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Raumsparende elektrische Hochspannungsschaltanlage in Trockenbauart Seit einiger Zeit kennt man Isolierverfahren, die es ermöglichen, Sammelschienen und die davon abzweigenden Leitungen auch beträchtlicher Länge umhüllend trocken zu isolieren und mit einer leitenden Schicht zu umgeben, so dass die bisher verwendeten Stützisolatoren wegfallen und die Schienen abstandslos direkt nebeneinanderverlegt werden können. Dadurch wird der benötigte Rauar mehrmals kleiner als bei der bisherigen Isolationsart durch Stützisolatoren und die umgebende Luft.
Da aber die Apparate bisheriger Bauart Distanzierungen entsprechend der Spannungshöhe verlangten, russten immer noch die Verbindungsleitungen der Apparate, insbesondere in den abgehenden und ankommenden Feldern, in der Spannung entsprechenden - grossen gegenseitigen Abständen - z. B. bei 60 kV etwa 75-110 cm - aufgestellt werden, so dass die sich aus der Isolierung der Schienen ergebenden Vorteile in dieser Hinsicht nicht ausgenützt werden konnten.
Es ist ferner bekannt, elektrische Hochspannungsapparate mittels Gasen hoher Durchschlagsfestigkeit zu isolieren. Dies kann zwar zu günstigen Abmessungen der Apparate führen, aber die Gesamtabmessungen der Hochspannungsstation bleiben trotzdem gross, weil die Verbindungsleitungen und Sammelschienen grosse Abstände bedingen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine elektrische Hochspannungsschaltanlage in Trockenbauart, mindestens bestehend aus Schaltern, Trennern, Mess- wandlern, Sammelschienen und den Verbindungsleitungen beträchtlich reduzierter Abmessungen zu schaffen, indem jede Sammelschiene und Verbindungsleitung völlig in trockene Isolation eingebettet ist, die aussen mit zusammenhängender, metallisch leitender und geerdeter Umhüllung versehen ist, welche bis an die ebenfalls leitende geerdete Umhüllung der Apparate heranreicht, und die Hochspannung führenden Apparateteile gegen Erde und gegeneinander - teils mittels fester Stoffe, teils mittels - verglichen mit atmosphärischer Luft - durchschlagfeste- ren Gasen isoliert sind.
Die Verbindungsleitungen zu den Apparaten und zwischen denselben können auf diese Weise gleichzeitig Durchführungen der Apparate bilden.
Durch die Gasisolation wird erreicht, dass bewegliche Teile, wie etwa diejenigen von Trennern, gleich wie in Luft bewegt werden können, wobei der Abstand der zu trennenden Kontakte und der gegenseitige Abstand von Phase zu Phase und gegen Erde, respektiv gegen die Kesselwandung, wesentlich kleiner als in Luft bemessen sein darf.
Es ist offensichtlich, dass durch die erfindungsgemässe Kombination der bedeutende Fortschritt einer ausserordentlichen Verkleinerung der gesamten Station erzielt wird. Es wird nämlich Raum sowohl in Richtung quer zu den Sammelschienen wie quer zu den Apparatefeldern der abgehenden Leitungen eingespart, und zwar in einem Verhältnis, das je nach Spannungshöhe in der Grössenordnung von ein Drittel bis ein Zehntel liegen kann.
Durch die genannte Kombination von Gasisolierung und - besonders auch für die Verbindungen aus Feststoffisolierung - ergibt sich z. B. eine leicht demontierbare Gesamtanlage, aus welcher jeder einzelne Apparat zur Revision herausgezogen werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 Ibis 4 dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Phase der Sammelschienenabzweigung einer ersten Ausfüh- rungsart der erfindungsgemässen Hochspannungsschaltanlage, Fig.2 eine Ansicht einer Phase der Sammel- schienenabzweigurng :
einer abgewandelten Ausfüh- rungsart der Hochspannungsschaltanlage, deren
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sämtliche Apparate in mit unter hohem Druck stehendem Gas oder Druckluft gefüllten Behältern untergebracht sind, ausgenommen der Ringkern-Stromwandler, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Trenner der in Fig. 2 dargestellten Anlage und Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Spannungs- wandler der in Fig. 2 dargestellten Anlage.
Die in der Fig. 1 dargestellten Anlageteile sind für eine Nennspannung von 60 kV vorgesehen und bestehen aus den isoliert eingebetteten Sammelschienen 1, 2 und 3, einem Trenner 4, einem Stromwandler 5, einem Spannungswandler 6, einem Schalter 7 und einem zweiten Trenner B. Alle Apparate befinden sich hier in Stahlblechkesseln, die mit trockener Pressluft oder einem höher isolierenden Gas gefüllt sind.
Die Sammelschienen 1 bis 3 sind völlig in eine trok- kene, geschichtete Isolation eingebettet, die aussen mit zusammenhängender, metallisch leitender und geerdeter Umhüllung versehen ist, welche bis an die metallische, geerdete Wandung des Trenners 4 heranreicht. Die ins Innere der Apparatekessel eindringenden Enden 10 sind vorteilhafterweise durch eingebettete Kondensatorbeläge potentialgesteuert. Auf ähnliche Weise können mindestens die Enden 11 der die einzelnen Apparate verbindenden Durchführungen 12, 13, 14 und 15 potentialgesteuert werden.
Die Trenner 4 und 8 bestehen im wesentlichen aus zwei allseitig gerundeten Elektroden 41 und 42, dem Tulpenkontakt 43 und den Durchführungen 10 und 12, welche die Elektroden und die Kontaktorgane tragen. Die Durchführung 12 ist in den Stopfbüchsen 44 und 64 drehbar. Ein Servomotor 17 dreht die Durchführung mittels Zahnritzel 18, das in das mit der Durchführung festverbundene Zahnrad 19 eingreift, wodurch der als eine Gewindespindes ausgebildete Kontaktbolzen 45 über ein System mit Innengewinde 46 und einem feststehenden Gewindekeil 47 translatorisch bewegt werden kann. An sich können auch die Kontaktbolzen der Trennschalter auf andere Art betätigt werden, wie z. B. hydraulisch oder durch Druckluft.
Ein einfaches mechanisches Antriebssystem wie das in Fig. 1 dargestellte, hat jedoch vor dem hydraulischen oder dem Druckluftantrieb den Vorzug, dass die Stellung der Trennerkontakte - geöffnet oder geschlossen - von aussen ohne irgendwelche Irrtumsmöglichkeit feststellbar gemacht werden kann durch eine mechanische Anzeige- vorrichtung.
Der Kessel kann auch mit Beobachtungsfenstern versehen werden, die es ermöglichen, die jeweilige Stellung des Kontaktbolzens direkt zu sehen.
Der an der Stopfbüchse 64 und dem Tragelement 51 befestigte Stromwandler 5 ist hier als Ringkern- wandler ausgebildet. Da der Ringkern mit der Sekundärwicklung an Erdpotential liegt, benötigt er keinen Kessel.
Der Kessel 6 birgt einen üblichen Giessharz- wandler, dessen nicht an Erde liegender Teil 61 im Isoliergasraum steht. Der übrige, mit Erdungsbelag versehene Teil samt dem magnetischen Kern, den Sekundärwicklungen und den Sekundäranschlüssen befindet sich ausserhalb des Druckkessels und ist somit jederzeit frei zugänglich.
Im Kessel 7 steht ein Ölstrahlschalter an sich bekannter Bauart mit unten befindlichem Antriebsmechanismus.
Der Schalter kann jedoch auch nach einer andern bekannten Bauweise gestaltet werden; falls jedoch ein Druckluftschalter verwendet wird, muss die zur Flammenbogenlöschung durchgeleitete Druckluft von höherem Druck sein als derjenige des Kessels.
Der Trenner 8 ist von gleicher Bauart wie Tren- ner 4. Die Apparate der drei .Phasen können jeweils in einem gemeinsamen Kessel untergebracht sein. Es ändert aber nichts im Prinzip der Anlage, wenn jede Phase für sich metallisch umkapselt ist.
Es ist zweckmässig, die gesamten Verbindungsleitungen :der einzelnen Apparate in gleicher Höhe anzubringen und die Kessel in der Achsenebene der Leitungen in zwei Teile, ein unteres und ein oberes, zu trennen .unter Einfügung einer Dichtung. In dieser Weise ergibt sich eine leichte Montier- und Demon- tierbarkeit der Apparate durch ein darüber befindliches fahrbares Hebezeug. Zudem sind die Achsen aller Verbindungsleitungen der Apparate gerade, was deren Preis und Qualität :günstig :beeinflusst. Die Kessel können mit Rollen versehen werden, die auf Schienen stehen.
Einen vorzüglichen Schutz gegen eine allfällige, durch funktionelles Versagen bedingte Explosion eines Apparates bietet die Aufstellung der Apparatefelder und Sammelschienen in Eisenbetonkanä- len, die vorteilhaft im Erdboden versenkt sind.
Die in der Fig. 2 gezeigten Teile einer abgewandelten Ausführungsart der erfindungsgemässen Hoch- spannungsschaltanlage ist für einen höheren Druck vorgesehen. Dementsprechend sind die Kessel der meisten Apparate kugelförmig ausgebildet. Die Anlage- bzw. Apparateteile sind hier mit den gleichen Bezugszahlen wie in der Fig. 1 bezeichnet. Der Ui- stungsschalter 7 :ist ein Druckluftschalter koaxialer Bauart.
Sämtliche Apparatekessel sind hier in zur Achse der Anlage senkrechten Ebenen trennbar. Durch eine gemeinsame ,Druckleitung 20 und über Zuleitungen 21 werden die Kessel sämtlicher Apparate mit Druckluft bzw. isolierendem Druckgas gespeist. :Bezüglich Isolierung in deren Umhüllung gili Analoges wie für Fig. 1.
Der in der Fig.3 dargestellte Trennschalter der in Fig.2 gezeigten Anlage weist ebenfalls zwei allseitig gerundete Elektroden 41 und 42 auf, die für die betreffende Anordnung innerhalb des kugelförmigen Kessels besonders günstige Verhältnisse des elektrischen Feldes ergeben. Der Feldlinienverlauf ist in der oberen Hälfte der Zeichnung angedeutet worden. Für die übrigen Teile gelten die gleichen Bezugszahlen wie in der Fig. 1.
Eine beispielsweise Ausführung des Spannungs- wandlers 6 der Hochdruckanlage nach Fig. 2 ist in
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Fig.4 dargestellt. Die beiden potentialgesteuerten Enden 11 der zugehörigen Durchführungen sind miteinander durch eine bogenförmige Stromschiene 62 verbunden, die um die Primärwicklung 63 geführt ist. Der magnetische Kern 64 ist hier als Mantelkern ausgebildet, dessen zwei äussere Schenkel 65 halbkreisförmig sind und sich dem kugelförmigen Kessel 67 des Apparates anschmiegen. Diese beiden Schenkel sind ausserdem gegen das Innere durch albgerundete, Blechschirme 66 abgeschirmt, welche dazu dienen, das elektrische Feld innerhalb des Apparates günstig zu beeinflussen.
Als Gase eignen sich unter anderem: Luft von mehreren Atmosphären Druck, SF6unter Atmosphärendruck und auch untererhöhtem Druck, SF, gemischt mit N2, SF6 gemischt mit Luft, SeF6, SO2F2, CCl2F2 SO2.
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Space-saving electrical high-voltage switchgear in dry construction For some time now, insulation methods have been known that allow busbars and the lines branching off them to be dry-insulated, even of considerable length, and surrounded with a conductive layer, so that the post insulators used up to now are no longer needed and the rails are laid directly next to each other without spacing can be. As a result, the required space is several times smaller than with the previous type of insulation using post insulators and the surrounding air.
However, since the devices of the previous design required spacing according to the voltage level, the connecting lines of the devices still had soot, especially in the outgoing and incoming fields, in the voltage corresponding - large mutual distances - z. B. at 60 kV about 75-110 cm - can be set up so that the advantages resulting from the insulation of the rails could not be used in this regard.
It is also known to insulate high-voltage electrical equipment by means of gases with high dielectric strength. Although this can lead to favorable dimensions of the apparatus, the overall dimensions of the high-voltage station nevertheless remain large because the connecting lines and busbars require large distances.
The present invention aims to create an electrical high-voltage switchgear in dry construction, at least consisting of switches, disconnectors, instrument transformers, busbars and the connecting lines of considerably reduced dimensions, in that each busbar and connecting line is completely embedded in dry insulation, which is connected to the outside with a metallic conductive and earthed covering is provided, which reaches up to the also conductive earthed covering of the apparatus, and the high voltage carrying apparatus parts are isolated from earth and from each other - partly by means of solid substances, partly by - compared to atmospheric air - dielectric-proof gases.
In this way, the connecting lines to the devices and between them can simultaneously form feedthroughs for the devices.
The gas insulation ensures that moving parts, such as those of disconnectors, can be moved in the same way as in air, whereby the distance between the contacts to be separated and the mutual distance from phase to phase and to earth, or to the boiler wall, are significantly smaller than may be measured in air.
It is obvious that the combination according to the invention achieves the significant progress of an extraordinary reduction in size of the entire station. This is because space is saved both in the direction transverse to the busbars and transversely to the apparatus fields of the outgoing lines, in a ratio that can be in the order of a third to a tenth, depending on the voltage level.
The combination of gas insulation and - especially for the connections made of solid insulation - results in z. B. an easily dismantled overall system from which each individual apparatus can be pulled out for revision.
Embodiments of the invention are shown in FIG. 1 Ibis 4. 1 shows a longitudinal section through a phase of the busbar branch of a first embodiment of the high-voltage switchgear according to the invention, FIG. 2 shows a view of a phase of the busbar branch:
a modified version of the high-voltage switchgear, whose
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all apparatuses are housed in containers filled with high pressure gas or compressed air, with the exception of the toroidal core current transformer, FIG. 3 shows a longitudinal section through a disconnector of the system shown in FIG. 2 and FIG. 4 shows a longitudinal section through a voltage converter of the in Fig. 2 shown system.
The system parts shown in Fig. 1 are provided for a nominal voltage of 60 kV and consist of the insulated embedded busbars 1, 2 and 3, an isolator 4, a current transformer 5, a voltage transformer 6, a switch 7 and a second isolator B. All apparatus are located here in sheet steel boilers that are filled with dry compressed air or a more highly insulating gas.
The busbars 1 to 3 are completely embedded in a dry, layered insulation which is provided on the outside with a cohesive, metallically conductive and earthed sheath that extends up to the metallic, earthed wall of the isolator 4. The ends 10 penetrating into the interior of the apparatus tank are advantageously potential-controlled by embedded capacitor coatings. In a similar way, at least the ends 11 of the bushings 12, 13, 14 and 15 connecting the individual apparatuses can be potential-controlled.
The separators 4 and 8 essentially consist of two electrodes 41 and 42 rounded on all sides, the tulip contact 43 and the bushings 10 and 12 which carry the electrodes and the contact elements. The bushing 12 is rotatable in the stuffing boxes 44 and 64. A servomotor 17 rotates the feedthrough by means of a pinion 18, which engages the gear 19 firmly connected to the feedthrough, whereby the contact bolt 45, designed as a threaded spindle, can be moved translationally via a system with internal thread 46 and a fixed threaded wedge 47. In principle, the contact pins of the disconnector can also be operated in other ways, such as. B. hydraulically or by compressed air.
A simple mechanical drive system like that shown in FIG. 1, however, has the advantage over the hydraulic or the compressed air drive that the position of the isolating contacts - open or closed - can be made detectable from the outside without any possibility of error by a mechanical display device.
The boiler can also be provided with observation windows, which make it possible to see the respective position of the contact pin directly.
The current transformer 5 attached to the stuffing box 64 and the support element 51 is designed here as a toroidal core transformer. Since the toroidal core with the secondary winding is connected to earth potential, it does not require a boiler.
The boiler 6 contains a conventional cast resin converter, the part 61 of which is not on the ground is in the insulating gas space. The remaining part, which is provided with an earthing layer, including the magnetic core, the secondary windings and the secondary connections, is located outside the pressure vessel and is therefore freely accessible at all times.
In the boiler 7 there is an oil jet switch of a type known per se with a drive mechanism located below.
However, the switch can also be designed according to another known construction; however, if a compressed air switch is used, the compressed air passed through to extinguish the flame arc must be of a higher pressure than that of the boiler.
The separator 8 is of the same design as the separator 4. The apparatus for the three phases can each be accommodated in a common tank. However, it does not change the principle of the system if each phase is encapsulated in metal.
It is advisable to install all of the connecting lines for the individual apparatus at the same height and to separate the boiler in the axis plane of the lines into two parts, a lower and an upper part, with the insertion of a seal. In this way, the apparatus can be easily assembled and disassembled using a mobile hoist located above it. In addition, the axes of all connecting lines of the devices are straight, which affects their price and quality: favorable. The boilers can be equipped with rollers that stand on rails.
The installation of the apparatus fields and busbars in reinforced concrete ducts, which are advantageously sunk into the ground, offers excellent protection against a possible explosion of an apparatus caused by functional failure.
The parts of a modified embodiment of the high-voltage switchgear according to the invention shown in FIG. 2 are provided for a higher pressure. Accordingly, the kettles of most devices are spherical. The plant or apparatus parts are denoted here with the same reference numbers as in FIG. 1. The switch 7: is a compressed air switch of coaxial design.
All apparatus boilers can be separated here in planes perpendicular to the axis of the system. The boilers of all apparatuses are fed with compressed air or insulating compressed gas through a common pressure line 20 and feed lines 21. : With regard to insulation in its envelope, the same applies as for FIG. 1.
The circuit breaker shown in FIG. 3 of the system shown in FIG. 2 also has two electrodes 41 and 42 which are rounded on all sides and which result in particularly favorable electrical field conditions for the relevant arrangement within the spherical vessel. The course of the field lines has been indicated in the upper half of the drawing. The same reference numbers apply to the remaining parts as in FIG. 1.
An example of an embodiment of the voltage converter 6 of the high-pressure system according to FIG. 2 is shown in FIG
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Fig. 4 shown. The two potential-controlled ends 11 of the associated bushings are connected to one another by an arcuate busbar 62 which is guided around the primary winding 63. The magnetic core 64 is designed here as a jacket core, the two outer legs 65 of which are semicircular and nestle against the spherical bowl 67 of the apparatus. These two legs are also shielded from the inside by rounded sheet metal shields 66, which serve to favorably influence the electrical field within the apparatus.
Suitable gases include: air at several atmospheres pressure, SF6 under atmospheric pressure and also under increased pressure, SF mixed with N2, SF6 mixed with air, SeF6, SO2F2, CCl2F2 SO2.