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Hocbspannungsscbaltanlage.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltanlage zu schaffen, deren Abmessungen auf ein Mindestmass herabgesetzt sind und die daher mit kleinstem Aufwand an Baustoff hergestellt werden kann.
Es sind sogenannte gussgekapselte Schaltanlagen bekannt, die einen verhältnismässig geringen Platzbedarf haben. Diese gekapselten Anlagen verwenden zur Isolation vornehmlich Öl und Isoliermasse. Diese Isolation besitzt mehrere schwerwiegende Nachteile, vor allem werden die Anlagen dadurch brand-und explosionsgefährlich, die betriebswichtigen Schalterteile sind schlecht zugänglich und wesentliche Teile sind nicht von aussen sichtbar. Ferner treten sowohl an Isolieröl als auch an Vergussmasse im Laufe der Betriebszeit A1terungserscheinungen auf, besonders an hoch beanspruchten Stellen und es besteht keine absolute Gewähr für die einheitliche Beschaffenheit des in der Regel nicht sichtbaren Isolierstoffes.
Es ist auch schon verschiedentlich vorgeschlagen worden, Schaltanlagen mit Pressgas zu isolieren, um die Abmessungen möglichst zu verkleinern. Auch die Anwendung von Pressgas hat sich indessen nicht bewährt und birgt in sich verschiedene Gefahren, wie Diehtungsschwierigkeiten und Explosionsgefahr.
Die Erfindung besteht in einer solchen Formgebung und Verschachtelung der einzelnen Geräte der Schaltanlage, dass bis auf die freien Luftabstände der Trennschaltstücke sämtliche für die Gesamtabmessungen der Schaltanlage massgebenden kürzesten Abstände zwischen Leitern verschiedenen Potentials durch Zwischenschaltung von festem Isolierstoff wesentlich unter das Mass der genormten Schlagweite (VDE 0670) herabgesetzt sind. Durch diese zielbewuss1e, planmässige Verringerung der Abstände an allen massgebenden Stellen erhält man Schaltanlagen von sehr kleinen Abmessungen und vermeidet dabei, da als Isolierstoffe nur Luft und feste Körper verwendet werden, die Nachteile der bisher bekannten Ausführungen gedrängter Bauart.
Die Schaltanlage nach der Erfindung lässt
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überwacht werden. Die Schaltanlage hat bei höchster Leistungsfähigkeit geringsten Baustoffaufwand.
Besonders günstige Verhältnisse erhält man, wenn als Leistungsschalter sogenannte ölfreie Schalter verwendet werden (Druckgasschalter, Expansionsschalter u. dgl. ). Aber auch bei Verwendung von sogenannten olarmen Schaltern ergeben sich praktisch alle Vorteile der Erfindung, da die geringe Ölmenge in diesen Schaltern nicht zu Isolationszwecken, sondern lediglieh zur Lichtbogenlösehung verwendet wird. Wesentlich ist der geringe Raumbedarf, die gute Anpassungsfähigkeit und einfache Leitungsführung dieser Schalter.
Die Schaltanlage nach der Erfindung ist sehr wirtschaftlich : sie lässt sich bei wetterfester Kapselung unmittelbar oder unter Zuhilfenahme eines ganz leichten Gebäudes im Freien aufstellen.
Da ihre Aussenabmessungen so verringert sind, sind die Kosten meist erheblich geringer als die Kosten eines normalen Schaltanlagengebäudes.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Schaltanlage im Werk vollkommen betriebsfertig hergestellt werden kann und mithin die umständlichen und zeitraubenden Pass-und
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daher keine den Betrieb gefährdenden Alterungserscheinungen, wie z. B. bei Isolieröl, auftreten. Man kann die für die Gesamtabmessungen der Schaltanlage massgebenden Abstände so weit herabsetzen, dass wesentlich (z. B. mehr als 30%) unter der Prüfspannung (2,2 U + 20 kV) bereits Glimmen (unvollkommene Durchbruch) der Luft eintritt. Die kurzzeitige Glimmerscheinung beim Auftreten
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durch das Glimmen hervorgerufene Vergrösserung der Krümmungsradien kann sogar in an sich bekannter Weise die gefährdeten Stellen wirksam gegen einen vollständigen Durchbruch schÜtzen.
Eine sehr günstige Anordnung mit grosser Betriebssicherheit und kleinem Raumbedarf erhält
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Sehlagweite vermindert.
Nach der weiteren Erfindung kann die Raumausnutzung verbessert werden, indem die weiter ausladenden Teile der Geräte verschiedener Polarität gegeneinander versetzt angeordnet werden. Besonders zweckmässig ist es, die Ausladung einzelner Geräte in raumschaffender Weise zur Unterbringung anderer Geräte auszunutzen, was durch entsprechende Formgebung der weiter ausladenden Teile einzelner Geräte, insbesondere durch einseitig unsymmetrische Ausbildung erzielt werden kann.
Man kann ferner zur besseren Raumausnutzung. z. B. in den Zwischenräumen zwischen den Vorspringen, die erforderlichen Strom-und Spannungswandler mit Isoliergehäusen versehen einbauen. Die Stützisolatoren kann man mit verringerter Bauhöhe ausführen, beispielsweise durch Verwendung von Innenarmaturen oder durch Verwendung von Weitschirmisolatoren. Als Leistungsschalter verwendet man zweckmässig solche mit unmittelbar auf den Schalterkopf aufgebauten gemeinsam angetriebenen Trennmessern. Die Schaltgeräte sollen gut abgerundete Formen erhalten. In den Schaltgehäuse werden zweckmässig Fenster angebracht, durch welche die Trennschalter bzw. Trennstellen sichtbar sind, um besondere Anzeigevorrichtungen zu ersparen.
Zur Erzielung grösserer Zugänglichkeit können die Trennwände entfernbar sein. Ausserdem kann man durch eine solche Anordnung die Isolation erforderlichenfalls mühelos von Zeit zu Zeit erneuern, indem man die Trennwände auswechselt. Als Isolierstoff für die Trennwände kommt solches von hoher Durchschlagsfestigkeit, z. B. Hartpapier, Hartleinen, keramisches Isoliermaterial in Betracht.
Ferner empfiehlt sich die Verwendung solcher Isolierstoffe, welche keine Neigung zur Kriechpfadbildung zeigen (Fiber, Anilinharz, Hartgummi u. dgl.).
Es ist vorteilhaft, die mehrpoligen Schalteinheiten (Leistungssehalter) mit ihren einzelnen Polen derart quer zur Längserstreckung der Sammelschienen aufzustellen, dass über den gleichnamigen Polen der einzelnen Schaltgeräte die Sammelschienen der entsprechenden Polarität verlaufen. Diese Bauart ist besonders raumsparend. In noch höherem Masse ist dies der Fall bei Doppelsammelschienen- systemen, wobei über den gleichnamigen Polen der einzelnen Schaltgeräte die Doppelschiene der entsprechenden Polarität verlegt ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, u. zw. stellt die Fig. 1
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Fig. 2 im Grundriss dar ; der Grundriss ist nach der Schnittebene x-x gezeichnet. 1, 2,. 3 sind die drei Pole eines ölfreien Leistungsschalters, der hier als Expansionsschalter ausgebildet ist. Die Raumausnutzung ist dadurch verbessert, dass der Mittelpol 2 mit seinem weiter ausladenden rechten Teil gegenüber den Aussenpolen 1 und 3 versetzt angeordnet ist. Mit 4 ist das feststehende Schaltstück des Expansionsschalters bezeichnet, mit 5 die elastische Expansionskammer ; 6 ist der bewegliche Schaltstift, y das Antriebsgestänge. Der Leistungsschalter besitzt unmittelbar angebaute Trennschalter.
An dem unteren Teil des Gehäuses ist das Trennschaltstück 8 angebaut. Der obere Teil
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kabel, 21-21 a" 22-.'22 a, 2. 3-2. 3 a sind die Doppelsammelschienen der drei Phasen. Die von Kupferrohren gebildeten Sammelschienen sind von Isolierrohren 24 umhüllt (vgl. Fig. 1). Die Sammelschienen tragen unmittelbar die festen Gegenschaltstiicke 25, 26,27 bzw. 25 a, 26 a, 27 a für die Trenn-
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Trennschalter auf das richtige Sammelschienensystem eingeschaltet sind. Die Stellung der Trennschalter kann durch in das Gehäuse eingesetzte Fenster von aussen sichtbar gemacht werden.
An allen für die Gesamtabmessungen der Schaltanlage massgebenden Stellen, nämlich in der Breitenrichtung an den Stellen A, B, C und H, J und in der Tiefenrichtung an den Stellen D, E, F, G ist der direkte Abstand zwischen Leitern ungleichen Potentials wesentlich geringer gehalten als die (bisher) genormte Schlagweite (s. VDE-Vorschriften). Die an diesen Stellen vorhandenen Isolierwände 28 bzw. der Isolierbelag 29 des geerdeten Gehäuses. 30 und der Isolierbelag 31 des Stromwandlers 11 verhindern beim Auftreten von Überspannungen einen vollständigen Durchbruch der Isolation. Die Trennwände 28 sind als Isolierzylinder ausgeführt, welche die einzelnen Sehalterpole 1, 2, 3 um-
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hüllen.
Nur die freien Trennstrecken K und L weisen die vorgeschriebenen Schlagweiten auf, so dass die Schaltanlage spannungssicher abgetrennt werden kann. Die Höhenbemessung der Schaltanlage ist dadurch besonders gering, dass die leitenden Gehäuse 1, 2,3 des Leistungsschalters unmittelbar die festen Trennschaltstücke 8 bzw. 10 tragen.
Wie erwähnt, beginnt die Luft bei sehr geringen Abständen unter Einwirkung hoher Spannungen zu glimmen.
Nach der weiteren Erfindung kann dies dadurch vermieden werden, dass die Isolierwände zwischen den einzelnen spannungführenden Teilen mit leitenden oder halbleitenden Belägen versehen werden, die unter Vermeidung jeglichen Lufteinschlusses auf diese aufgebracht werden. Dieser Erfindungsgedanke kann sowohl für sich allein als auch im Zusammenhang mit den vorerwähnten Erfindungsgedanken dazu herangezogen werden, die Abmessungen von Schaltern, Schaltanlagen und den Abstand zwischen Leitern verschiedener Pole in Schaltanlagen sehr klein zu machen. Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, neben den Belägen im Innern der Isolierwände selbst noch leitende oder halbleitende Einlagen zu verwenden. Die Beläge können mit den benachbarten spannungführenden Teilen elektrisch verbunden werden.
Es ist aber auch möglich, diese Beläge mit Hilfe von Spannungsteilern, Transformatoren oder andern Spannungsquellen an ein bestimmtes Potential in bezug auf die benachbarten spannungsführenden Teile zu bringen, um auf diese Weise eine möglichst günstige Beanspruchung des Isolierstoffes zu erreichen. Ebenso kann auch die Potentialverteilung auf die Einlagen in dem Isoliermaterial durch Anschluss an derartige Spannungsquellen künstlich auf günstige Werte gebracht werden.
Hiebei kann durch entsprechende Wahl der Spannung oder auch, gegebenenfalls kombiniert hiemit, durch entsprechende Wahl der Flächengrösse der einzelnen Beläge erreicht werden, dass auch bei sehr hoher Spannung und auch bei sehr geringen Abständen auf der Oberfläche des Isoliermaterials und in den benachbarten Luftschichten keine gefährliche Feldkonzentration eintritt. An den Enden (Rändern) der halbleitenden Beläge bzw. Einlagen kann eine Verstärkung des dazwischenliegenden Isoliermaterials angewendet werden. Es kann auch an die Beläge anschliessend ein Streifen aus Material mit erheblich geringerer Leitfähigkeit angeordnet werden, um auf diese Weise Glimmerscheinungen an den besonders gefährdeten Enden zu vermeiden.
Auch ist es möglich, an den Enden die Beläge
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ihrerseits in Isoliermaterial eingebettet sein können, um auf diese Weise die Glimmerscheinl1ngen zu unterdrücken.
Hiedurch ist selbst bei Anwendung sehr kleiner Luftabstände das Auftreten von Gleitüber- schlägen bei der Betriebsspannung und bei Überspannung vermieden. Durch eine zielbewusste, planmässige Anwendung solcher Beläge an allen gefährdeten Stellen, d. h. an allen Stellen, wo der Luftabstand besonders gering wird, ist eine bisher unerreicht gedrängte Bauart erzielbar. Es ist daher durch die Erfindung möglich, sehr vorteilhafte geschlossene Schaltanlagen zu bauen, deren Raum-
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Im allgemeinen wird man solche Luftabstände vorsehen, dass erst bei Überspannungen ein teilweiser Durchbruch der Luft und damit ein Glimmen der Luft eintritt.
Man kann jedoch auch an Stellen wesentlich geringeren Luftabstandes den Belag der Trennwand mit dem benachbarten Gerät durch einen Ausgleichsleiter verbinden, um an diesen Stellen Glimmen der Luft unter der normalen Betriebsspannung mit Sicherheit zu verhindern.
In der Zeichnung ist in den Fig. 3 und 4 als ein Ausführungsbeispiel hiefür ein Ausschnitt aus einer Schaltanlage mit Expansionsschaltern dargestellt.
Die Schaltkammern A, welche auf Stützisolatoren B stehen, besitzen die besonders weit ausladenden Kopfteile C, in welchen die Auspufföffnungen für die bei der Abschaltung entstehenden Schaltgase und-dämpfe sitzen. An diesen weit ausladenden Teilen C ist die Isolation besonders gefährdet. Beispielsweise werden sich die Linien der elektrischen Feldstärke zwischen C und der leitenden geerdeten Gehäusewand D besonders stark zusammendrängen. Die als Zylinder ausgebildete Isoliertrennwand jE, für welche die geerdete Gehäusewand D einen äusseren leitenden Belag bildet, ist an ihrer Innenseite mit dem Belag F ausgerüstet, der durch den Ausgleichsleiter Cr mit dem spannung- führenden Schalte. rkopf C* verbunden ist. Durch diesen Belag F ist nun die gefährdete Stelle an dem ausladenden Teil C entlastet.
Beim Auftreten einer Überspannung können in dem Luftraum zwischen C und F keine Glimmerscheinungen auftreten, da der Belag F das Potential von C hat. Hund J sind leitende Einlagen in der Trennwand E, durch welche die Spannungsbeanspruchung gleichmässig auf das Dielektrikum der Trennwand verteilt wird und durch die Gleitiiberschläge verhindert werden.
Diese leitenden Einlagen sind grundsätzlich von der Kondensatordurehführung her bekannt. Zur besonderen Verstärkung der Sicherheit gegen Gleitübersehlag können am oberen Ende der Trennwand noch die gestrichelt angede, uteten Vorsprünge K als Ionenbarrieren angebraeht sein.
Bei der Verwendung von Anordnungen, die völlig frei von Isolatoren getragen werden, also Schalteinrichtungen und Schaltelementen der sogenannten Stützerbauart, kann nach der weiteren Erfindung eine wesentliche Verbesserung dadurch erreicht werden, dass zwischen den einzelnen Leitern Hüllen aus hochwertigem Isolierstoff angewendet werden, die die einem Pol bzw. einer Phase des Schaltgerätes entsprechende Einheit umgeben. Die Isolierwände (Hüllen) können zweckmässigerweise
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welche die einzelnen Pole der Hochspannungsgeräte allseitig umhüllen. Durch Anbringen von lonenbarrieren ist es möglich, die Isoliertrennwände verhältnismässig kurz zu halten.
Diese Hüllen können durchwegs bei allen Schalterpolen angewendet sein, es empfiehlt sich, sie wenigstens an den für die Gesamtabmessung der Schaltanlage massgebenden Stellen vorzusehen.
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festigkeit des verwendeten Isolierstoffes können die Abstände auf ein Mindestmass verkleinert werden, welches weit unter der heute üblichen Schlagweite liegt. In der Richtung längs der Oberfläche der Hüllen kann man die Abmessungen der Isolierwände dadurch verkürzen, dass man an geeigneten Stellen Vorsprünge anbringt, die als lonenbarrieren wirken.
Fig. 5 zeigt den Aufriss, Fig. 6 den Grundriss einer dreipoligen Schalteinheit, bestehend aus Expansionsschaltern mit unmittelbar aufgebauten Trennsehaltern. 1 sind die Expansionskammern, die auf Stützisolatoren 2 aufgestellt sind. Die Schalterkopfe 3 tragen die Trennschalter 4. 5 sind die Gegensehaltstiicke der Trennschalter.
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dass er auch noch den aufgebauten Trennschalter umhüllt. Diese Isolierzylinder übernehmen haupt- sächlich die Isolation der spannungsführenden S halterteile gegen das geerdete Gehäuse bzw. Schaltgerüst 7. Sie bestehen aus einem hochwertigen Isolierstoff, z. B. Hartpapier.
Infolgedessen können die kleinsten Abstände,, M"weit unter die Schlagweiten verringert werden, die in Schaltanlagen normaler Bauart eingehalten werden müssen. Die Zylinder können auch mit kreisrundem Querschnitt ausgeführt werden.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere können die einzelnen Verbesserungsvorschläge sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander angewendet werden, je nachdem, wie dies den Anforderungen des einzelnen Falles am besten gerecht wird.'
PATENT-ANSPRÜCHE :
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Hochspannungsschaltanlage mit Leistungsschaltern der ölfreien oder ölarmen Gattung, bei der, wie bei Gèräten mit Ölisolation bereits bekannt, durch Anordnung von Wänden aus festem Isolierstoff zwischen Leitern verschiedenen Potentials die durch die Schlagweiten bedingten Abmessungen herabgesetzt sind, gekennzeichnet durch eine solche Formgebung und Verschac1ttelung der einzelnen Geräte der Schaltanlage, dass bis auf die freien Luftabstände der Trennschaltstücke sämtliche für die Gesamtabmessung der Schaltanlage massgebenden kürzesten Abstände zwischen Leitern verschiedenen Potentials durch die Zwischenschaltung der festen,
vorzugsweise entfernbaren Isoliertrennwände wesentlich unter das auf Grund der Sclagweiten normierte Mass herabgesetzt sind.