Elektrische Hochspannungsschaltanlage. Es ist bekannt, in elektrischen Hochspan- nungsschalteinrichtungen Schaltzellen anzu ordnen, in die Sammelschienen oder Ab zweige in Form von Freileitungen oder Ka beln eingeführt werden und die im Innern nicht nur -die erforderlichen Schaltgeräte wie Leistungsschalter, Trennschalter, Strom- und Spannungswandler und dergleichen enthal ten, sondern auch Antriebe und Verriegelungs- vorrichtungen für die Schalter.
Vorliegende Erfindung betrifft eine Hochspannungsschaltanlage, die dadurch ge kennzeichnet ist, dass sie aus als bauliche Ein heiten ausgebildeten, in verschiedener Weise aneinander anschliessbaren Zellen besteht, die in ihrer Gesamtheit die verschiedenen Ele mente der Anlage enthalten, wobei die als Schaltzellen ausgebildeten Zellen ausser den Schaltorganen noch die zu deren automa tischer Auslösung, Steuerung, Verriegelung und Überwachung erforderlichen Mittel und Leitungsanschlüsse umfassen.
Die Schalt- zellen der Hochspannungsschaltanlage wer den dadurch zu einer Schaltmaschine, das heisst zu einer in sich geschlossenen Bauein heit, die in dieser Form betriebsfertig in der Fabrik hergestellt und dann in fertigem Zu stand an den Aufstellungsort gebracht und beim Einbau in die Hochspannungsschalt anlage nur angeschlossen zu werden braucht.
Bei Spannungen bis etwa 45000 Volt können diese Schaltmaschinen so kleinhergestellt wer den, dass ihr Transport, möglich ist. Wird,die Schaltmaschine für Spannungen über 45000 Volt eingerichtet, so kann sie mit Isoliergas oder dergleichen gefüllt sein, so dass eine Ver ringerung der gegenseitigen Abstände der spannungsführenden Teile im weitgehenden Masse ermöglicht ist.
Es ist auf diese Weise möglich, noch Schaltmaschinen für etwa 100 000 Volt als fertige Einheit in der Fa brik herzustellen, auf der Eisenbahn an -den Aufstellungsort zu befördern und die Ma schine dann wie oben geschildert in ein- fachster Weise zum Aufbau der ganzen Schaltanlage zu benutzen.
Da die Schalt zellen die zu der automatischen Auslösung, Steuerung, Verriegelung und Überwachung der Schaltorgane erforderlichen Mittel enthal ten, brauchen bei der erfindungsgemässen An lage zum Zwecke der Schaltung eines Ab zweiges nur von aussen Stromimpulse durch Umlegen eines Schalthebels oder dergleichen in die Schaltmaschine hineinbegeben zu wer den, worauf im Innern der Schaltzelle voll kommen automatisch die einzelnen Schalt handlungen in der richtigen Reihenfolge sieh hintereinander vollziehen.
In den Fib. 1 bis 6 sind Artsführunbs- beispiele der Erfindung bezw. Teile von sol chen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine der mit Isoliergas ange füllten Schaltmaschinen -der Hochspannungs schaltanlage. In der Hülle der Schaltmaschine ist der Leistungsschalter 1 angeordnet. 2 sind zu den Sammelschienen führende Trennschal ter, 3 sind die zur Aussenleitung 4 führenden Trennschalter, 5 ist eine Durchführung für die Aussenleitung, 6 ist ein Xesswa-ndler, 7 ist ein Schrank für Messgeräte. Die ganze Zelle ist mit Isoliergas angefüllt und für eine Be triebsspannung von 100 kV bestimmt.
Die im Innern -der Schaltmaschine angeordneten Be wegungsvorrichtungen für die Schalter sind zweckmässig in den untern Teilen des Lei stungsschalters und des 11Tesstvandlers unter gebracht. Die Schaltmaschine ist fahrbar, so dass :sie von einem Wagen auf das Fundament gerollt werden kann. Zweckmässig ist eine Feststellvorrichtung angeordnet. Da für die Füllung meist ein Gas verwendet wird, das bei den im Winter vorkommenden Tempera turen flüssig werden kann, kann die Schalt maschine heizbar sein, um das Gas vor dem Flüssigwerden zu schützen.
Sollen einzelne Teile der Schaltmaschine untersucht oder aus,- gebessert werden, so ist ein Ablassen des Füll gases aus dem betreffenden Teil der Schalt maschine erforderlich. Um das Gas wieder verwenden zu können, wird es zweckmässig zuerst verflüssigt und dann in Sta.hlflasehen zur Aufbewahrung eingefüllt. Die Abfüll- Ieitunb für das Gas enthält dann zu diesem Zweck eine Kühlschlange, die das Gas so weit herunterki:ihlt,, dass eine Verflüssigung ein tritt.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die beiden Enden der Sammelschienen über Trennschalter durch ein Kabel verbunden, so da.ss für alle Schalt maschinen eine Ringsammelschiene entsteht. Obwohl für die Schaltmaschine nur normale Geräte verwendet werden, ist. der Raumge winn durch die Grasfüllun- ausserordentlich gross. In der Fig. 4 ist z.
B. zum Vergleich eine Scha,ltmasehine für 100 kV dargestellt und gestrichelt der Raum für ein Schalthaus, der sonst für eine Anlage von dieser Span nung erforderlich war.
Fib. 3 zeigt eine 100 kV-Schaltmaschine, die ebenfalls mit Isoliergas gefüllt ist.
Der Unterschied gegenüber der Schalt maschine nach Fi ;. 1 ist der, dass statt des Anschlusses all eine Freileitung ein Kabel anschluss 8 vorgesehen ist. Ausserdem ist die Schaltzelle nicht fahrbar eingerichtet.
Sie kann einen vollen Berührungsschutz bieten, luft- oder gasgefüllt sein, ausserdem können die für Verwendung in verschiedenen Breiten graden erfowderliclrerr Sonderausführungen, wie Kühlung, Abführung des Sehwitz wassers rrsw., vorhanden sein. Die Schalt- bewegungen können im Innern der Zellen mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch erfolgen.
Als Mittel zur automati schen Auslösung, Steuerung, Verriegelung und Überwachung der Schaltorgane können an sich bekannte, Vorrichtungen in den Scbaltmaschinen vorgesehen werden.
Diese Vorrichtungen sind, wie bereits oben ausge sagt, derart ausgebildet, dass sie dem vorbe stimmten Ablauf von in mehreren Teilschrit ten auszufiihrenden Schaltbefehlen genügen. Die Schaltmaschine kann als selbständige und vollslrindige Einheit mit einem Leistunbs- seha.lter nur für Einfachsammelschienen ent wickelt sein. Beim Einbau in Mehrfachsam- melschienenanlagen kann für jedes Schienen system je eine Einheit neben oder über den andern Einheiten aufgestellt werden.
Die Schaltmaschine kann weiter so ausgebildet sein, dass bei Störungen alle Geräte einschliess- lieh der Sammelschienen in an isich bekannter Weise aus der spannungsführenden Schalt maschine auch während des Betriebes der be nachbarten Maschinen einzeln oder gruppen weise herausgenommen werden können, wobei durch Schutzwände, die sich bei Entfernung eines Gerätes verschieben, .die in der Maschine verbleibenden spannungsführenden Teile selbsttätig gegen Berührung geschützt wer den.
Die Schaltmaschine kann auch weiter aus einem Grundelement und baulichen Zu satzelementen bestehen, die unmittelbar mit dem Grundelement fest verbunden werden können. In diesem F,11 enthält z. B. das Grundelement den Leitungsschalter sowie Erdungs- und Spannungsschaltstellen am Ka belabgang, 14lesswandler und Kabelanschlüsse und dergleichen, während das Zusatzelement die Sammelschienen mit den Trennschaltern für die Leitungsabgänge enthält. Man kann auch die Trennstelle der Leitungsabgänge von den Sammelschienen noch im Grund element unterbringen und. in dem Zusatzele ment nur die Sammelschienen anordnen.
Zum Schutz gegen Schaltfehler kann in der Schalt maschine eine elektrische, pneumatische oder mechanische Stromwegschaltung bekannter Bauart angeordnet sein. Jede Schaltmaschine für Einfachsammelschienen kann auf diese Weise Schaltfehler in sich zwangsläufig aus schliessen.
Benutzt man als Leistungsschalter Schnell schalter, deren Abschaltzeit so kurz ist, dass der Kurzschlussstrom nur bis etwa % der Am plitude ansteigen kann, so kann die Festig- keit der Leitungsträger so verringert werden, dass sie nur noch etwa,der doppelten Schalter nennstromstärke entspricht. Derselben Nenn stromstärke entsprechend können dann die Stromleitungen, Erdleitungen, Primär- und Sekundärleitungen der Geräte in thermischer, mechanischer und elektrischer Hinsicht aus geführt werden.
In diesen Fällen können in der Schaltmaschine auch alle Massnahmen zum Schutz gegen einen Lichtbogen zwischen den Phasen fortfallen, so (ass auf isolierende Hüllen, Kapselungen in dlmasse, Druckgas oder Löschgas verzichtet werden kann. In Netzen mit ,grossen Leistungen können auch bei Anwendung eines solchen Schnellschalters in der Schaltmaschine Strombegrenzungsspu- len entfallen.
Alle Eisenteile der Schalt maschine brauchen nicht mehr wie bisher so bemessen zu werden, dass sie der Kurzschluss- leistung des Netzes entsprechen, sondern sie können so verkleinert werden, dass sie mecha nisch und thermisch den Beanspruchungen durch -den normalen Betriebsstrom standhal ten.
Die Schaltmaschine kann auoh so ausge führt werden, dass die Phasen räumlich nicht getrennt sind, beispielsweise dadurch, dass sich alle drei Phasen innerhalb einer Kapse- lung befinden, oder dass zwischen den einzel nen Phasen keine geerdeten Metallwände vor- gesehen sind. Man kann auch den mit automatischer Wiedereinschal tung ausführen,
so dass sich jeder Schalt fehlerschutz für die Schaltmaschine erübrigt. Ebenso kann eine 1Relais chutmchaltung zum Abschalten eines Lichtbogens zwischen. den Phasen von Strom- und Sammelschiene fort fallen.
Die betriebsfertig ausgebildeten Schalt maschinen können auch in Schaltanlagen ein gefügt werden, .die für .die angestiegene Schaltleistung nicht mehr ausreichen, so dass die Schaltanlage auch den gesteigerten An sprüchen entsprechend wieder verwendbar ist. Die Schaltmaschine kann in offener Ausfüh rung öder in gekapselter Ausführung Uerge- stellt sein.
Besonders kleine Abmessungen er hält man, wenn die Schaltmaschine mit einem Gas gefüllt ist, dessen Durchschlagsspannung schon bei normalem Atmosphärendruck höher ist als die der Luft. Diese Gase können in der Schaltmaschine ständig oder zeitweilig im Umlauf gehalten werden.
Man kann auch, um die elektrische Durchschlagsfestigkeit dieser Gase zu überwachen, eine Prüfeinrichtung vorsehen, die unter Umständen selbsttätig eine Melde-oder Füllvorrichtung für ,die Gase auslöst.
Wenn erforderlich, kann die Schalt maschine im Innern 'E'ntfeuchtungseinrich- tungen, Heizvorrichtungen und Überspan- nungsableiter enthalten. Man kann. auch die Schaltmaschine mit einem nicht brennbaren isolierenden Öl oder einer andern isolieren den Flüssigkeit mit denselben Eigenschaften anfüllen, und zwar bei normalem Druck oder bei dauerndem statischen Überdruck.
Für die Isolierflüssigkeit wird dann zweekmässig eine Reinigungsvorrichtung in der Schaltmaschine angeordnet, sowie eine Prüfvorrichtung auf Durchschlagsfestigkeit der Isolierflüssigkeit. Zum Erzeugendes statischen Überdruckes der Isolierflüssigkeit kann gleichzeitig ein Hoch behälter als Ausdehnungsgefäss der Gasab- scheider dienen.
Durch die Vereinigung von Vorrichtungen der obengenannten Art in einer Zelle wird die Errichtung einer Schaltanlage ausser ordentlich vereinfacht, Vergrösserungen und Verkleinerungen der Schaltanlage können in der leichtesten Weise vorgenommen werden, .ebenso können schadhafte Schaltmaschinen leicht gegen andere ausgewechselt werden.
Der Aufbau einer ganzen aus einzelnen Schaltmaschinen bestehenden Schaltanlage kann je nach den Raumverhältnissen durch entsprechenden Einbau der einzelnen Schalt maschinen in die zur Verfügung stehenden Räume in der verschiedensten Weise erfol gen und kann sich den Raumverhältnissen so anpassen, da.ss .denkbar geringster Raumbe darf entsteht und allen Erfordernissen einer zweckentsprechenden Aufstellung voll Reeh- nung getragen werden kann.
In der Fig. 5 ist dargestellt, wie die Schaltmaschine mit Hilfe von Verbindungs stücken mit andern Zellen in Verbindung ge bracht werden kann, die lediglich die Sammel schienen mit den erforderlichen Trennschal tern enthalten.
Der Anschluss der Schaltmaschine erfolgt in diesem Falle mit Hilfe eines Verbindungs stückes 9, das eine Verbindungsleitung ent hält, mit der Zelle 10, die im Innern die Sam melschienensysteme 11 und 12 enthält und ebenfalls mit Gas gefüllt ist. 1? und 13 sind die Sammelschienentrennschalter. Die Sam melschienenzelle hat noch eine weitere An schlussöffnung 14, die normalerweise ver schlossen ist, an die aber wie gestrichelt ge- zeichnet, ebenfalls mit Hilfe eines weiteren Verbindungselementes 15 eine weitere Sam- meIschienenzelle 16 angeschlossen werden kann. Man kann auch die Sammelschienen zelle statt seitlich nach oben hin anschliessen, wie dies gestrichelt bei 17 gezeichnet ist.
Die Anlage lässt sich also in beliebiger Weise je nach den örtlichen und Betriebsverbältnissen nach verschiedenen Richtungen hin einfach durch Aufbau weiterer Verbindungs- oder Sammelschienenzellen beliebig erweitern. Die andern Schaltmaschinen für die übrigen Ab zweige werden in der gleichen Weise ange schlossen. Als Trennschalter können im übrigen Schubtrennschalter verwendet wer den, deren eine Hälfte in der Sammelschienen zelle und deren andere Hälfte in der Verbin dungszelle angeordnet ist.
Man kann natür- lieh die Schaltmaschine und die -#Terbindungs- und Sammelsehienenzellen gegeneinander und auch noch unter sieh durch Querwände unter teilen, die gassicher sind, und die Abschal tung eines Teils ohne Verlust des Gases in den andern Teilen gestatten.
Die Raumersparnis bei Anwendung einer vorbeschriebenen Schaltmaschine mit Verbin- dungs- und Sammelschienenzellen ist ausser ordentlich gross.
In Fig. 6 ist vergleiehsweise der Raum bedarf einer beispielsweisen Schaltmaschinen anlage gemäss der Erfindung und eines ge strichelt gezeichneten Sehalthauses der bis herigen Bauart dargestellt. Eine Schalt maschinenanlage für 100 kV gemäss der Er- findun;a braucht nicht mehr Platz einzuneh men als ein Sehaltbaus für 30 kV in der bis herigen Ausführung.
High voltage electrical switchgear. It is known to arrange switch cells in electrical high-voltage switching devices, into the busbars or branches from overhead lines or cables are introduced and the inside not only -the necessary switching devices such as circuit breakers, disconnectors, current and voltage converters and the like enthal but also drives and locking devices for the switches.
The present invention relates to a high-voltage switchgear, which is characterized in that it consists of units designed as structural units, which can be connected to one another in different ways and which in their entirety contain the various elements of the system, the cells designed as switchgear cells except the switching elements nor include the means and line connections required for their automatic triggering, control, locking and monitoring.
The switchgear cells of the high-voltage switchgear thus become a switching machine, i.e. a self-contained unit, which is manufactured in this form ready for use in the factory and then brought to the installation site in a finished state and only when installed in the high-voltage switchgear needs to be connected.
At voltages of up to around 45,000 volts, these switching machines can be made so small that they can be transported. If the switching machine is set up for voltages above 45,000 volts, it can be filled with insulating gas or the like, so that a reduction in the mutual distances between the live parts is largely possible.
In this way it is still possible to manufacture switchgear for about 100,000 volts as a finished unit in the factory, to transport it to the installation site by rail and then, as described above, to assemble the entire switchgear in the simplest way possible to use.
Since the switching cells contain the means required for the automatic triggering, control, locking and monitoring of the switching elements, in the system according to the invention for the purpose of switching a branch off only need current pulses from the outside by moving a switch lever or the like into the switching machine who see what inside the switchgear cubicle automatically complete the individual switching operations one after the other in the correct order.
In the fib. 1 to 6 are Artsführunbs- examples of the invention respectively. Parts of such shown.
Fig. 1 shows one of the switching machines filled with insulating gas -the high-voltage switchgear. The circuit breaker 1 is arranged in the shell of the switching machine. 2 are disconnectors leading to the busbars, 3 are disconnectors leading to the external line 4, 5 is a bushing for the external line, 6 is a Xess converter, 7 is a cabinet for measuring devices. The whole cell is filled with insulating gas and intended for an operating voltage of 100 kV.
The inside-the switching machine Be arranged motion devices for the switches are expedient in the lower parts of the power switch and the 11Tesstvandlers placed under. The switching machine is mobile so that: it can be rolled onto the foundation by a trolley. A locking device is expediently arranged. Since a gas is usually used for the filling, which can become liquid at the temperatures occurring in winter, the switching machine can be heated to protect the gas from becoming liquid.
If individual parts of the switching machine are to be examined or repaired, the filling gas must be released from the relevant part of the switching machine. In order to be able to use the gas again, it is expediently first liquefied and then poured into steel bottles for storage. The filling line for the gas then contains a cooling coil for this purpose, which cools the gas down so far that liquefaction occurs.
As Fig. 2 shows, the two ends of the busbars are connected by a cable via disconnectors, so that a ring busbar is created for all switching machines. Although only normal devices are used for the switching machine is. The gain in space through the grass infill is extraordinarily large. In Fig. 4, for.
B. for comparison, a Scha, ltmasehine for 100 kV shown and dashed the space for a switchgear house, which was otherwise required for a system of this voltage voltage.
Fib. 3 shows a 100 kV switching machine that is also filled with insulating gas.
The difference compared to the switching machine according to Fi;. 1 is that instead of the connection all one overhead line, a cable connection 8 is provided. In addition, the switch cell is not set up to be mobile.
It can provide full protection against accidental contact, be air or gas-filled, and special designs such as cooling, drainage of the visual water, etc., which are required for use in different latitudes, can be available. The switching movements can be carried out mechanically, hydraulically, pneumatically or electrically inside the cells.
As a means for the automatic triggering, control, locking and monitoring of the switching elements, devices known per se can be provided in the switching machines.
As already stated above, these devices are designed in such a way that they satisfy the predetermined sequence of switching commands to be executed in several sub-steps. The switching machine can be developed as an independent and fully-rinded unit with a power supply unit for single busbars only. When installing in multiple busbar systems, one unit can be set up next to or above the other units for each rail system.
The switching machine can also be designed so that, in the event of malfunctions, all devices including the busbars can be removed individually or in groups from the live switching machine in a manner known per se, even during the operation of the neighboring machines move when removing a device, .the live parts remaining in the machine are automatically protected against contact.
The switching machine can also consist of a basic element and additional structural elements that can be directly connected to the basic element. In this F, 11 contains e.g. B. the basic element, the circuit breaker and earthing and voltage switching points on the Ka belabgang, 14less converter and cable connections and the like, while the additional element contains the busbars with the disconnectors for the line outlets. You can also accommodate the separation point of the line outlets from the busbars in the basic element and. only arrange the busbars in the additional element.
To protect against switching errors, an electrical, pneumatic or mechanical current path circuit of a known type can be arranged in the switching machine. Every switching machine for single busbars can inevitably rule out switching errors in this way.
If high-speed switches are used as circuit breakers, the switch-off time of which is so short that the short-circuit current can only rise to around% of the amplitude, the strength of the cable carriers can be reduced so that they only correspond to about twice the rated current of the switch. The power lines, earth lines, primary and secondary lines of the devices can then be run in thermal, mechanical and electrical terms according to the same nominal amperage.
In these cases, all measures to protect against an electric arc between the phases can be omitted in the switching machine, so that insulating sheaths, encapsulations in oil, compressed gas or extinguishing gas can be dispensed with. In networks with high capacities, even when such a Rapid switch in the switching machine and current limiting coils are not required.
All iron parts of the switchgear no longer need to be dimensioned in such a way that they correspond to the short-circuit power of the network, but they can be reduced in size so that they can withstand the mechanical and thermal stresses caused by normal operating current.
The switching machine can also be designed in such a way that the phases are not spatially separated, for example by virtue of the fact that all three phases are located within an enclosure or that no earthed metal walls are provided between the individual phases. You can also do the one with automatic restart,
so that any switching fault protection for the switching machine is unnecessary. A 1 relay can also be used to switch off an arc between. the phases of power and busbar fall away.
The switchgear, which is ready for operation, can also be inserted into switchgear, which is no longer sufficient for the increased switching capacity, so that the switchgear can also be reused in accordance with the increased demands. The switching machine can be provided in an open version or in an encapsulated version.
Particularly small dimensions are obtained when the switching machine is filled with a gas whose breakdown voltage is higher than that of the air even at normal atmospheric pressure. These gases can be kept in circulation continuously or temporarily in the switching machine.
In order to monitor the dielectric strength of these gases, a test device can also be provided which, under certain circumstances, automatically triggers a reporting or filling device for the gases.
If necessary, the switchgear can contain 'dehumidifying devices, heating devices and surge arresters inside. One can. Also fill the switching machine with a non-flammable insulating oil or another insulating liquid with the same properties, namely at normal pressure or with permanent static overpressure.
A cleaning device for the insulating liquid is then arranged in the switching machine as well as a test device for dielectric strength of the insulating liquid. In order to generate the static overpressure of the insulating liquid, a high-level tank can also serve as an expansion vessel for the gas separator.
By combining devices of the above-mentioned type in one cell, the construction of a switchgear is extremely simplified, enlargements and downsizing of the switchgear can be done in the easiest way, and defective switchgear can easily be exchanged for others.
The construction of an entire switchgear consisting of individual switchgear can take place in the most varied of ways, depending on the spatial conditions, by installing the individual switchgear accordingly in the available rooms and can be adapted to the spatial conditions in such a way that the smallest possible space is required and all requirements of an appropriate set-up can be fully met.
In Fig. 5 it is shown how the switching machine with the help of connecting pieces with other cells in connection ge can be brought into connection, which only contain the busbars with the necessary disconnectors.
The switching machine is connected in this case with the help of a connection piece 9, which holds a connecting line ent, with the cell 10, which contains the Sam melschienensysteme 11 and 12 inside and is also filled with gas. 1? and 13 are the busbar disconnectors. The busbar cell has a further connection opening 14, which is normally closed, but to which, as shown in broken lines, a further busbar cell 16 can also be connected with the aid of a further connecting element 15. You can also connect the busbar cell instead of the side upwards, as shown in dashed lines at 17.
The system can thus be expanded in any way, depending on the local and operational conditions, in various directions, simply by setting up additional connection or busbar cells. The other switching machines for the remaining branches are connected in the same way. As a disconnector, sliding disconnectors can also be used, one half of which is arranged in the busbar cell and the other half in the connec tion cell.
One can, of course, divide the switching machine and the connection and collection cells against each other and also under by means of transverse walls that are gas-safe, and allow one part to be switched off without the loss of gas in the other parts.
The space saving when using a switching machine as described above with connection and busbar cells is extremely large.
In Fig. 6 comparatively the space is required for an example switching machine system according to the invention and a dashed ge drawn Sehalthaus of the previous type shown. A switchgear system for 100 kV according to the invention does not need to take up more space than a semi-conductor structure for 30 kV in the previous version.