DE102008011522A1

DE102008011522A1 - Baureihe von modular aufgebauten Schaltgeräten zur wahlweisen Verwendung in der Niederspannung oder Mittelspannung sowie Schaltschrank hierfür

Info

Publication number: DE102008011522A1
Application number: DE200810011522
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Hahn; Bernhard-Wilhelm Dipl.-Ing. Niessing
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: DE102008011522B4

Abstract

Eine Baureihe aus modular aufgebauten Schaltgeräten (1) ist zur Verwendung in mehreren Spannungsebenen und zum Einschieben in eine Einschubkassette (20) eines Schaltschranks vorgesehen. Erfindungsgemäß weist jeder Typ des Schaltgerätes (1) die nachfolgend genannten, weitgehend baugleich ausgeführten Grundkomponenten auf: Einen Geräteträger (2), eine Bedien- und Anzeigefront (3), einen Schaltantrieb (4) mit einem Schaltschloss (6) zum Ein- und Ausschalten eines Schaltkontaktsystems (5) aus einem oder mehreren Polen, ein Schutzmodul (7) zur Erfassung eines Überstroms oder Kurzschlussstroms und zum Auslösen des Schaltschlosses (6) sowie ein in oder mit dem Geräteträger (2) verfahrbar angeordnetes Hauptstromtrennkontaktsystem (8). Weiterhin weist jeder Typ des Schaltgerätes (1) die nachfolgend genannten, abhängig von der verwendeten Spannungsebene ausgeführten Ergänzungskomponenten auf: Mindestens das Schaltkontaktsystem (5), eine oder mehrere Kontaktbetätigungseinrichtungen (9), ein oder mehrere Polgehäuse (10) für das zumindest eine Schaltkontaktsystem (5) sowie eine Verfahrantriebseinheit (11) für das Hauptstromtrennkontaktsystem (8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Baureihe von modular aufgebauten Schaltgeräten zur Verwendung in mehreren Spannungsebenen und zum Einschieben in eine Einschubkassette eines Schaltschrankes. Die betrachten Schaltgeräte sind insbesondere Leistungsschalter zum Abschalten eines Überstroms oder Kurzschlussstroms. Die Leistungsschalter sind insbesondere zum Abschalten von Wechselströmen ausgebildet.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Schaltschrank mit zumindest einer Einschubkassette zur Aufnahme eines derartigen Schaltgerätes und mit schaltschrankseitigen Stromschienen zur möglichen Kontaktierung des Hauptstromtrennkontaktsystems des jeweiligen Schaltgerätes.
Nachfolgend werden elektrische Spannungen bis 1 kV als Niederspannung bezeichnet. Spannungen darüber bis 72 kV werden als Mittelspannung bezeichnet, auch wenn definitionsgemäß der technische Begriff „Mittelspannung" dem Hochspannungsbereich zuzuordnen ist. Es wird jedoch angemerkt, dass der genannte Spannungsbereich für die Mittelspannung nicht genormt ist.
Derzeit verfügbare Schaltgeräte für Niederspannung und Mittelspannung unterscheiden sich grundlegend in ihrem Aufbau. Gründe hierfür sind z. B. unterschiedliche geräteinterne Schnittstellen, unterschiedliche Kommunikationsmodule zur Kommunikation mit einer übergeordneten Leitstelle bzw. zur Fernsteuerung durch diese Leitstelle sowie unterschiedliche Bedien- und Anzeige-„Philosophien".
Im Besonderen unterscheiden sich diese Schaltgeräte hinsichtlich des verwendeten Schaltkontaktsystems. So kommen für Niederspannung, das heißt für Spannungen bis 1 kV, nahezu ausschließlich Luftschaltkontaktsysteme mit einem Lichtbogenlöschsystem zum Einsatz. In diesem Fall dient die Umgebungsluft zur Isolierung zwischen den Schaltpolen. Typischerweise ist zur Kontakttrennung ein Kontaktbetätigungsweg im Bereich von 12 mm bis 30 mm erforderlich. Die Kontaktrennung selbst erfolgt zumeist mittels Kontakthebeln, welche im eingeschalteten Zustand die Schaltpole kontaktieren. Die Betätigung der Kontakthebel erfolgt typischerweise mittels einer Schaltwelle, die ihrerseits durch einen elektromechanischen Schaltantrieb betätigt wird. Der Schaltantrieb ist üblicherweise ein sogenannter Federkraftspeicherantrieb. Dessen Kraftspeicher wird manuell oder elektrisch mit Hilfe eines Motors aufgeladen. Über ein geeignetes Schaltschloss wird die gespeicherte Energie in eine Drehbewegung der Schaltwelle umgesetzt.
Im Bereich der Mittelspannung, das heißt für Spannungen in einem Bereich von größer als 1 kV bis 72 kV, werden nahezu ausschließlich Vakuum-Schaltröhren als Schaltkontaktsystem verwendet. Im Inneren der hermetisch abgedichteten Schaltröhre sind ein feststehender Schaltkontakt und ein linear beweglich angeordneter Schaltkontakt angeordnet. Letzterer ist zur Kontaktbetätigung durch den Schaltantrieb druckdicht aus einem die Schaltröhre umgebenden Polgehäuse geführt. Der Kontaktbetätigungsweg hängt von der verwendeten Mittelspannungsebene ab. Die Mittelspannungsebenen können z. B. im Bereich von bis 6 kV, 12 kV, 20 kV, 25 kV, 32 kV, 48 kV, 60 kV oder 72 kV, gegebenenfalls auch darüber liegen. Entsprechend der vorgegebenen Mittelspannungsebene kann der Kontaktbetätigungsweg im Bereich von 8 mm für niedrige Mittelspannungswerte bis 70 mm für hohe Mittelspannungswerte liegen.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, Schaltgeräte anzugeben, welche auf einfache Weise in verschiedenen Spannungsebenen im Nieder- und Mittelspannungsbereich eingesetzt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Baureihe aus modular aufgebauten Schaltgeräten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Baureihe sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 14 genannt. Im Anspruch 15 ist ein Schaltschrank mit zumindest einer Einschubkassette zur Aufnahme eines derartigen Schaltgerätes angegeben. Im Anspruch 16 ist eine Ausführungsform des Schaltschrankes genannt.
Erfindungsgemäß weist jeder Typ des Schaltgerätes die nachfolgend genannten, weitgehend baugleich und insbesondere identisch ausgeführten Grundkomponenten auf: Einen Geräteträger, eine Bedien- und Anzeigefront, einen Schaltantrieb mit einem Schaltschloss zum Ein- und Ausschalten eines Schaltkontaktsystems mit einem oder mehreren Polen, ein Schutzmodul zur Erfassung eines Überstroms oder Kurzschlussstroms und zum Auslösen des Schaltschlosses sowie ein in oder mit dem Geräteträger verfahrbar angeordnetes Hauptstromtrennkontaktsystem. Das Schutzmodul kann zur Ausgabe einer Meldung des Schaltzustandes an eine entfernt gelegene Station ausgebildet sein. Weiterhin weist jeder Typ des Schaltgerätes die nachfolgend genannten, abhängig von der verwendeten Spannungsebene ausgeführten Ergänzungskomponenten auf: Mindestens das Schaltkontaktsystem, eine oder mehrere Kontaktbetätigungseinrichtungen, ein oder mehrere Polgehäuse für das zumindest eine Schaltkontaktsystem sowie eine Verfahrantriebseinheit für das Hauptstromtrennkontaktsystem.
Der besondere Vorteil der Erfindung ist, dass vereinheitlichte Grundkomponenten für das Schaltgerät sowohl im Niederspannungsbereich als auch im Mittelspannungsbereich zum Einsatz kommen. Die vereinheitlichen Grundkomponenten ermöglichen es unter anderem, einheitliche Schaltantriebe, Schutzmodule sowie Bedien- und Anzeigefronten mit einer zugleich einheitlichen Bedienphilosophie bereitzustellen. Dadurch vereinheitlichen sich der Aufbau und die Bedienung derartiger Schaltgeräte erheblich.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Grundkomponenten aufgrund ihrer weitestgehenden Baugleichheit wegen der höheren Stückzahlen deutlich kostengünstiger hergestellt werden können. Hinzu kommt, dass der Schulungs- und Wartungsaufwand für diese Baureihe erheblich reduziert werden kann. Schließlich kann der Aufwand für die Ersatzteilbereithaltung reduziert werden.
Wesentlich ist, dass die Grundkomponenten nur durch wenige Ergänzungskomponenten zu unterschiedlichen Schaltgerätetypen hinsichtlich der verwendeten Spannungsebenen, Stromstärken und/oder der benötigten Schaltspielanzahl ergänzt werden können. Davon unabhängig weist die erfindungsgemäße Baureihe dennoch eine einheitliche Bauform auf.
Die Grundkomponente „Geräteträger" kann eine Grundplatte oder ein Gehäuse sein, auf welcher bzw. in welcher die anderen Grundkomponenten und die Ergänzungskomponenten aufgenommen angeordnet sind.
Die Grundkomponente „Bedien- und Anzeigefront" umfasst typischerweise, aber nicht notwendigerweise, eine Frontplatte, auf welcher bzw. an welcher Bedienelemente wie Schalter oder Taster sowie Anzeigeelemente wie Leuchtmelder oder Displays angeordnet sind.
Die Grundkomponente „Schaltantrieb" zum Ein- und Ausschalten des Schaltkontaktsystems ist typischerweise ein Kraftspeicherantrieb, z. B. ein elektromotorisch betätigter Kraftspeicherantrieb. Alternativ kann der Kraftspeicher des Schaltantriebs auch pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sein.
Die Grundkomponente „Schaltschloss" zum Öffnen des Schaltkontaktsystems ist typischerweise eine mechanische Vorrichtung mit einem Federspeicher, welche mittels einer Auslöseeinheit derart mit dem Schaltantrieb zusammenarbeitet, dass das Schaltkontaktsystem unabhängig vom Schaltzustand des Schaltantriebs über dessen Kontaktbetätigungseinrichtung geöffnet werden kann.
Die Grundkomponente „Schutzmodul" zur Erfassung eines Überstroms- oder Kurzschlussstroms und zum Auslösen des Schaltschlosses weist üblicherweise einen oder mehrere Stromwandler auf. Ein entsprechendes Stromwandlersignal wird mittels einer Auswerteschaltung mit einem oder mehreren einstellbar vorgegebenen Stromgrenzwerten verglichen. Wird ein Stromgrenzwert überschritten, steuert die Auswerteschaltung eine Auslöseeinheit an, wie z. B. einen Hubmagneten, welcher dann das Schaltschloss auslöst. Alternativ kann das Schutzmodul einen selbsttätig wirkenden elektromagnetischen Auslöser aufweisen.
Die Grundkomponente „Hauptstromtrennkontaktsystem", welche in dem Geräteträger verfahrbar angeordnet ist, kann beispielsweise mittels einer Kurbel oder eines Betätigungswerkzeuges manuell verfahren werden, um eine sichere Trennung des Schaltgerätes von den Stromschienen im Inneren eines Schaltschrankes oder Schaltfeldes zu bewerkstelligen. Alternativ kann ein solches Verfahren elektrisch erfolgen, wie z. B. mit einem Motor. Das Hauptstromtrennkontaktsystem ist vorzugswei se parallel zur Einschubrichtung des Schaltgerätes in die Einschubkassette verfahrbar zum Geräteträger angeordnet. Zum Verfahren kann das Hauptstromtrennkontaktsystem eine Verfahrplatte aufweisen, welche parallel zu einer Grundplatte des Geräteträgers angeordnet ist und relativ zu dieser verschiebbar ist.
Die Ergänzungskomponente „Kontaktbetätigungseinrichtung" ist abhängig von dem verwendeten Schaltkontaktsystem. Die Kontaktbetätigungseinrichtung kann im Falle eines Luftschaltkontaktsystems mit einer Steuerwelle eine Hebelvorrichtung sein, welche an der Schaltwelle des Luftschaltkontaktsystems angebracht ist und mit dem Stellglied des Schaltantriebs kuppelbar ist. Durch Variation von Drehwinkeln und Hebelabständen kann der jeweils erforderliche Kontaktabstand eingestellt werden.
Im Falle einer Vakuumschaltröhre kann deren bewegliches Kontaktglied durch ein geeignetes Getriebe an den Antrieb gekoppelt werden. Zur Einstellung größerer oder kleinerer Kontaktbetätigungswege kann im oder am Polgehäuse der Vakuumschaltröhre eine Umlenkrolle angeordnet sein, welche zwei Hebelarme mit unterschiedlichen Abständen zwischen dem jeweiligen Hebelpunkt und der Drehachse der Umlenkrolle aufweist. Der eine Hebel ist dann mit dem Stellglied des Schaltantriebs kuppelbar. Der andere Hebel ist mit dem beweglichen Schaltpol der Vakuumröhre bzw. mit einem Stößel verbunden, welcher seinerseits auf den beweglichen Schaltpol einwirken kann.
Die Ergänzungskomponente „Polgehäuse" dient insbesondere zur Beabstandung der Schaltpole hinsichtlich des bei der jeweiligen verwendeten Spannungsebene erforderlichen Isolierabstandes. Es dient weiterhin zum Schutz gegenüber äußeren Umwelteinflüssen, wie Staub und Feuchtigkeit, sowie zum Berührungs schutz. Zugleich ist das Polgehäuse an die äußeren Abmessungen des jeweiligen Schaltkontaktsystems angepasst.
Die Ergänzungskomponente „Verfahrantriebseinheit" setzt sich beispielsweise aus einem Lagerbock und einer Spindel zusammen. Der Lagerbock ist vorzugsweise auf der Verfahrplatte des Hauptstromtrennkontaktsystems angeordnet. Er kann weiterhin ein Innengewinde aufweisen, in welches die Spindel mit einem Spindelende eingreift. Das andere Ende der Spindel kann im Geräteträger des Schaltgerätes drehbar gelagert sein. Es kann über eine Einführöffnung im Bereich der Bedien- und Anzeigefront mittels einer Kurbel oder eines Betätigungsschlüssels angetrieben werden. Je nach Gewindesteigung der Spindel kann bei einer vorgegebenen Anzahl von Betätigungsumdrehungen, wie z. B. von sechs, eine individuelle Trennstrecke zwischen dem Hauptstromtrennkontaktsystem und den Stromschienen im Schaltschrank eingestellt werden. Alternativ kann die Verfahrantriebseinheit mittels eines im Schaltgerät angeordneten Elektromotors angetrieben werden.
Die unterschiedlichen Ergänzungskomponenten „Schaltkontaktsystem" werden später noch ausführlicher beschrieben.
Nach einer Ausführungsform weist jeder Schaltgerätetyp ein weitgehend baugleiches, insbesondere identisch ausgeführtes Hilfskontaktsystem als Grundkomponente auf. Dadurch lässt sich die Baureihe nochmals weiter vereinheitlichen. Das Hilfskontaktsystem ist vorzugsweise an den Grundkomponenten Schaltantrieb und Schaltschloss angebracht, um eine sichere Abfrage der Schaltzustände bzw. der Stellwege zu ermöglichen. Das Hilfskontaktsystem kann zudem mit dem Hauptschalter oder anderen Bedienelementen der Bedien- und Anzeigefront zur Verriegelung verschaltet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist jeder Schaltgerätetyp zumindest ein weitgehend baugleich, insbesondere identisch ausgeführtes Kommunikationsmodul zur Statusabfrage und gegebenenfalls zur Fernsteuerung des Schaltgerätes auf. Ein Kommunikationsmodul kann beispielsweise eine Profibus-Busanschaltung aufweisen. Der Profibus wird standardmäßig zur Überwachung von Schaltungsgeräten, insbesondere von Leistungsschaltern im Bereich der Niederspannung, eingesetzt. Alternativ können andere Bussysteme, wie z. B. der Feldbus, oder Teleperm-Kommunikationstechniken eingesetzt werden. Ziel ist es jedoch, standardmäßig einheitliche Kommunikationssysteme für die erfindungsgemäße Baureihe vorzusehen.
In diesem Zusammenhang kann die Bedien- und Anzeigefront einen Betriebsartumschalter für eine Bedienung des Schaltgerätes vor Ort oder ferngesteuert über das Kommunikationsmodul aufweisen. Für den Fall, dass keine Fernsteuerung gewünscht wird, kann der Betriebsartumschalter nicht belegt sein oder ganz entfallen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Schaltkontaktsystem ein Luftschaltkontaktsystem zum Schalten einer Niederspannung bis 1 kV. Das Luftschaltkontaktsystem weist insbesondere ein Lichtbogenlöschsystem auf. In diesem Falle sind die Kontaktbetätigungseinrichtung zum Einstellen eines Kontaktbetätigungsweges des Luftschaltkontaktsystems, das Polgehäuse zur Beabstandung der Schaltpole des Luftschaltkontaktsystems und die Verfahrantriebseinheit zum Einstellen einer Trennstrecke für das Hauptstromtrennkontaktsystem des jeweiligen Schaltgerätes für eine Isolationsspannung von zumindest 1 kV ausgelegt.
Alternativ ist das Schaltkontaktsystem eine Niederspannungs-Vakuumschaltröhre zum Schalten einer Niederspannung bis 1 kV.
In diesem Falle sind die Kontaktbetätigungseinrichtung zum Einstellen eines Kontaktbetätigungsweges der Niederspannungs-Vakuumschaltröhre, das Polgehäuse zur Beabstandung der Schaltpole der Niederspannungs-Vakuumschaltröhre und die Verfahrantriebseinheit zum Einstellen einer Trennstrecke für das Hauptstromtrennkontaktsystem des jeweiligen Schaltgerätes für eine Isolationsspannung von zumindest 1 kV ausgelegt.
Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform ist die Verwendung einer kompakten sowie eines auf dem Gebiet der Niederspannungstechnik wenig verbreiteten und eher unüblichen Schaltkontaktsystems. Ein derartiges Schaltkontaktsystem, insbesondere zum Abschalten eines Über- oder Kurzschlussstroms, ist bei der Fa. Siemens käuflich erwerbbar. Im Vergleich zum Luftschaltkontaktsystem ist die Niederspannungs-Vakuumschaltröhre nahezu verschleißfrei und wartungsarm. Darüber hinaus erlaubt die Niederspannungs-Vakuumschaltröhre eine höhere Anzahl von Schaltspielen unter Bemessungsstrom.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Schaltkontaktsystem eine Mittelspannungs-Vakuumschaltröhre zum Schalten einer insbesondere gestuft vorgegebenen Mittelspannung im Bereich von über 1 kV bis 72 kV. Die Mittelspannungsebenen können z. B. im 6 kV-, 12 kV-, 20 kV-, 25 kV-, 32 kV-, 48 kV-, 60 kV- oder 72 kV-Bereich liegen. Es sind auch dazwischen liegende Spannungswerte möglich. Je nach vorgegebener Mittelspannung sind die Kontaktbetätigungseinrichtung zum Einstellen eines Kontaktbetätigungsweges der Mittelspannungs-Vakuumschaltröhre, das Polgehäuse zur Beabstandung der Schaltpole der Mittelspannungs-Vakuumschaltröhre sowie die Verfahrantriebseinheit zum Einstellen einer Trennstrecke für das Hauptstromtrennkontaktsystem des jeweiligen Schaltgerätes für eine Isolationsspannung von zumindest der der jeweilig vorgegebenen Mittelspannungsebene zugehörig ausgelegt.
Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist jeder Schaltgerätetyp derart auf die wählbaren Schaltkontaktsysteme ausgelegt, dass das jeweilige Schaltkontaktsystem mit dem entsprechenden Polgehäuse, mit der entsprechenden Kontaktbetätigungseinrichtung und Verfahrantriebseinheit modular in den Geräteträger einsetzbar und dort anschließbar ist.
Insbesondere bildet das jeweilige Schaltkontaktsystem mit dem entsprechenden Polgehäuse und der entsprechenden Kontaktbetätigungseinrichtung eine Baueinheit. Die Baueinheit ist hinsichtlich der mechanischen und elektrischen Schnittstellen so ausgestaltet, dass diese nach Einsetzen in das Schaltgerät nur noch angeschlossen zu werden brauchen. Es ist auch vorstellbar, dass im Geräteträger des Schaltgerätes spannungs- und hochstromfeste Buchsen oder Stecker angeordnet sind, welche mit entsprechenden Stecker oder Buchsen der Baueinheit beim Einsetzen automatisch kuppeln. Darüber hinaus kann das jeweilige Schaltkontaktsystem auch mit dem entsprechenden Polgehäuse, mit der entsprechenden Kontaktbetätigungseinrichtung und der Verfahrantriebseinheit eine Baueinheit bilden.
Im Besonderen sind die wählbaren Schaltkontaktsysteme zum Abschalten von maximalen Strömen im Bereich von 16 kA bis 200 kA ausgebildet.
Weiterhin sind die wählbaren Schaltkontaktsysteme zum Abschalten von Wechselströmen ausgebildet.
Alternativ oder zusätzlich sind die wählbaren Schaltkontaktsysteme zum Abschalten von Gleichströmen ausgebildet. Hier können Anpassungen an die Gestaltung des Kontaktsystems und des Löschsystems erforderlich sein.
Vorzugsweise sind die wählbaren Schaltkontaktsysteme Leistungsschalter zum Abschalten eines Überstroms oder Kurzschlussstromes. Das jeweilige Schaltgerät ist dann ein Leistungsschaltgerät.
Darüber hinaus kann das Schaltgerät mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgebildet sein. Es kann auch nur ein- oder zweipolig ausgeführt sein. In diesen Fällen weist das Schaltgerät eine der Polzahl entsprechende Anzahl von Schaltkontaktsystemen auf. Die Schaltkontaktsysteme können mittels der Kontaktbetätigungseinrichtung gemeinsam angesteuert werden, wie z. B. mittels einer gemeinsamen Schaltwelle. In entsprechender Weise sind dann das Schutzmodul und das Hauptstromtrennkontaktsystem mehrpolig ausgelegt. Da typischerweise in einem Überstrom- oder Kurzschussfall sämtliche Schaltkontaktsysteme gemeinsam geöffnet werden, ist eine Anpassung der Bedien- und Anzeigefront nicht erforderlich. Sie kann jedoch entsprechende typbezogene Beschriftungen oder schaltungstechnische Symbole aufweisen, welche anzeigen, ob es sich bei dem Schaltgerät um ein mehrpoliges Schaltgerät handelt.
Die Erfindung wird weiterhin durch einen Schaltschrank mit zumindest einer derartigen Einschubkassette zur Aufnahme eines Schaltgerätes gelöst. Der Schaltschrank weist hierzu schaltschrankseitige Stromschienen zur möglichen Kontaktierung des Hauptstromtrennkontaktsystems des jeweiligen Schaltgerätes auf. Damit ist neben der erfindungsgemäßen Baureihe auch ein darauf abgestimmtes Schaltschranksystem verfügbar, welches sowohl im Niederspannungsbereich als auch im Mittelspannungsbereich eingesetzt werden kann.
Schließlich sind im Schaltschrank Kontaktierungsmittel vorhanden, welche nach Einschub eines Schaltgerätes ein entsprechendes Gegenstück des Schaltgerätes zum Verbinden des Kommu nikationsmoduls mit einem übergeordneten Bussystem kontaktieren können.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Frontansicht eines beispielhaften Schaltgerätes gemäß der Erfindung,
2 eine Draufsicht auf das Schaltgerät gemäß 1 und
3 eine Seitenansicht des Schaltgerätes gemäß 1 und 2.
1 zeigt eine mögliche Frontansicht eines beispielhaften Schaltgerätes 1 gemäß der Erfindung, welches in mehreren Spannungsebenen verwendet werden kann.
Das gezeigte Schaltgerät 1 ist bereits in einer Einschubkassette 20 eines nicht weiter dargestellten Schaltschranks eingeschoben. Das Schaltgerät 1 weist eine für alle Schaltgerätetypen der erfindungsgemäßen Baureihe im Wesentlichen identische Anzeige- und Bedienfront 3 auf. Die Anzeige- und Bedienelemente 32–37 sind beispielhaft an einer Frontplatte 31 des Schaltgerätes 1 angeordnet. Die Frontplatte 31 kann auch entfallen, wenn z. B. der Schaltschrank für mehrere Schaltgeräte 1 eine gemeinsame Schaltschranktür mit entsprechenden Aussparungen für die Anzeige- und Bedienelemente 32–37 aufweist. Mit dem Bezugszeichen 32 ist ein Betriebsartumschalter zum Umschalten der Bedienung des Schaltgerätes 1 vor Ort oder ferngesteuert über eine Busverbindung bezeichnet. Die beiden Leuchtmelder 25 zeigen die jeweils aktuelle Einstellung an.
Mit dem Bezugszeichen 33 ist ein Hauptschalter zum Ein- und Ausschalten des Schaltkontaktsystems des Schaltgerätes 1 bezeichnet. Die beiden Leuchtmelder 36 zeigen den Schaltzustand in entsprechender Weise an. Im rechten Teil der 1 ist eine Zugangsöffnung 34 zum Verfahren eines im Schaltgerät 1 angeordneten Hauptstromtrennkontaktsystems z. B. mittels einer in der Zugangsöffnung 34 einführbaren Kurbel oder eines Betätigungsschlussels dargestellt. Die drei darüber beispielhaft angeordneten Leuchtmelder 37 zeigen den Zustand des Hauptstromtrennkontaktsystems an, wie z. B. spannungsführend, getrennt bzw. geerdet oder eine dazwischenliegende Zwischenstellung symbolisiert durch ein Antriebssymbol.
2 zeigt eine mögliche Draufsicht auf das Schaltgerät 1 gemäß 1. Gezeigt ist der modulare Aufbau eines derartigen Schaltgerätetyps 1. Erfindungsgemäß weist jeder Schaltgerätetyp 1 die Grundkomponenten Geräteträger 2, die Bedien- und Anzeigefront 3, einen Schaltantrieb 4 zum Einschalten eines Schaltkontaktsystems 5, ein Schaltschloss 6 zum Öffnen des Schaltkontaktsystems 5, ein Schutzmodul 7 zur Erfassung eines Überstroms- oder Kurzschlussstroms und zum Auslösen des Schaltschlosses 6 sowie ein manuell in dem Geräteträger 2 verfahrbar angeordnetes Hauptstromtrennkontaktsystem 8 auf. Die Grundkomponenten sind dabei weitestgehend und insbesondere identisch ausgeführt. Mit „weitestgehend" ist eine Gleichheit der Hardwarekomponenten gemeint. Auf den jeweiligen Typ zugeschnittene Einstellungen, wie z. B. das Einstellen einer Überstromschaltschwelle mittels eines Potentiometers oder mittels eines digital gespeicherten Sollwertes und dergleichen fallen nicht darunter.
Weiterhin kann erfindungsgemäß jeder Typ des gezeigten Schaltgerätes 1 die Ergänzungskomponenten Schaltkontaktsystem 5, eine Kontaktbetätigungseinrichtung 9, ein Polgehäuse 10 für das Schaltkontaktsystem 5 sowie eine Verfahrantriebseinheit 11 für das Hauptstromtrennkontaktsystem 8 aufweisen. Die Ergänzungskomponenten sind abhängig von der verwendeten Niederspannungs- oder Mittelspannungsebene ausgeführt.
Im Beispiel der 2 sind nahezu alle Komponenten des Schaltgerätes 1 auf einer Verfahrplatte 22 angebracht. Lediglich die Bedien- und Anzeigefront 3 ist fest mit dem Geräteträger 2 bzw. dem Gehäuse verbunden. Die Verfahrplatte 22 selbst ist relativ zu einer Grundplatte 21 des Geräteträgers bzw. Gehäuses 2 des Schaltgerätes 1 in Einschubrichtung 15 verschiebbar angeordnet. Die Verfahrplatte 22 kann beispielsweise in Nuten der Grundplatte 21 geführt sein. Die Verfahrrichtungen sind mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet. Die Verfahrplatte 22 ist mittels der Verfahrantriebseinheit 11 für das Hauptstromtrennkontaktsystem 8 verfahrbar. Dies kann im Beispiel der 2 dadurch erfolgen, dass eine Kurbel in die Einführöffnung 34 im Bereich der Bedien- und Anzeigefront 3 eingesteckt und betätigt wird. Die Kurbel treibt eine Spindel 13 an, die in ein Innengewinde eines fest mit der Verfahrplatte 22 angebrachten Lagerbocks 12 eingreift und dadurch die Verfahrplatte 22 verschiebt. Je nach gewählter Gewindesteigung der Spindel 13 kann pro Umdrehung eine vorgegebene Teiltrennstrecke eingestellt werden. Im Beispiel der 2 befindet sich das Schaltgerät 1 in der Trennstellung. Um das Schaltgerät 1 in die Betriebsstellung zu verfahren, ist die Kurbel im Uhrzeigersinn zu drehen, bis die im oberen Teil der 2 beispielhaft dargestellten Trennkontakte 81 des Hauptstromtrennkontaktsystems 8 die schaltschrankseitigen Stromschienen 82 kontaktieren.
Im oberen Teil der 2 ist ein beispielhaftes Schaltkontaktsystem 5 dargestellt. Das Schaltkontaktsystem 5 kann ein Luftschaltkontaktsystem mit einem Lichtbogenlöschsystem oder eine Niederspannungs-Vakuumschaltröhre zum Schalten einer Niederspannung bis 1 kV sein. Das Schaltkontaktsystems 5 kann weiterhin eine Mittelspannungs-Vakuumschaltröhre zum Schalten einer insbesondere gestuft vorgegebenen Mittelspannung im Bereich von über 1 kV bis z. B. 72 kV sein. Die beispielhaft im Polgehäuse 10 des Schaltkontaktsystems 5 integrierte Kontaktbetätigungseinrichtung 9 dient zum Einstellen eines von der gewählten Spannungsebene abhängigen Kontaktbetätigungsweges. Die Kontaktbetätigungseinrichtung 9 kann mit einem Stößel 51 verbunden sein, der über eine Kupplung 42 mit einem Stellglied bzw. Anker 41 des Schaltantriebs 4 verbunden ist. Der auf den Stößel 51 übertragene Betätigungsweg wird über nicht weiter dargestellte mechanische Umlenk- oder Hebeleinrichtungen der Kontaktbetätigungseinrichtung 9 in eine Dreh- oder Linearbewegung für den beweglichen Schaltpol des Schaltkontaktsystems 5 umgesetzt. Der Stößel 51 kann auch direkt auf den beweglichen Schaltpol der Vakuum-Schaltröhre 5 einwirken. In entsprechender Weise sind das Polgehäuse 10 zur Beabstandung der Schaltpole des Luftschaltkontaktsystems 5 und die Verfahrantriebseinheit 11 zum Einstellen einer Trennstrecke 16 für das Hauptstromtrennkontaktsystem 8 des jeweiligen Schaltgerätes 1 abhängig von der vorgegebenen Spannungsebene ausgelegt.
Im Beispiel der 2 bilden das Schaltkontaktsystem 5 mit dem entsprechenden Polgehäuse 10, die entsprechende Kontaktbetätigungseinrichtung 9 und die Verfahrantriebseinheit 11 bereits eine Baueinheit.
Im Beispiel der 2 ist weiterhin das Schaltschloss 6 direkt mit dem Schaltantrieb 4 verbunden. Über eine nicht dargestellte mechanische Wirkverbindung kann das Schaltschloss 6 bei Auslösung zumindest indirekt auf das Schaltglied 41 zum sicheren Öffnen des Schaltkontaktsystems 5 einwirken. Das Schaltschloss 6 ist über Verbindungsleitungen 72 mit einer Auswerteeinheit 71 des Schutzmoduls 7 verbunden. Im Falle des Überschreitens eines vorgegebenen Überstroms oder Kurzschlussstroms ist auf diesem Wege elektrisch eine nicht weiter dargestellte Auslöseeinheit des Schaltschlosses 6 ansteuerbar. Die Auslöseeinheit kann z. B. ein Hubmagnet sein.
Im Beispiel der 3 weist das Schutzmodul 7 einen Haupttrennkontakt 81 sowie einen elektrischen Anschluss 51 zur Verbindung des Schutzmoduls 7 mit dem Schaltkontaktsystem 5 auf. Das Schutzmodul 7 dient zur Erfassung des durch ihn hindurchfließenden Stroms. Der Strom kann z. B. mittels eines Stromwandlers gemessen werden.
Jeder Schaltgerätetyp 1 kann weiterhin ein weitestgehend identisch ausgeführtes Hilfskontaktsystem sowie ein Kommunikationsmodul zur Statusabfrage und gegebenenfalls zur Fernsteuerung des Schaltgerätes 1 als Grundkomponente aufweisen. Beide Komponenten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Wie die 2 weiter zeigt, weist das Schaltgerät 1 den Geräteträger 2 zur Aufnahme der Grundkomponenten auf. Das Schaltgerät 1 ist dabei derart auf die wählbaren Schaltkontaktsysteme 5 ausgelegt, dass das jeweilige Schaltkontaktsystem 5 mit dem entsprechenden Polgehäuse 10, mit der entsprechenden Kontaktbetätigungseinrichtung 9 und der Verfahrantriebseinheit 11 als Baueinheit modular in den Geräteträger 12 einsetzbar und dort anschließbar ist.
Das gezeigte beispielhafte Schaltgerät 1, insbesondere dessen wählbare Schaltkontaktsysteme 5, sind zum Abschalten von maximalen Strömen im Bereich von 16 kA bis 200 kA ausgebildet.
Das gezeigte Schaltgerät 1 ist insbesondere ein Leistungsschaltgerät. Die wählbaren Schaltkontaktsysteme 5 sind vorzugsweise zum Abschalten eines Überstroms oder Kurzschlussstromes, insbesondere von Wechselströmen, bemessen und typischerweise nicht zum betrieblichen Schalten ausgebildet.
3 zeigt eine Seitenansicht des Schaltgerätes 1 gemäß 1 und 2. In dieser Darstellung ist besonders die Verfahrmechanik zum Verfahren der Verfahrplatte 22 relativ zu der Grundplatte 21 des Geräteträgers 2 gut zu sehen. Im mittleren Teil der 3 ist die modulare Aufnahme des Schaltkontaktsystems 5 samt Polgehäuse 10, integrierter Kontaktbetätigungseinrichtung 9 und Hauptstromtrennkontaktsystem 9 zu sehen. Im rechten Teil der 3 sind Stromschienen 82 dargestellt, mit welchen die Hauptstromkontakte 81 des Hauptstromtrennkontaktsystems 9 bei Verfahren der Verfahrplatte 22 in Einschubrichtung 15 kontaktieren können.
In den Figuren 1 bis 3 ist ein geeigneter Schaltschrank mit zumindest einer Einschubkassette 20 zur Aufnahme eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 bzw. eines entsprechenden Schaltgerätetyps 1 der erfindungsgemäßen modularen Baureihe von Schaltgeräten 1 selbst nicht dargestellt. Insbesondere weist ein solcher Schaltschrank schaltschrankseitige Stromschienen 82 zur möglichen Kontaktierung eines Hauptstromtrennkontaktsystems 8 des jeweiligen Schaltgerätes 1 auf.
Es können im Schaltschrank 1 weitere Kontaktierungsmittel vorhanden sein, welche nach Einschub eines Schaltgerätes 1 ein entsprechendes Gegenstück des Schaltgerätes 1 zum Verbinden des Kommunikationsmoduls mit einem übergeordneten Bussystem kontaktieren. Es können auch weitere, elektrisch selbstkontaktierende Verbindungssysteme vorhanden sein, um z. B. ei ne Hilfsspannung, wie z. B. von 24 V, schaltschrankseitig dem jeweiligen Schaltgerät 1 zur Verfügung zu stellen.

1: Schaltgerät, Schaltgerätetyp, Leistungsschaltgerät
2: Geräteträger, Gehäuse
3: Bedien- und Anzeigefront
4: Schaltantrieb
5: Schaltkontaktsystem, Leistungsschalter
6: Schaltschloss
7: Schutzmodul, Stromüberwachungsmodul
8: Hauptstromtrennkontaktsystem
9: Kontaktbetätigungseinrichtung
10: Polgehäuse
11: Verfahrantriebseinheit
12: Lagerbock
13: Spindel
15: Einschubrichtung
16: Trennstrecke
17: Verfahrrichtungen
20: Einschubkassette
21: Grundplatte
22: Verfahrplatte
31: Frontplatte
32: Betriebsartumschalter
33: Hauptschalter
34: Zugangsöffnung für Verfahrantriebseinheit
35–37: Anzeigen, Leuchtmelder
38: Modulgehäuse
41: Stellglied
42: Kupplung
51: Stößel
52: elektrischer Anschluss
71: Auswerteeinheit
72: Verbindungsleitungen
81: Trennkontakte
82: Stromschienen

Claims

Baureihe aus modular aufgebauten Schaltgeräten (1) zur Verwendung in mehreren Spannungsebenen und zum Einschieben in eine Einschubkassette (20) eines Schaltschranks, dadurch gekennzeichnet, – dass jeder Typ des Schaltgerätes (1) die nachfolgend genannten, weitgehend baugleich ausgeführten Grundkomponenten aufweist: einen Geräteträger (2), eine Bedien- und Anzeigefront (3), einen Schaltantrieb (4) mit einem Schaltschloss (6) zum Ein- und Ausschalten eines Schaltkontaktsystems (5) aus einem oder mehreren Polen, ein Schutzmodul (7) zur Erfassung eines Überstroms oder Kurzschlussstroms und zum Auslösen des Schaltschlosses (6) sowie ein in oder mit dem Geräteträger (2) verfahrbar angeordnetes Hauptstromtrennkontaktsystem (8), und – dass jeder Typ des Schaltgerätes (1) die nachfolgend genannten, abhängig von der verwendeten Spannungsebene ausgeführten Ergänzungskomponenten aufweist: mindestens das Schaltkontaktsystem (5), eine oder mehrere Kontaktbetätigungseinrichtungen (9), ein oder mehrere Polgehäuse (10) für das zumindest eine Schaltkontaktsystem (5) sowie eine Verfahrantriebseinheit (11) für das Hauptstromtrennkontaktsystem (8).
Baureihe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaltgerätetyp (1) ein weitgehend baugleiches, insbesondere identisch ausgeführtes Hilfskontaktsystem als Grundkomponente aufweist.
Baureihe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaltgerätetyp (1) zumindest ein weitgehend baugleiches, insbesondere identisch ausgeführtes Kommunikationsmodul zur Statusabfrage und gegebenenfalls zur Fernsteuerung des Schaltgerätes (1) aufweist.
Baureihe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedien- und Anzeigefront (3) einen Betriebsartumschalter (31) für eine Bedienung des Schaltgerätes (1) vor Ort oder ferngesteuert über das Kommunikationsmodul aufweist.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass das Schaltkontaktsystem (5) ein Luftschaltkontaktsystem mit einem Lichtbogenlöschsystem zum Schalten einer Niederspannung bis 1 kV ist und – dass die Kontaktbetätigungseinrichtung (9) zum Einstellen eines Kontaktbetätigungsweges des Luftschaltkontaktsystems (5), das Polgehäuse (10) zur Beabstandung der Schaltpole des Luftschaltkontaktsystems (5) und die Verfahrantriebseinheit (11) zum Einstellen einer Trennstrecke (16) für das Hauptstromtrennkontaktsystem (8) des jeweiligen Schaltgerätes (1) für eine Isolationsspannung von zumindest 1 kV ausgelegt sind.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass das Schaltkontaktsystem (5) eine Niederspannungs-Vakuumschaltröhre zum Schalten einer Niederspannung bis 1 kV ist und – dass die Kontaktbetätigungseinrichtung (9) zum Einstellen eines Kontaktbetätigungsweges der Niederspannungs-Vakuumschaltröhre (5), das Polgehäuse (10) zur Beabstandung der Schaltpole der Niederspannungs-Vakuumschaltröhre (5) und die Verfahrantriebseinheit (11) zum Einstellen einer Trennstrecke (16) für das Hauptstromtrennkontaktsystem (8) des jeweiligen Schaltgerätes (1) für eine Isolationsspannung von zumindest 1 kV ausgelegt sind.
Baureihe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, – dass das Schaltkontaktsystem (5) eine Mittelspannungs-Vakuumschaltröhre zum Schalten einer insbesondere gestuft vorgegebenen Mittelspannung im Bereich von über 1 kV bis 72 kV ist und – dass die Kontaktbetätigungseinrichtung (9) zum Einstellen eines Kontaktbetätigungsweges der Mittelspannungs-Vakuumschaltröhre (5), das Polgehäuse (10) zur Beabstandung der Schaltpole der Mittelspannungs-Vakuumschaltröhre (5) und die Verfahrantriebseinheit (11) zum Einstellen einer Trennstrecke (16) für das Hauptstromtrennkontaktsystem (8) des jeweiligen Schaltgerätes (1) für eine Isolationsspannung von zumindest der vorgegebenen Mittelspannung im Bereich von über 1 kV bis 72 kV ausgelegt sind.
Baureihe nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schaltgerätetyp (1) derart auf die wählbaren Schaltkontaktsysteme (5) ausgelegt ist, dass das jeweilige Schaltkontaktsystem (5) mit dem entsprechenden Polgehäuse (10), mit der entsprechenden Kontaktbetätigungseinrichtung (9) und der Verfahrantriebseinheit (11) modular in den Geräteträger (12) einsetzbar und dort anschließbar ist.
Baureihe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Schaltkontaktsystem (5) mit dem entsprechenden Polgehäuse (10), mit der entsprechenden Kontaktbetätigungseinrichtung (9) eine Baueinheit bilden.
Baureihe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Schaltkontaktsystem (5) mit dem entsprechenden Polgehäuse (10), mit der entsprechenden Kontaktbetätigungseinrichtung (9) und der Verfahrantriebseinheit (11) eine Baueinheit bilden.
Baureihe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wählbaren Schaltkontaktsysteme (5) zum Abschalten von maximalen Strömen im Bereich von 16 kA bis 200 kA ausgebildet sind.
Baureihe nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wählbaren Schaltkontaktsysteme (5) Leistungsschalter zum Abschalten eines Überstroms oder Kurzschlussstromes sind und dass das jeweilige Schaltgerät (1) ein Leistungsschaltgerät ist.
Baureihe nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wählbaren Schaltkontaktsysteme (5) zum Abschalten von Wechselströmen ausgebildet sind.
Baureihe nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die wählbaren Schaltkontaktsysteme (5) zum Abschalten von Gleichströmen ausgebildet sind.
Schaltschrank mit zumindest einer Einschubkassette zur Aufnahme eines Schaltgerätes (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche und mit schaltschrankseitigen Stromschienen (82) zur möglichen Kontaktierung eines Hauptstromtrennkontaktsystems (8) des jeweiligen Schaltgerätes (1).
Schaltschrank nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltschrank Kontaktierungsmittel vorhanden sind, welche nach Einschub eines Schaltgerätes (1) in die Einschubkassette (20) ein entsprechendes Gegenstück des Schaltgerätes (1) zum Verbinden des Kommunikationsmoduls mit einem übergeordneten Bussystem kontaktieren.