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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein kompaktgebautes dreipoliges Schaltgerät für elektrische
Stationen, insbesondere solche mit Mittelspannung.
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Gegenwärtig umfassen die Isolator-
und Leistungsschaltvorrichtungen in elektrischen Mittelspannungsstationen
einen Leistungsschalter, der das Trennen der direkten Leitung zur
Versorgung der Verbraucher ermöglicht,
einen in Reihe mit der Stromzuleitung geschalteten Leitungsisolierschalter, der
die körperliche
Unterbrechung der Leitung (z. B. mittels einer mechanischen Steuerung
von außen) ermöglicht,
nachdem der Leistungsschalter den Kreis geöffnet hat, um so eine körperliche
Trennung der Stromsammelschienen von den diesen nachgeschalteten
Geräten
zu gewährleisten,
und einen Erfidungsschalter, der von außen betätigt werden kann und in der
Lage ist, die zu den Verbrauchern führende Leitung zu schalten,
um weitere Gefahren z. B. in Folge von Entladungen oder induzierten
Strömen
zu vermeiden. Ein kompakt gebautes dreipoliges Schaltgerät, das die
oben erwähnten
Merkmale aufweist und die Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs
1 bildet, ist z. B. bekannt aus
DE
44 45172-A .
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Jedoch arbeiten bei herkömmlichen
dreipoligen Schaltgeräten
die beweglichen Teile, die die Spannung führende Leitung trennen und
die somit Anlaß zur
Bildung eines Lichtbogens bei Betätigung bieten, hauptsächlich mit
Isolierung in Luft und unterliegen demgemäß mehr oder weniger stark einer
Oxidation und eines Abbaus entsprechend den Umweltbedingungen und
können
Anlaß für Lichtbogen
geben. Der Lichtbogen, der immer dann gebildet wird, wenn diese
Geräte
betätigt
werden, verursacht auch einen Verschleiß der Kontakte und einen Abbau
der Isolatoren aufgrund von Ionisierungserscheinungen.
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Dieses alles führt zu der Notwendigkeit, eine periodische Überholung
des gesamten Systems vorzunehmen, mit den entsprechenden Wartungskosten und
der Notwendigkeit, den Schaltkasten für die gegebenen Zeiträume außer Benutzung
zu nehmen.
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Außerdem hat das Gehäuse bzw.
der Schaltkasten, der die bekannten Isolatorund Leistungsschaltvorrichtungen
umgibt, Gesamtabmessungen, die ihre Reduzierung wünschenswert
machen. Tatsache ist, daß bei
den herkömmlichen
Geräten
nur der Leistungsschalter unter Vakuumbedingungen bzw. in einer
Schutzgasatmosphäre
(z. B. SF6) arbeitetet und somit der Schaltkasten üblicherweise
drei Vorrichtungen umfaßt
(zwei Isolierschalter und einen Leistungsschalter), mit den unvermeidlichen
Konsequenzen, die sich durch erhebliche Umständlichkeiten hinsichtlich der
Abmessungen des Verhältnisses und
durch die Notwendigkeit einer hohen Gaszufuhr zum Schutz all dieser
Geräte
zeigen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
die oben erwähnten
Probleme zu überwinden
und insbesondere ein dreipoliges Schaltferät für elektrische Stationen zu
schaffen, das einen außerordentlich
kompakten Aufbau und eine solche Ausbildung hat, daß, bei entschieden
verringerten Gesamtabmessungen im Vergleich zum Stand der Technik,
alles das eingeschlossen ist, was normalerweise in einem elektrischen
Schaltkasten mit Sammelschienenabschnittunterbrecher, Leistungsschalter
und Erfidungsschalter enthalten ist.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Schaffung eines dreipoligen Schaltgeräts für elektrische
Stationen, das einen kompakten Aufbau hat und für die in seinem Inneren vorhandenen
Vorrichtungen eine längere
elektrische Nutzdauer im Vergleich zu derjenigen bietet, die bei herkömmlichen
Geräten
erreicht wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht in der Schaffung eines kompakten dreipoligen Schaltgerätes für elektrische
Stationen, das besonders zuverlässig,
leistungsstark und sicher ist und einen begrenzten Verschleiß der Teile über die Zeit
im Vergleich zum Stand der Technik gewährleistet.
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Nicht die geringste wichtige Aufgabe
der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein dreipoliges Schaltgerät für elektrische
Stationen zu schaffen, das mäßige Kosten
aufgrund der erreichten Vorteile bietet und ohne die Notwendigkeit
der Verwendung komplexer oder besonders kostspieliger Technologien
auskommt.
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Die obigen Aufgaben weder durch ein
kompakt gebautes dreipoliges Schaltgerät für elektrische Stationen, insbesondere
Mittelspannungsstationen, gelöst, wie
es im Anspruch 1 angegeben ist, auf den der Leser aus Gründen der
Kürze verwiesen
wird.
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In vorteilhafter Weise umschließt diese
Art eines kompakten Schaltgerätes
mit Edelstahlgehäuse
praktisch alles, was in einem elektrischen Schaltfeld bzw. Schaltkasten
mit einem Isolierschalter, Leistungsschalter und Erdungsschalter
enthalten ist. Die Isoliervorrichtung, die als Leitung/Erdeumschalter
arbeitet, ist in einer Umgebung untergebracht, die durch Gas, insbesondere
Schwefelhexafluorid (SF6) geschützt ist,
auch mit der dielektrischen Funktion für die im Inneren des Gehäuses selbst
angebrachten Leiter.
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Ein Vakuumleistungsschalter, der
der Isoliervorrichtung nachgeschaltet ist, ermöglicht seine Verwendung sowohl
als Leistungsschalter der Leitung zum Schutz der Leitung als auch
als Erdungschalter mit Schließvermögen.
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Die Lösung, den Vakuumleistungsschalter zum
Schutz der Leitung und zur Kabelerdung zu verwenden, bedeutet, daß ein sehr
niedrieger Druck des SF6-Gases in dem Behältnis verwendet werden kann (etwa
0,1 bar). Das Gas hat die alleinige Funktion, die die elektrische
Abschirmung und Stabilität
der inneren Bauteile zu gewährleisten.
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Des weiteren werden durch die extrem
geringe Menge des im Schaltgerät
verwendeten SF6-Gases, das niemals in Berührung mit
dem Lichtbogen kommt, dessen Eigenschaften über die Zeit intakt gehalten,
womit eine längere
elektri sche Nutzdauer im Vergleich zu einem SF6-Gas-Leistungsschalter
oder einem Leistungsschalter eines Luft/Vakuum-Typs gewährleistet
ist.
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Es ist ein Gerät erreicht worden, das entschieden
verringerte Gesamtabmessungen im Vergleich zu gleichartigen bekannten
Geräten
aufweist, und ein Gerät,
bei dem alle diejenigen Teile, die an der Unterbrechung des elektrischen
Stroms beteiligt sind, und die, im Augenblick der Betätigung,
einen Lichtbogen erzeugen, in einer Vakuumhülle derart eingeschlossen sind,
daß das
Schutzgas keinen Abbau durch Kontakt mit dem Lichtbogen erfährt mit daraus
folgender größerer Haltbarkeit
des Gerätes Außerdem sind
die beweglichen Teile, die betätigt werden
können,
wenn die Stromzufuhr unterbrochen wird, in einer Gasatmosphäre geschützt, und
dieses ermöglicht
die Ausschaltung dex Phänomens
des Abbaus der Leiter und Isolatoren.
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Schließlich macht es die gewählte Gestaltung
möglich,
eine Isoliervorrichtung auszuschließen, da genau die Funktion
des Erdungsschalters in den Trenn/Umstellschalter für den Sammelschienenabschnitt
implementiert ist. Auf diese Weise wird eine drastische Verringerung
der Gesamtabmessungen des ganzen Gerätes erreicht.
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Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich eindeutig aus der nachfolgenden Beschreibung und aus
den beigefügten Zeichnungen, die
allein der Anführung
von erklärenden
und nicht beschränkend
wirkenden Beispielen dienen; es zeigen:
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1:
eine schematische Vorderansicht eines kompakt gebauten dreipoligen
Schaltgerätes
für elektrische
Stationen nach der vorliegenden Erfindung,
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2:
eine perspektivische Ansicht einer in dem dreipoligen Schaltgerät gemäß 1 installierten Isoliervorrichtung,
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3:
einen schematischen Längsschnitt der
Isoliervorrichtung nach 2 in
der Öffnungsposition
des Schaltkreises,
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4:
einen schematischen Längsschnitt der
Isoliervorrichtung nach 2 in
der Schließstellung
des Schaltkreises,
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5:
eine teilweise geschnittene schematische Teilansicht der Isoliervorrichtung
nach 2 gemäß einer
Querschnittsebene senkrecht zu der in den 3 und 4 veranschaulichten
Querschnittsebene,
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6:
eine Vorderansicht eines Dauermagnet-Bedienungselements, das in
einen Vakuumleistungsschalter einbezogen ist, der in dem dreipoligen Schaltgerät nach 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
installiert ist, und
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7:
einen schematischen Längsschnitt des
Bedienungselements nach 6.
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Unter spezieller Bezugnahme auf die
obigen Figuren bezeichnet die Zahl 20 ein metallenes Schutzgehäuse des
dreipoligen Schaltgerätes
nach der vorliegenden Erfindung, das bei Verteilungssystemen mit
Mittelspannung (MV) für
elektrische Stationen, insbesondere eines Primärtyps, verwendbar ist.
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Unter "Mittelspannung" wird im allgemeinen eine Spannung verstanden,
die von einer Ferntransformation einer Hochspannungsleitung abgeleitet wird,
wobei die Mittelspannung in der Größenordnung von 10–20 kV und
in jedem Fall im Bereich von 1 kV bis 52 kV liegt.
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Unter spezieller Bezugnahme auf 1 hat das Gehäuse 20 eine
im wesentlichen parallelepipedische Form mit senkrechter Ausrichtung
und umfaßt üblicherweise
drei quer angeordnete Bereiche und insbesondere zumindest einen
ersten , unteren Bereich 21, in dem die Leistungsschalter-
und Isolatorvorrichtungen des Schaltgerätes nach der Erfindung untergebracht
sind, einen zweiten, zwischengeordneten Bereich 22, wo
die Stromsammelschienen angeordnet sind, mit denen die Ausgänge zu den
Verbrauchern zu verbinden sind, und einen oberen Bereich 23,
der im Inneren eine Anzahl von Gefachen und aus Anschlußleitungen
aufweist.
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Der untere Bereich 21 umfaßt an der
Vorderseite zumindest eine Tür 24,
angelenkt an der Seite, die eine die elektrische Leitung identifizierende
erste Platte 25, eine das elektrische Schaltdiagramm des Schaltgerätes wiedergebende
Platte 26 und gegebenenfalls ein Fenster aufweist, das
vom Benutzer dazu benutzt werden kann, direkt die Position der Sammelschienen-Trennschalter
und den Erdungsschalter in Augenschein zu nehmen.
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Die dreipolige Isolierungsvorrichtung 1,
die in das Gehäuse
20 eingesetzt ist, umfaßt
ihrerseits eine Sammelschienenabschnitttrenn- und Erdungsschaltervorrichtung 2,
die in jeden Isolator 11 eingesetzt ist, und einen mit
3 bezeichneten Vakuumleistungsschalter, der innerhalb eines hermetisch
abgeschlossenen Behältnisses 33 eingeschlossen
ist, das vorzugsweise aus Edelstahl besteht und mit geeigneten Kontakten 4 versehen
ist, die an der Unterseite für eine
Verbindung mit den Außenleitungen
angeordnet sind. Die Sammelschienenabschnitttrenn- und Erdungsschaltervorrichtung 2 ist
bewegbar zwischen einer Position, in der sie den Leistungsschalter 3 mit einem
elektrischen Kontakt 5 verbindet, der an die Mittelspannungs-
oder Hochspannungsstromzuleitung 6 (4) angeschlossen ist, und einer Position, in
der der Leistungsschalter 3 mit einem Erdkontakt 7 verbunden
ist. Der Ausgang des Leistungsschalters 3 ist mit der zu
den Verbrauchern führenden
Leitung mittels der Kontakte 8 verbunden. Die Sammelschienenabschnitttrenn-
und Erdungsschaltvorrichtung 2 und der Vakuumleistungsschalter 3 können von
außerhalb
mittels Steuerungen betätigt
werden, die auf die Steuerwellen 9 und 10 des
Isolierschalters bzw. des Leistungsschalters wirken.
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Im einzelnen kann der Vakuumleistungsschalter 3 mit
mechanischen Steuervorrichtungen wie Hebeln und Federn oder Dauermagnetvorrichtungen
ausgestattet sein und kann insbesondere Steuerungen aufweisen, die
von Federn mit Energiereserven, mit oder ohne Motor und Öffnungs-
und Schließspule,
oder sonst mit Öffnungs-
und Schließspule
verwendete Dauermagnetsteuerungen (wie etwa die in den 6 und 7 dargestellten) versehen sein.
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Die Austauschbarkeit der Steuerungen
bedeutet, daß verschiedene
Anforderungen und Spezifikationen bezüglich Öffnungszeiten, Schließzeiten und
elektrischen Haltbarkeitszeiten erfüllt werden können.
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Das Dauermagnet-Bedienungselement,
das in 6 mit 12 bezeichnet
ist, ist zur Optimierung der Merkmale der Vakuumleistungsschalter 3 für Spannungen
bis zu 36 kV entwickelt worden; seine Betriebseigenschaften, Kraft
und Geschwindigkeit des Öffnens
und Schließens
kommen sehr nahe an diejenigen des Vakuumleistungsschalters 3 heran.
Das Magnetbedienungselement 12 kann in einem Kraftbereich
von 1000 N bis 13000 N arbeiten, um die Anforderungen des Leistungsschalters 3 zu
erfüllen.
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Außerdem erfordert das Magnetbedienungselement 12 eine
sehr begrenzte Energiezufuhr, wobei zur Ausführung der Vorgänge des Öffnens und Schließens ein
Stromimpuls mit einer maximalen Dauer von 100 ms ausreichend ist.
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Normalerweise sind zur Ausführung eines Öffnungsvorgangs 30 ms
ausreichend, während
für einen
Schließvorgang 50 ms
ausreichen.
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In bevorzugten, jedoch nicht beschränkend wirkenden
Ausführungsformen
der Erfindung umfaßt das
Magnetbedienungselement 12 eine feste Verstärkung 13 aus
massivem Stahl in einer Ausbildung zur Erhöhung der Schweißbarkeit,
einen Schirm 32 zum Abschirmen des Magneten von der Verstärkung 13,
zumindest einen Magneten 331 in einer Ausbildung zur Lieferung
der Schließ-
und Öffnungskraft, einen
aus Walzeisen bestehenden Abschnitt 44 in einer Ausbildung
zur Verringerung der Stromverluste und Verbesserung der Betriebszeiten,
einen Satz von Spulen 55, die die Steuerenergie in jeder
Richtung liefern, einen Steuerhebel 66 zur Verbindung mit
den Hebelmechanismen des Leistungsschalters 3, einen Hilfshebel 77 zur
Verbindung mit dem von Hand betätigten
Nocken und den Hilfskontakten und einen Satz von Blockierträgern 68 in
einer Ausbildung zum Führen
der Steuerung.
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Das Schaltgerät nach der vorliegenden Erfindung,
mit Dauermagnetsteuerung, ist entwickelt worden, um die Sicherheit
des Gefaches zu erhöhen, das
Ingangsetzen von Steuervorgängen
zu erleichtern und die Gesamtabmessungen und das Gewicht mit Blick
auf die Abmessungen und das Gewicht der Gefache zu verringern, die
unter Verwendung herkömmlicher
Technologien gebaut sind und eine Sammelschienenabschnitt-Trennvorrichtung,
einen Erdungsschalter und einen Leistungsschalter enthalten, die
körperlich
voneinander getrennt sind.
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Der Betrieb des kompakt gebauten
dreipoligen Schaltgerätes
für elektrische
Stationen nach der vorliegenden Erfindung ergibt sich im Prinzip
aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Bei am Leitungskontakt 5 geschlossenen Trennschalter 2 und
bei in Schließstellung
(4) befindlichem Leistungsschalter 3,
der mit dem Trennschalter 2 in Reihe geschaltet ist, ist
der aus der Stromzuleitung 6 kommende Strom mit der zum
Verbraucher führenden
Leitung 8 verbunden.
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Zur Durchführung einer elektrischen Unterbrechung
des Schaltgerätes
zwecks Ausführung
von Eingriffen, Reparaturen oder einer Wartung wird zunächst der
Leitungsschalter 3 zum Öffnen
des Schaltkreises betätigt,
indem z. B. auf eine Handsteuerung 10 eingewirkt wird.
Als nächstes,
erst nachdem der Leistungsschalter 3 den Schaltkreis geöffnet hat,
ist es möglich,
die Steuerung 9 zu betätigen,
um die Trennvorrichtung 2 am Leitungskontakt 5 zu öffnen und
sie nahe an den Erdkontakt 7 heranzubringen (3).
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An diesem Punkt wird der Leistungsschalter 3 wieder
betätigt,
um den Schaltkreis zu schließen, womit
die zum Verbraucher führende
Leitung 8 an Erde 7 angeschlossen wird, um in
der Lage zu sein, das Öffnen
des Kabelgefaches vorzunehmen und die Ausführung der erforderlichen Wartungsarbeiten
zu ermöglichen.
Zur Wiedereinsetzung der Stromzuleitung 6 wird der Leistungsschalter 3 zuerst
zum Öffnen
des Schaltkreises betätigt;
als nächstes
wird die Sammelschienenabschnitttrenn- und Erdungsschaltvorrichtung 2 auf
den Lei tungskontakt 5 umgeschaltet und dann wird der Leistungsschalter 3 zum
Schließen
des Schaltkreises betätigt.
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In der Praxis können die Positionen der Trennvorrichtung 2 und
des Leistungsschalters 3 folgendermaßen sein:
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- – Leistungsschalter 3 in
Schaltkreisschließposition mit
Sammelschienenabschnitt-Trennvorrichtung 2 in Schließposition
am Sammelschienenkontakt 5 (Schalttaffel in Gebrauch);
- – Leistungsschalter 3 in
Schaltkreisoffenposition mit Sammelschienenabschnitt-Trennvorrichtung 2 in Schließposition
am Erdungskontakt 7 (Zwischenposition);
- – Leistungsschalter 3 in
Schaltkreisschließposition mit
Sammelschienenabschnitt-Trennvorrichtung 2 in Schließposition
am Erdungskkontakt 7 (Schalttaffel nicht in Gebrauch und
Möglichkeit
des Zugangs zu den Innenvorrichtungen zur Wartung und zum Austausch
von Teilen).
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Schließlich sind zur Gewährleistung
der Sicherheit des Bedienungspersonals und zur Vermeidung möglicher
Schaltfehler zusätzliche
Sicherheitsvorrichtungen einer bekannten Ausführung vorgesehen, die so ausgebildet
sind, daß jede
Schaltung verhindert wird, sofern nicht die unmittelbar vorhergehende
Schal tung die verfahrensgemäß ins Auge
gefaßt
ist, ordnungsgemäß vollendet
worden ist.
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In der Praxis arbeitet die Steuerung
des Schaltgeräts
nach der vorliegenden Erfindung mit zwei gesonderten und mechanisch
verriegelten Wellen, einer für
den Leitung/Erdewähler
(dargestellt durch die Steuerungen 9 und 10) und
einer für
den Vakuumleistungsschalter 3. Die mechanische Verriegelung
auf den Steuerwellen ermöglich
eine Betätigung
nur in der korrekten Reihenfolge, anders als bei unter Verwendendung
herkömmlicher
Technologien gebauter Gefache, d. h. wo der Leistungsschalter von dem
Trennschalter getrennt ist und die Verriegelung zwischen beiden
mittels eines Keilblockiermechanismus erfolgt.
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Schließlich ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Schalttaffel zur Aufnahme des Schaltgeräts als ganzes
erreicht, das eine Gesamtbreite im Bereich von 375 mm bis 750 mm
und eine Tiefe von 900 mm darbietet, während gegenwärtig die
Gesamtabmessungen einer herkömmlichen
Schalttaffel mit Leistungsschalten 750 mm (Breite) x 1150 mm (Tiefe)
betragen. Des weiteren ist das Gewicht der Schalttaffel auf etwa
40 – 70
% einer herkömmlichen Schalttaffel
reduziert.
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Die Eigenschaften wie auch die Vorteile
des dreipoligen Schaltgerätes
für elektrische
Stationen, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet,
ergeben sich deutlich aus der weiteren Beschreibung.
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Insbesondere sind die Vorteile die
folgenden:
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- – Gesamtabmessungen,
die mäßig und
kleiner sind als diejenigen bekannten Schalttaffeln aufgrund dessen,
daß der
Erdungsschalter weggefallen ist (seine Funktion wird durch die Sammelschienenabschnitttrenn-
und Erdungsschaltervorrichtung, in den Figuren mit 2 bezeichnet,
ausgeführt),
während
die übrigen
Vorrichtungen in einen Isolator in einer Schutzgasatmosphäre einbezogen
sind und die beweglichen Teile zum Trennen der Verbraucher bzw.
Kurzschluß in
einer Vakuumhülle
eingeschlossen sind;
- – Verwendung
des Schutzgases nur für
elektrische Isolierfunktionen (das Gas wird im Zustand eines leichten Überdruckes,
z. B. 0,1 bar, in Bezug auf die Umgebung gehalten);
- – Unterbrechung
der Nennströme
bzw. der Kurzschlußströme mit einem
Vakuumleistungsschalter;
- – Fähigkeit
des Erdungskreisschließens,
ausgeführt durch
einen Vakuumleistungsschalter;
- – Ausschaltung
des Abbaus und der Verunreinigung des Gases insofern, als es niemals
mit dem Lichtbogen in Berührung
kommt;
- – Möglichkeit
der Betätigung
des Leistungsschalters sowohl über
eine Dauermagnetsteuerung als auch über eine herkömmliche
Steuerung, die von einer Feder mit Energiereserve betätigt wird.
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Schließlich versteht sich, daß zahlreiche
Abwandlungen an dem dreipoligen Schaltgerät für elektrische Stationen nach
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dadurch von den
der Erfindungsidee innen wohnenden Neuheitsprinzipien abzuweichen,
wie sich auch in gleicher Weise versteht, daß bei der praktischen Verwirklichung
der Erfindung die Materialien, Formen und Abmessungen der dargestellten
Teile beliebig gemäß den Anforderungen
ausgeführt
sein können,
wobei diese Teile auch gegen andere, die technisch gleichwertig
sind, ausgetauscht werden können,
ohne den Schutzbereich, wie er durch die Ansprüche definiert ist, zu verlassen.