hier nicht sichtbar der Steg 37, an dem die Blatt­feder 36 befestigt ist. Auf dem Drehzapfen ist eine Gleitbeschichtung 33 aufgebracht. Die am Boden des Schaltarmes 14 vorgesehene zylindrische Einstülpung sitzt auf dieser Gleitbeschichtung auf, so daß der Schaltarm 14 um den Drehzapfen des Zwischenstückes 43 drehbar ist. Die Kappe 31 gemäß Figuren 2a, 2b und 3 und Figur 4 unterscheiden sich nur insoweit, als die Kappe nach Figur 4 keine Bohrung aufweist, durch die Leitungen 17a und 17b hindurchverlaufen. Wegen der übrigen Identi­tät der beiden Kappen sind sie mit gleicher Bezugsziffer bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann natürlich auch bei einem Scherentrenner angewendet werden. Einen sol­chen Scherentrenner zeigt Figur 5 in perspektivischer Darstellung. Ein zweigeteilter Tragisolator 51 trägt an seinem oberen Ende, also auf dem Isolatorkopf 52, ein Zwischenstück 53 (siehe Figur 7) und ist mit ihm fest verbunden. Dieses Zwischenstück 53 hat zum einen einen elektrischen Kontakt 54 für den elektrischen Anschluß des Trenners. Zum anderen weist das Zwischenstück 53 einen Arm 55 auf, an dem ein parallel zum Tragisolator 51 angeordneter zusätzlicher Isolator 56 befestigt ist. Im Inneren dieses zusätzlichen Isolators 56 sind hier nicht sichtbar Hydraulikleitungen und Glasfaserleitungen geführt. In gleicher Weise wie bei den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Schaltarmen für Drehtrenner sind auch in den unteren Scherenarmen 57 and 58 Antriebsvor­richtungen untergebracht, wobei die zur Aufnahme dieser Antriebsvorrichtungen in den unteren Scherenarmen 57 und 58 befindlichen Höhlungen durch Deckel 59 verschlossen sind. Durch diese Antriebsvorrichtungen betätigt drehen sich die unteren Scherenarme 57 und 58 auf hier nicht sichtbaren, aus dem Zwischenstück 53 herausragenden Drehzapfen. Durch diese Drehung erfolgt die Bewegung der aus unteren Scherenarmen 57 und 58 und oberen Scherenar­men 60, 61 bestehenden Trennerschere.

Die Halterung und Lagerung der Scherenarme 57 und 58 am Tragisolator wird an Hand der Figur 7 näher erläutert. Auf dem Isolatorkopf 52 befindet sich das Zwischenstück 53, an dem zwei quer zur Tragisolatorachse verlaufende, in entgegengesetzter Richtung vorspringende Zapfen 90 und 91 angeformt sind. Die Zapfen 90 und 91 sind mit einer Beschichtung 92, 93 mit geringem Reibungskoeffi­zienten versehen, die der Beschichtung 44 entspricht, und beide Schaltarme 57 bzw. 58 besitzen auch hier einen Durchzug (Einstülpung) und auf der Stirnfläche der Zap­fen 90 bzw. 91 ist je eine Kappe befestigt, die der Kap­pe 31 bezüglich Aufbau und Anbringung identisch ent­spricht.

Aus einem nach oben hin offenen Kanal 94 innerhalb des Armes 55 sind Hydraulik-Leitungen 95 und 96 herausge­führt, die zu den Antriebsvorrichtungen in den Schaltar­men 57 und 58 geleitet sind.

Die Koordination der Drehbewegung zweier Schaltarme 70, 71 eines Drehtrenners z. B. auch der Schaltarme 57 und 58 des Scherentrenners nach Figur 5 kann durch fluidi­sche Reihenschaltung der je einem Arm zugehörigen flui­dischen Antriebsvorrichtungen erfolgen, wie in der ski­zierten Darstellung der Figur 6 gezeigt. Wird von der Pumpe 72 unter Druck stehends Fluid durch die Leitung 73 in den Raum 77 des Antriebszylinders 76 gepumpt, so be­wegt sich die Kolbenstange 79 aus dem Antriebszylinder 76 heraus. Die dadurch von der Kolbenstange 79 auf den feststehenden Steg 80 ausgeübte Kraft führt wir bereits anhand der Figur 2 ausführlich beschrieben, zu einer Drehung des Schaltarmes 70 in der durch den Pfeil F an­gezeigten Richtung, Durch die Bewegung der Kolbenstange 79 wird der Raum 78 des Antriebszylinders 76 verklei­nert, und das in diesem Raum 78 befindliche Fluid wird aus dem Raum hinaus in die Leitung 74 hineingedrückt. Die Leitung 74 mündet in den Raum 82 des im zweiten Schaltarm 71 befindlichen Antriebszylinders 81. Das durch die Leitung 74 in diesem Raum 82 einfließende Fluid bewirkt, daß die Kolbenstange 84 in den An­triebszylinder 81 hineingezogen wird. Die dadurch von der Kolbenstange 84 auf den feststehnden Steg 84 ausge­übte Zugkraft führt zu einer Drehbewegung des Schaltar­mes 71 in der durch den Pfeil G angegebenen Richtung. Der fluidische Kreis wird dadurch geschlossen, daß Fluid aus dem sich verkleinernden Raum 83 des Antriebs­zylinders 81 herausgedrückt und über die Leitung 75 wie­der der Pumpe 72 zugeführt wird. Im Falle des Scheren­trenners nach Figur 5 und 7 entsprechen die Leitungen 95 und 96 den in Figur 6 an dem Kanal 94 herausgeführten Leitungen 95 und 96.