<Desc/Clms Page number 1>
Hochspannungstrenner gedrängter Bauart
In elektrischen Hochspannungs-Schaltanlagen nehmen die Trenner einen verhältnismässig hohen Raum- anteil ein. Die Technik erstrebt deshalb Trenner gedrängter Bauart. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Hochspannungstrenner gedrängter Bauart, der aus zwei feststehenden Polen und dem um eine auf die Polachse senkrechte Symmetrieachse drehbaren Verbindungsleiter der Pole besteht. Seine Baulänge in Richtung des abzutrennenden Stromleiters kann sich bis auf etwa 50% der Baulänge bisher üblicher Trenner reduzieren.
Zum Unterbrechen des Lichtbogens beim Ein- und Ausschalten von Hochspannungsanlagen ist es bereits bekanntgeworden, ein vom beweglichen Schaltkontakt gesteuertes, plattenförmiges Isolierstück vorzusehen, das um eine feste Achse schwenkbar ist und sich mindestens bei geschlossenem Schalter gegen den beweglichen Schaltkontakt stützt, wobei der bewegliche Kontakt so geführt ist, dass er sich beim Ausschalten der Schwenkachse der Isolierplatte nähert. Auch ist es bekannt, die Kontakte des Schalters innerhalb eines mit pulverförmigem Isoliermaterial gefüllten Gehäuses anzuordnen, wobei bereits vor der Kontakttrennung durch Gasdruck das Isoliermaterial bewegt wird.
Auch sind Anlagen beschrieben worden, bei denen die Kontakte in einem mit einer Zwischenwand versehenen, luftdicht verschlossenen Behälter angeordnet sind, wobei sich bei der Trennung ein Isolierstück auf eine für den beweglichen Kontakt in der Zwischenwand vorgesehene Durchtrittsöffnung schiebt. Bei Trennstellen in Hochspannungsleitungen, die in gleich lange hintereinander liegende Isolierstrecken geteilt sind, ist es bekannt, die Kapazitäten der Isolierstrecken im Verhältnis zu den Kapazitäten der Metallteile gegen Erde sehr gross zu machen, so dass die Kapazitäten der Metallteile gegen Erde vernachlässigbar klein werden.
Das Lösungsprinzip der Erfindung geht von der bekannten Wirkung isolierender Schirme auf die Durchschlagspannung von Funkenstrecken aus : Wird ain Isolierschirm genügender Grösse quer zu einer starke Feldgradienten an den Polen aufweisenden Funkenstrecke gestellt, so erhöht sich die Durchschlagspannung der Funkenstrecke sowohl bei Wechselspannung wie bei positivem und negativem Stoss, je nach Form der Pole und Lage des Isolierschirmes auf etwa 150-220%. Mehrere parallele, quer zur Feldrichtung angeordnete Schirme bewirken in der Regel gegenüber einem einzigen Schirm eine, wenn auch bescheidene zusätzliche Erhöhung der Durchschlagspannung. Dies gilt sowohl für die Schirme in Luft wie in 01, wenn auch der physikalische Vorgang in den beiden Fällen wahrscheinlich nicht derselbe ist.
Dieses Prinzip lässt sich in verschiedenartiger Weise zum Bau von raumsparenden Trennern anwenden.
In überraschend einfacher Art geschieht dies in vorliegender Erfindung : in der Zone zwischen den beiden Polen befinden sich ausser dem Verbindungsleiter auch ein oder mehrere Isolierschirme, die im geöffneten Zustand des Trenners quer zur Polachse stehen.
Vorzugsweise steht ein Isolierschirm im geöffneten Zustand in der Mitte der Polverbindungslinie, ist mindestens auf der von Erde entfernteren Seite halbkreisförmig begrenzt, und der Verbindungsleiter der Pole besteht aus einem halbkreisformigen Stück, das sich dem halbkreisförmigen Rand des Isolierschirmes anschmiegt.
Im letzteren Fall definieren die zueinander parallelen Drehachsen der mindestens zwei Isolierscheiben zusammen mit den beiden Trennerpolen diejenige Ebene, in welcher diese Scheiben sich im geschlossenen Zustand des Trenners befinden. Im geschlossenen Zustand des Trenners verbindet der halb-
<Desc/Clms Page number 2>
kreisförmige Leiter bzw. die miteinander in Kontakt stehenden halbkreisförmigen Teilstücke eines solchen Verbindungsleiters die beiden Trennerpole ; in der Querlage fällt die Verbindung aus.
Da die Sperrwirkung der Scheiben auf das Korona-Ionenbündel der Pole, die in bezug auf das elektrische Feld annähernd als "Spitzen" zu betrachten sind, symmetrisch ist (das lonenbündel hat Kegelform um die Achse Pol-Pol), ist die physikalisch begründete Form der Isolierwand eine Kreisscheibe, die durch einen Isolierstützer getragen wird.
An Stelle des Isolierstützers kann selbstverständlich eine Ausweitung der Isolierwand treten, wie in den Fig. lb und 9a dargestellt.
Der drehbare Verbindungsleiter der Trennerpole kann aber auch eine geradlinige, also kürzeste Achse aufweisen. Das elektrische Feld in Polnähe ist dabei bei offenem Trenner angenähert dasselbe wie bei halbkreisförmigem Verbindungsleiter.
Eine vorteilhafte Variante dieser Ausführung ergibt sich, indem der Verbindungsleiter in einem Dreh-
EMI2.1
allel angeordnete Isolierscheibe steht. Diese weiteren zusätzlichen Scheiben müssen-damit sie die Dre- hung um 900 nicht behindern - in Form und Grösse so bemessen sein, dass sie in einer Kugel eingeschrie- ben sind, deren Durchmesser gleich dem Polabstand ist. Es liegt in der Geometrie der Kugel, dass die
Scheibendurchmesser auch dann, wenn sie die für die Sperrwirkung günstigste Lage einnehmen, nur we- nig kleiner sind, als die grösstmögliche, durch das Kugelzentrum gelegte Scheibe. Das ist hochspan- nungstechnisch von Bedeutung, da Randüberschläge bei umso höherer Spannung erfolgen, je grösser der
Scheibendurchmesser ist.
Eine weitere Erhöhung der Überschlagspannung findet statt, wenn die zusätzliche, zur Drehachse der zentralen, d. h. durch das Kugelzentrum gelegten Scheibe symmetrisch angeordnete Schirme die Form von Rotations-Hohlspiegeln aufweisen, von denen jeder seine konkave Seite dem ihm benachbarten Pol zukehrt.
Da nach den für Trenner geltenden Vorschriften keine Kriechstrecken vorhanden sein dürfen, welche das elektrische Feld von Pol zu Pol überbrücken, muss jede Scheibe direkt gegen "Erde" abgestützt sein.
Die Scheiben müssen aus festem Isolierstoff von hoher Durchschlagfestigkeit bestehen, der sich zur Herstellung grösserer Gebilde eignet und formbeständig ist, wie z. B. Hartpapier"DURESCA", Giessharz, Glasfaser-Polyester, Glas, Porzellan, Glimmerprodukte, vernetztes Polyäthylen usw.
Ihre Wandstärke ist so zu bemessen, dass bei kurzfristigem Luftdurchschlag kein Scheibendurchschlag erfolgt. Die Scheiben können von ungleichmässiger Dicke sein, sie dürfen von ebenen Gebilden abweichen, soweit dies in bezug auf maximale Sperrwirkung, Festigkeitsanforderungen usw. erwünscht ist.
Messungen mit Wechselspannung von 50 Hz und mit Stossspannung haben ergeben, dass in Luft von at- mosphärischem Druck die Poldistanz des Scheibentrenners etwa 50 - 600/0 derjenigen der gewohnten scheibenlosen Trenner betragen muss.
Die Eigenschaft von Isolierscheiben, die Durchschlagspannung gegen benachbarte Pole zu erhöhen bzw. die nötigen Abstände reduzieren zu lassen, kann gemäss der Erfindung auch verwendet werden, um die Abstände von Phase zu Phase und gegen umgebende Wände zu verkleinern. Der Trenner bzw. mindestens diejenigen Teile des Trenners, die unter der vollen Betriebsspannung oder einem wesentlichen Teil derselben stehen, können vorteilhafterweise zu diesem Zweck im Inneren eines isolierenden Gehäuses angeordnet werden.
In diesem Fall sollte das Gehäuse mindestens teilweise aus durchsichtigem Stoff bestehen, damit die an Trenner gestellte Forderung der Sichtbarkeit der aktiven Teile erfüllt ist. Unter den handelsüblichen Kunststoffen gibt es mehrere, welche diese Bedingung erfüllen, z. B. gewisse ungesättigte Polyesterharze mit Glasfasergehalt, Acrylat-Gläser u. a. m. Solche Gehäuse bieten den weiteren Vorteil, den Trenner vor Verstaubung zu schützen. Das Gehäuse selbst ist leichter von Staub zu reinigen als die komplizierten Teile. Selbstverständlich genügt es auch, wenn ein Teil des Gehäuses durchsichtig ist.
Eine weitere Steigerung der elektrischen Festigkeit gegen benachbarte Teile und innerhalb des Trenners selbst ist erreichbar durch Füllen des Gehäuses mit einem Gas höherer elektrischer Festigkeit als atmosphärische Luft, z. B. Luft von erhöhtem Druck, einem elektronegativen Gas wie z. B. SFg usw. Dasselbe gilt für flüssige Isolierstoffe wie Mineralöle (z. B. solche grosser Viskosität), flüssige schwer brennbare Chlordiphenyle und Fluorcarbone. Mit solchen Füllstoffen werden die Abmessungen ausserordentlich klein.
<Desc/Clms Page number 3>
Das Trennergehäuse kann hier, mit Ausnahme der nötigen durchsichtigen Fenster, aus leitendem
Werkstoff bestehen, seien es Metalle oder Metallnetz in Verbindung mit Kunststoff, diese sind dann an
Erde zu legen.
In Luft können als Schirm gegen die benachbarten Trenner und geerdeten Teile aber auch verhältnismässig schmale, zur Polachse koaxial angeordnete zylindrische Isolierschalen verwendet werden. Diese
Schirmwände umgeben mit kleinem Abstand den bei Öffnung des Trenners ausgeschwenkten halbkreisför- migen Leiter und schirmen ihn gegen die entsprechenden Teile des benachbarten Trenners ab. Oben wurde ein Hochspannungs-Trennergedrängter Bauart, bestehendauszweifeststehenden Polen und dem um eine auf die
Polachse senkrechte Symmetrieachse drehbaren Verbindungsleiter der Pole beschrieben, bei welchem sich in der Zone zwischen den Polen ausser dem Verbindungsleiter auch Isolierschirme befinden. Bei diesem Trenner sind diese Isolierschirme mit dem Verbindungsleiter mechanisch so verbunden, dass sie sich beim Öffnen bzw.
Schliessen des Trenners zusammen mit dem Verbindungsleiter um die gleiche Achse drehen, so dass sie im ge- schlossenen Zustand parallel, imgeöffneten Zustand des Trenners quer zur Polachse stehen. Nach einem be- sonders vorteilhaften weiteren Ausführungsbeispiel konnen die Isolierschirme unbeweglich angeordnet werden, u. zw. im wesentlichen quer zum elektrischen Polfeld des offenen Trenners und nur der bügelför- mige Polverbindungsleiter bei der Ausschaltung bzw. Einschaltung um die auf Erde senkrechte Symme- trieachse der Pole gedreht wird. Die Isolierschirme können insbesondere in Form und Grösse so ausgebil- det sein, dass sie in eine Kugel eingeschrieben werden, deren Durchmesser gleich dem Polabstand ist.
Eine vorteilhafte Variante der erfindungsgemässen Ausführung ergibt sich, wenn die Isolierschirme als zylindrische Körper die Pole samt den diese tragenden Isolatoren umhüllen, wobei zum Durchtritt des bügelförmigen Polverbinders bei dessen Ausschwenkung in den zylindrischen Schirmen seitliche Öffnun- gen vorgesehen sind.
Die Isolierschirme können auch in Form von mehreren parallelen Platten im Raum zwischen den bei- den Trennerpolen angeordnet sein.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. la ein Ausführungs- beispiel eines Hochspannungstrenners gedrängter Bauart im Aufriss, Fig. 1b einen Seitenriss nach Fig. la, Fig. lc einen Grundriss nach Fig. la, Fig. 2 den Grundriss eines andern Ausführungsbeispieles, Fig. Sa und
3b zeigen einen Drehscheibentrenner in Auf- und Grundriss, die Fig. 4a und 4b ein anderes Ausführung- beispiel ebenfalls in Auf- und Grundriss, die Fig. 5, 6, 7 und 8 zeigen Sonderausführungen, Fig. 9a und
9b lassen in Auf-und Grundriss ein weiteres Beispiel erkennen, Fig. 10 gibt einen Trenner wieder. bei dem nur der bügelförmig Polverbindungsleiter drehbar ist, Fig. 11 und 12 geben andere Ausführungsformen eines solchen Trenners nachFig. 10.
Die Hochspannungsleitungen 3 und 4 sind an die durch die Isolierstützer 5 und 6 getragenen Trenner- pole 1 und 2 angeschlossen. Die Isolierstützer 5 und 6 sind ihrerseits auf der geerdeten Grundplatte 7befe- stigt. Die Sperrscheiben 8,9 und 10 sind, wie Fig. lb zeigt, in deren oberem Teil kreisförmig, während sie unten bis gegen die auf der Grundplatte 7 drehbar angeordneten Platte 11 reichen, auf der sie befestigt sind. Die Drehung der Drehplatte 7 bewirkt also die Drehung der mit ihr zwangsläufig verbundenen Schei- ben 8,9 und 10 und somit die Ausschwenkung des auf der mittleren Scheibe 8 befestigten halbkreisförmi- gen Bügelleiters 12, welcher in der Einschaltstellung des Trenners die Pole 1 - 2 miteinander verbin- det.
Die dünne strichpunktierte Kreislinie 8a, deren Mittelpunkt die Poldistanz halbiert, deutet die- stofflich nicht vorhandene - Kugelschale an, welche die Sperrscheiben begrenzt. Die auf der Grundplatte
7 befestigte und somit unbewegliche Isolierschale 13 dient zur Erhöhung der Überschlagspannung gegen benachbarte Trenner oder Wände und schirmt den im geöffneten Zustand des Trenners ausgeschwenkten
Verbindungsleiter 12 ab.
Eine Abstandsverminderung gegen benachbarte Trenner kann auch in anderer Weise erzielt wer- den, nämlich, indem die beiden Trennerpole gegen die Achse des Leitungszuges, in welchem der Tren- ner liegt, um einen spitzen Winkel, vorzugsweise um 450, verdreht wird. Zwar wird hiebei die seitli- che Ausladung des Trenners nur in geringerem Masse verkleinert, als bei der Ausführungsart nach Fig. la bis c, die Abstände zu den herausgedrehten Metallbügeln der Nachbarphasen jedoch werden bedeutend vergrössert, wie dies in Fig. 2 sichtbar ist.
Ein Drehscheibentrenner mit geradem Pol-Verbindungsleiter in geöffnetem Zustand ist in Fig. 3a und 3b, ferner in Fig. 4a und 4b in Aufriss und Grundriss dargestellt. Die Bezeichnung der einzelnen Tei- le ist dabei wie in Fig. la und b. 12 ist der gerade Pol-Verbindungsleiter, der in Fig. 3 zwischen zwei
Schirmwänden 8'und 8"befestigt ist, in Fig. 4 ist er eingebettet in den Schirm 8. Im übrigen sind die
Bezeichnungen gleich wie in Fig. la und b.
Die Trenner nach der Erfindung eignen sich auch als Vertikaltrenner an Stelle der bekannten Sche-
<Desc/Clms Page number 4>
ren- oder Gelenktrenner. Die Drehachse der Isolierschirme liegt nun horizontal, die beiden Polstützer meist vertikal. Letztere können überhaupt wegfallen, wenn die Trennerpolkontakte direkt von den Stromschienen getragen werden.
Weitere vorteilhafte Sonderbauarten ergeben sich aus dem Zusammenbau mit isolierend eingebetteten, abgewinkelte Enden aufweisenden Hochspannungsstromschienen.
Die beiden Pole können durch die sich gegenüberstehenden Enden der schräg abgebogenen Schienen getragen werden, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt. Es kann ferner der eine Pol vom Verbindungsstück zweier Stromschienen getragen werden, wie in Fig. 6 schematisch dargestellt.
Beide Ausführungsarten gelten für Trenner in Luft wie auch, mit geschlossenem durchsichtigem Gehäuse, als Trenner in höher isolierenden Gasen oder in flüssigem Isolierstoff. Die Fig. 7 und 8 zeigen solche Bauarten.
In Fig. 7 bedeuten 1 und 2 die zu trennenden isolierten Hochspannungsschienen, 3 den Verbindungbügelder Pole 5 und 6,7 die drehbare Isolierscheibe mit der Drehachse 8 ; 9 ist das umschliessende durchsichtige Gehäuse.
Die Fig. 8 zeigt einen Trenner, der die beiden fortlaufenden Schienen 1 von der abzweigenden Schiene 2 abzutrennen erlaubt. Die Bezugszahlen stimmen mit denjenigen von Fig. 5 überein. Wie in Fig. l kann der Trenner mehr als eine drehbare Scheibe aufweisen, wobei wie dort geometrisch alle parallelen Scheiben in eine Kugel eingeschrieben sind.
Ein Trenner ist umso raumsparender, je weniger er im geöffneten Zustand seitlich ausladet. Die seitliche, also quer zur Achse Pol-Pol bestehende Ausladung kann nach einer weiteren Idee der Erfindung noch reduziert werden, indem die Trennstrecke durch zwei oder mehr gleiche Systeme von Drehschirmen und entsprechenden Verbindungsbügeln gesperrt bzw. überbrückt wird. Jedes dieser Drehsysteme ist gleich ge-
EMI4.1
zum elektrischen Feld, in der Schliessstellung parallel zu dessen Achse. Jedes Drehschirmsystem kann mehrere parallele Schirme aufweisen, wobei jeweils wieder alle Schirme einer Kugel eingeschrieben sind.
Fig. 9a und b zeigen den Aufriss 9a und den Grundriss 9b eines solchen Trenners. Die Hochspannungzuleitungen 3 und 4 sind mit den auf den Stützisolatoren 5 und 6 angeordneten Trennerpolen 1 und 2 verbunden. 7 ist die geerdete Grundplatte.
Die beiden um die Achsen 8a und 9a drehbaren Schirme 8 und 9 tragen die halbkreisförmigen Kupferbügel 10 und 11. Jeder der Schirme ist auf einer drehbaren, auf der geerdeten Grundplatte 7 angeordnetenBefestigungsplatte 13 bzw. 14 befestigt. Die kreisförmigen Platten 13 bzw. 14 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mit je einem Zahnkranz versehen, die mit einem antreibenden Zahnrad 13 in Eingriff stehen. Das Zahnrad 13 ist mittels einer Drehwelle 12 mit dem Antriebsmechanismus des Trenners verbunden. In der gezeichneten Lage gestattet der Trenner den Stromdurchgang. Nach Drehung der Schirme um die Achsen 8a und 9a ist der Stromdurchgang unterbrochen und die beiden Schirme wirken erhöhend auf die Überschlagspannung der Pole.
Auch der in Fig. 10 dargestellte Hochspannungstrenner weist Hochspannungsleitungen 21 und 22 auf, die an die durch die Isolierstützer 23 und 24 getragenen Trennerpole 25 und 26 angeschlossen sind. Die Isolierstützer 23 und 24 sind ihrerseits auf der geerdeten Grundplatte 27 befestigt. Der ebenfalls auf der Grundplatte 27 unbeweglich angeordnete Isolierschirm 28 weist, wie Fig. 10 zeigt, in seinem oberen Teil eine halbkreisförmige Begrenzung auf, während er unten bis auf die Grundplatte 27 reicht.
Im vorliegenden Beispiel ist der mittlere Teil des Schirmes als ein zylindrisches Rohr 28a ausgebildet, das die beiden symmetrischen Isolierplatten 28b trägt. Im Inneren des Rohres 28a ist eine darin frei drehbare Isolierwelle 29 angeordnet, auf deren oberem Ende der bügelförmig ausgebildete Polverbindungsleiter 30 befestigt ist und deren Drehung die Ausschwenkung des Verbindungsleiters bewirkt und somit die Ein- bzw. Ausschaltung des Trenners auszuführen erlaubt.
In Fig. 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Trenners dargestellt, bei welchem jedoch die Aus- und Einschwenkung des bügelförmigen Polverbindungsleiters 30 durch die Drehung eines auf der geerdeten Platte 27 drehbar angeordneten Stützisolators 29 bewirkt wird. Der drehbare Isolator 29 ist zwischen zwei flachen, auf der Platte 27 unbeweglich befestigten Isolierschirmplatten 31 und 32 angeordnet, die ihrerseits zwischen den beiden die Trennerpole 25 und 26 tragenden, ebenfalls auf der Platte 27 befestigten Isolierstützer 23 und 24 angeordnet sind. Die Form und Grösse der beiden Isolierschirme 31 und 32 wird zweckmässigerweise ähnlich derjenigen im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 10 gewählt.
Im übrigen sind die gleichen Teile mit denselben Bezugszahlen wie bei Fig. 10 versehen ; das-
<Desc/Clms Page number 5>
selbe gilt für Fig. 12.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 12 (Aufriss und Grundriss) sind die beiden Trennerpolelektro- den 25 und 26 sowie die diese tragenden Stützisolatoren 23 und 24 durch je einen als zylindrisches Iso- lierrohr ausgebildeten Isolierschirm 31 und 32 koaxial umgeben.
Bei dem vorliegenden Beispiel gehen die zylindrischen Isolierrohre 31 und 32 in einen konischen, sich gegen die Grundplatte verjüngenden Teil über, der auf der Grundplatte 27 befestigt ist. Die zylin- drischen Isolierrohre können aber auch an sich durch geeignete Befestigungsarmaturen direkt auf den Stütz- isolatoren 23 und 24 befestigt sein. Um den Durchtritt des bügelähnlichen Polverbindungsleiters bei des- sen Aus- bzw. Einschaltung zu erlauben, sind in den zylindrischen Isolierschirmen an geeigneter Stelle schlitzartige seitliche Öffnungen bzw. Aussparungen 31a und 32a vorgesehen. Die Drehung des Polver- bindungsleiters 30 geschieht in diesem Beispiel auf gleiche Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 11.
Selbstverständlich kann in diesen beiden Ausführungsbeispielen der Stützisolator 29 auf der Grund- platte 27 unbeweglich befestigt sein, wobei die Ausschwenkbewegung des Polverbindungsleiters mittels der ihn tragenden und im Inneren des hohlen Isolators 29 angeordneten drehbaren Isolierwelle bewirkt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochspannungstrenner gedrängter Bauart, bestehend aus zwei feststehenden Polen und dem um eine auf die Polachse senkrechte Symmetrieachse drehbaren Verbindungsleiter der Pole, dadurch gekennzeich- net, dass sich in der Zone zwischen den Polen ausser dem Verbindungsleiter auch ein oder mehrere Iso- lierschirme befinden, die im geöffneten Zustand des Trenners quer zur Polachse stehen.