Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit Kühlungsvorrichtung für metallgekapselte Hochspannungs-Schaltanlagen, insbesondere einen Trennschalter, bei welchem in einem Metallgehäuse mittels druckgasdichter elektrisch isolierender Durchführungen strom- und spannungsführende Elektroden mit mindestens einem festen und einem beweglichen Kontakt sowie mechanische Antriebsmittel für den beweglichen Kontakt gehalten und die Elektroden Abschirmungen für die mechanischen Teile und Kontakte darstellenden Metallkörper sind.
Hochspannungs-Schaltanlagen sind im allgemeinen aus gekapselten Bausteinen zusammengesetzt, die zur Isolation der stromführenden Teile ein elektrisch isolierendes Gas enthalten. Um bei Schaltgeräten für starke Ströme, z. B. 3000 A und mehr, Schäden durch Überhitzung zu vermeiden, ist für eine gute Wärmeabfuhr zu sorgen. Es sind z. B. metallgekap selte Leistungsschalter bekannt, die in einer Umhüllung aus Giessharz einen doppelwandigen Windkessel enthalten, in welchem ein flüssiges Kühlmittel zirkuliert. Bei anderen bekannten gekapselten Schaltgeräten enthält die Strombahn metallische, als Kühlblöcke ausgebildete Teile. in denen Kühlrohre untergebracht sind, die über Isolierleitungen von aussen mit Kühlflüssigkeit versorgt werden.
Für die Versorgung der Schaltgeräte mit einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit sind besondere Vorrichtungen erforderlich und zudem muss die Kühlflüssigkeit durch die Isolation hindurch geführt werden, wodurch vor allem bei der Ausführung mit Kühlblökken die dielektrische Festigkeit der Schaltgeräte beeinträchtigt wird, da sich infolge der Ablagerung von Erosionsprodukten auf den Kühlmittelleitungen Kriechwege bilden können.
Mit zirkulierender Kühlflüssigkeit gekühlte Schaltgeräte sind demnach aufwendig und teuer und ausserdem bei längerer Betriebsdauer nicht mehr zuverlässig. Die elektrische Festigkeit eines Schaltgerätes gefährdenden, durch Erosionsprodukte der Kontakte verursachten Kriechweges kann auch auf den elektrisch isolierenden Durchführungen, die meist in der Form von konischen Stützisolatoren ausgebildet sind, entstehen und ferner können sich die anfallenden Erosionsprodukte auf die mechanischen Teile des Schaltgerätes, d. h. auf den mechanischen Antrieb für den beweglichen Kontakt und die Erdungsvorrichtungen schädlich auswirken, so dass ausser der Kühlvorrichtung bei den genannten bekannten Schaltgeräten noch zusätzliche Schutzmassnahmen nötig sind, wenn diese während einer langen Betriebsdauer zuverlässig arbeiten sollen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät mit Kühlungsvorrichtung für metallgekapselte Hochspannungs-Schaltanlagen zu schaffen, das, für hohe Stromstärken von mindestens 4000 A verwendbar, eine gegenüber den erwähnten früheren Leistungsschaltern weniger aufwendige Kühlung aufweist und bei dem die Entstehung von die elektrische Festigkeit beeinträchtigenden Kriechwegen weitgehend behindert ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäss darin, dass die Metallkörper der strom- und spannungsführenden Elektroden zusätzlich mit Kühlflächen bildenden Formelementen ausgestattet sind. Vorzugsweise kann der Elektroden Metallkörper als eine ballonförmige, den Elektrodenkontakt und gegebenenfalls die mechanischen Teile der Elektrode umgebende Umhüllung von kreisrundem oder ovalem Querschnitt ausgebildet sein, die zur Trennstrecke und zur isolierenden Elektroden-Durchführung hin konvexe Endkappenteile und im dazwischenliegenden Mantelteil Ausnehmungen mit einwärtsgebogenen, abgerundeten Rändern aufweist.
Der Mantelteil kann als Ausnehmungen insbesondere kreisrunde oder ovale Löcher enthalten. Der Mantelteil kann aber auch parallel zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze undloder senkrecht zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze oder zur Elektrodenachse schräg verlaufende Schlitze enthalten, wobei die Schlitzrichtung durch die vorgesehene Einbaulage des Schaltgerätes bestimmt ist. Für die Kühlwirkung ist die Grösse der Kühlflächen massgebend.
Zur weiteren Vergrösserung der Kühlwirkung kann in dem Elektroden-Metallkörper ein Formelement benutzt werden, das als kreisrund oder ovale Scheibe auf einem den Elektrodenkontakt enthaltenden Mittelteil des Metallkörpers angeordnet ist und dessen Aussenrand einen allseits abgerundeten Wulst trägt, der einen Teil des Umhüllungsmantels bildet. Bei einem Elektroden-Metallkörper können mehrere solcher scheibenförmiger Formelemente vorgesehen sein, die parallel zu einander auf dem Mittelteil angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Wülsten die Schlitze im Umhüllungsmantel bilden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines nach der Erfindung ausgebildeten Trenners mit aufgeschnittenem Gehäuse und
Fig. 2 einen Trenner von bevorzugter Ausführungsform, wobei das Trennergehäuse im Längsschnitt und die Elektroden zum Teil aufgeschnitten dargestellt sind, um Einzelheiten zu zeigen.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Trenner für eine metallgekapselte Ilochspannungs-Schaltanlage ist ein im wesentlichen zylindrisches Metallgehäuse 1 oben und unten durch je eine isolierende Durchführung 2, 3 in Form eines konischen Scheibenisolators druckgasdicht abgeschlossen. Die isolierenden Durchführungen 2 und 3 tragen die stromführenden Elektroden 4 und 5, von denen die untere den Festkontakt und die obere das von einem seitlich am Gehäuse 1 angesetzten Antrieb 7 über eine Drehsäule 6 angetriebene Trennrohr 8 enthält. Des weiteren ist bei dem dargestellten Trenner ein Erdungsstift 9 mit Sprungfederantrieb 10 vorgesehen, durch den die untere Elektrode 5 geerdet werden kann. Das Gehäuse 1 enthält ein elektrisch isolierendes Gas unter Druck. Soweit ist der Aufbau des Trenners durchaus üblich.
Die stromführenden Elektroden 4 und 5 bestehen hier aus Metallkörpern, vorzugsweise aus Aluminiumguss, die an ihrem trennstreckenseitigen Ende je als eine ballonförmige Umhüllung 11 bzw. 12 ausgebildet sind. Bei der unteren Elektrode 5 umschliesst die Umhüllung 12 den Festkontakt und den meist federnd ausgebildeten Einrastteil für den Erdungsstift 9, wobei der Festkontakt durch eine Öffnung für das Trennrohr 8 und der Einrastteil durch eine Öffnung in der Umhüllung für den Erdungsstift 9 zugänglich ist. Der leichteren Überschaubarkeit wegen sind in Fig. 1 der Festkontakt, der Einrastteil und die Öffnungen in der Umhüllung 12 nicht dargestellt.
Die Umhüllung 11 der oberen Elektrode 4 umschliesst das (eingefahrene) Trennrohr 8 und die mechanischen Teile für den Antrieb des Trennrohrs und weist eine untere Öffnung, durch die das Trennrohr 8 ausgefahren werden kann, sowie eine seitliche Öffnung auf, durch die die Drehsäule 6 zu den mechanischen Antriebsteilen des Trennrohrs geführt ist. Auch diese Öffnungen und Antriebsteile sind in Fig. 1 nicht gesondert dargestellt. Die Umhüllungen 11 und 12 besitzen kreisrunden oder ovalen Querschnitt und weisen je einen zur Trennstrecke hin konvexen Endkappenteil 13 bzw. 14, je einen zur isolierenden Durchführung 2 bzw. 3 hin konvexen Endkappenteil 15 bzw. 16 sowie je einen die beiden Endkappenteile 13, 15 bzw. 14, 16 verbindenden Mantelteil 17 bzw. 18 auf.
Damit keine Überschläge infolge von an Kanten und Spitzen vorhandenen hohen Feldstärken auftreten, weisen die Umhüllungen 11, 12 und vor allem auch die Öffnungen ausreichend grosse Krümmungsra dien auf.
Die Mantelteile 17, 18 der Umhüllungen 11, 12 enthalten Durchbrüche oder Ausnehmungen 19, die bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführung die Form von zur Elektrodenlängsachse senkrecht verlaufenden Schlitzen haben. Die Ränder der Ausnehmungen 19 sind mit ausreichend grossem Krümmungsradius einwärts gebogen, um lokale Feldstärkenüberhöhungen auszuschliessen. Durch diese Ausnehmungen 19 strömt das Isoliergas, so dass auch die Innenflächen der Elektrodenkörper an der Kühlung beteiligt werden und damit eine ausreichende Kühlwirkung erzielt wird. Die Umhüllungen 11, 12 mit ihren Innenteilen, wie z. B. einer Führung für das Trennrohr 8, bilden gleichzeitig Abschirmungen für die Kontakte der Elektroden und die mechanischen Elektrodenteile.
Für eine gute Konvektion des Isoliergases sind die Schlitze im Mantelteil der Umhüllung entsprechend der für den Trenner vorgesehenen Einbaulage ausgerichtet. Für senkrechte oder horizontale Einbaulage werden die Schlitze paral lel bzw. senkrecht zur Elektroden-Längsachse verlaufen und bei einer vorgesehenen schrägen Einbaulage werden die Schlitze schräg zur Elektrodenachse ausgerichtet sein. Der Mantelteil kann auch parallel zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze und senkrecht zur Elektrodenachse verlaufende Schlitze enthalten, so dass der Trenner sowohl in horizontaler wie in vertikaler Lage in die Hochspannungs-Schaltanlage eingebaut werden kann, ohne dass eine herabgeminderte Kühlwirkung zu erwarten ist. Statt der Schlitze können auch kreisrunde oder ovale Löcher vorgesehen werden und ebenso sind Kombinationen von Löchern und Schlitzen wirksam.
Fig. 2 zeigt einen Trenner mit Elektroden 4, 5 einer Ausführungsvariante für besonders grosse Kühlwirkung. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Trenner sind die Elektroden 4, 5 in dem Metallgehäuse 1 durch isolierende Durchführungen 2, 3 gehalten. Die Elektroden-Metallkörper bilden von aussen gesehen auch hier kreisrunden oder ovalen Querschnitt aufweisende Umhüllungen 11, 12 mit diversen Schlitzen 19 und Löchern 20. Der Metallkörper der unteren Elektrode 5, die den Festkontakt enthält, besteht aus zwei Teilen. Das Anschlussstück 21, das in der isolierenden Durchführung 3 gehalten ist, erweitert sich am inneren Ende schalenförmig und bildet den zur isolierenden Durchführung 3 hin konvexen Endkappenteil 16 der Umhüllung 12. Der Rand der schalenförmigen Erweiterung ist mit ausreichendem Krümmungsradius einwärtsgebogen. Auf dieser Schale 16 ist ein zweites Elektrodenstück aufgesetzt.
Dieses zweite Elektrodenstück 22 besteht im wesentlichen aus einem topfförmigen Mittelteil 22a für die Aufnahme des Trennrohrs 8, dessen oberer Rand mit ausreichendem Krümmungsradius in den zur Trennstrecke hin konvexen Endkappenteil 14 der Umhüllung 12 übergeht.
Der topfförmige Mittelteil 22 trägt, im dargestellten Ausführungsbeispiel, zwei zueinander parallele kreisrunde oder ovale Ringscheiben 23, deren Aussenrand in einen abgerundeten umlaufenden Wulst 24 übergeht. Die Aussenfläche des Wulstes 24 bildet einen Teil der Mantelfläche der Umhüllung 12. Zwischen dem Rand des unteren Endkappenteils 16 und dem Wulst 24 der unteren Scheibe 23, zwischen den Wülsten 24 der beiden Scheiben 23 sowie zwischen dem Wulst 24 der oberen Scheibe und dem Rand des oberen Endkappenteiles 14 ist je ein Schlitz 19 vorhanden. Enthält die Elektrode 5 z. B. einen Einrastteil 25 für einen Erdungsstift, so sind die Scheiben 23 an der betreffenden Stelle ausgeschnitten. Durch die Scheiben 23 wird die wirksame Kühlfläche wesentlich vergrössert.
Die obere Elektrode 4 ist ähnlich aufgebaut wie die untere Elektrode 5. Der zylindrische Mittelteil 22a ist länger als bei der unteren Elektrode und enthält das Trennrohr 8 sowie die mechanischen Antriebsteile, an die die Drehsäule 6 angreift. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt der Mittelteil 22a nur eine Scheibe 23 und anstelle einer zweiten Scheibe einen höheren topfförmigen Teil 26, zwischen dessen Boden und dem Rand des Endkappenteils 15 ein für die Aufnahme des Drehsäulenendes ausreichend weiter Schlitz 19a vorhanden ist.
Wie bei der unteren Elektrode sind in der Umhüllung 11 zwischen dem Wulst 24 der Scheibe 23 und dem Rand des Endkappenteiles 13 auf der einen Seite und dem Rand des topfförmigen Teiles 26 auf der anderen Seite je ein Schlitz 19 vorgesehen, durch den Isoliergas strömen kann, so dass von diesem auch die Innenflächen der Umhül- lung 11 bespült werden. Um eine Gasströmung in dem topfförmigen Teil 26 zu erleichtern, weist dessen Wandung Ausnehmungen, z. B. Löcher 20 auf.
Die Elektroden-Metallkörper können aus Aluminiumoder Kupfergas bestehen und auch aus mehreren Teilen zusammensetzbar sein, wobei lediglich darauf zu achten ist, dass ein guter Wärmekontakt zwischen den einzelnen Teilen gewährleistet ist.
The invention relates to a switching device with a cooling device for metal-enclosed high-voltage switchgear, in particular a disconnector, in which current and voltage-carrying electrodes with at least one fixed and one movable contact and mechanical drive means for the movable contact are held in a metal housing by means of compressed gas-tight, electrically insulating bushings Electrodes are shields for the mechanical parts and contacts representing metal bodies.
High-voltage switchgear assemblies are generally composed of encapsulated modules which contain an electrically insulating gas to isolate the current-carrying parts. To switch devices for strong currents, e.g. B. 3000 A and more, to avoid damage from overheating, good heat dissipation must be ensured. There are z. B. metallgekap rare circuit breakers are known which contain a double-walled air chamber in an envelope made of cast resin, in which a liquid coolant circulates. In other known encapsulated switching devices, the current path contains metallic parts designed as cooling blocks. in which cooling pipes are housed, which are supplied with cooling liquid from the outside via insulating lines.
Special devices are required to supply the switching devices with a circulating coolant, and the cooling liquid must also be fed through the insulation, which, especially when using cooling blocks, adversely affects the dielectric strength of the switching devices, as erosion products are deposited on the Coolant lines can form creepage paths.
Switching devices cooled with circulating coolant are accordingly complex and expensive and, moreover, no longer reliable over longer periods of operation. The electrical strength of a switchgear endangering creepage caused by erosion products of the contacts can also arise on the electrically insulating bushings, which are usually in the form of conical post insulators, and furthermore the erosion products can affect the mechanical parts of the switchgear, i.e. H. have a detrimental effect on the mechanical drive for the movable contact and the grounding devices, so that in addition to the cooling device in the known switching devices mentioned, additional protective measures are necessary if they are to work reliably over a long period of operation.
The invention is therefore based on the object of creating a switching device with a cooling device for metal-encapsulated high-voltage switchgear, which can be used for high currents of at least 4000 A, has less expensive cooling than the earlier circuit breakers mentioned and in which the development of electrical strength impairing creepage distances is largely impeded.
According to the invention, the object is achieved in that the metal bodies of the current-carrying and voltage-carrying electrodes are additionally equipped with shaped elements that form cooling surfaces. The electrode metal body can preferably be designed as a balloon-shaped envelope of circular or oval cross-section surrounding the electrode contact and possibly the mechanical parts of the electrode, the end cap parts convex towards the separating distance and the insulating electrode leadthrough and recesses with inwardly curved, rounded edges in the jacket part in between having.
The shell part can contain in particular circular or oval holes as recesses. The jacket part can also contain slots running parallel to the electrode axis and / or slots running perpendicular to the electrode axis or slits running obliquely to the electrode axis, the direction of the slot being determined by the intended installation position of the switching device. The size of the cooling surfaces is decisive for the cooling effect.
To further increase the cooling effect, a shaped element can be used in the electrode metal body, which is arranged as a circular or oval disc on a central part of the metal body containing the electrode contact and whose outer edge bears a bead that is rounded on all sides and forms part of the casing. In the case of an electrode metal body, a plurality of such disk-shaped shaped elements can be provided, which are arranged parallel to one another on the central part, the spaces between the beads forming the slots in the casing.
The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 is a schematic representation of a separator designed according to the invention with a cut-open housing and
2 shows a separator of a preferred embodiment, the separator housing being shown in longitudinal section and the electrodes being shown partially cut away to show details.
In the isolator for a metal-encapsulated I-hole voltage switchgear, shown schematically in FIG. 1, an essentially cylindrical metal housing 1 is sealed in a gas-tight manner at the top and bottom by an insulating bushing 2, 3 in the form of a conical disk insulator. The insulating bushings 2 and 3 carry the current-carrying electrodes 4 and 5, of which the lower one contains the fixed contact and the upper one the separating tube 8 driven by a drive 7 attached to the side of the housing 1 via a rotary column 6. Furthermore, a grounding pin 9 with a spring drive 10 is provided in the illustrated isolator, through which the lower electrode 5 can be grounded. The housing 1 contains an electrically insulating gas under pressure. So far the construction of the isolator is quite common.
The current-carrying electrodes 4 and 5 here consist of metal bodies, preferably made of cast aluminum, which are each formed as a balloon-shaped envelope 11 or 12 at their end on the parting line side. In the case of the lower electrode 5, the sheath 12 encloses the fixed contact and the mostly resilient snap-in part for the grounding pin 9, the fixed contact being accessible through an opening for the separating tube 8 and the snap-in part through an opening in the sheath for the grounding pin 9. For the sake of clarity, the fixed contact, the latching part and the openings in the casing 12 are not shown in FIG. 1.
The sheath 11 of the upper electrode 4 encloses the (retracted) separating tube 8 and the mechanical parts for driving the separating tube and has a lower opening through which the separating tube 8 can be extended and a lateral opening through which the rotating column 6 is attached the mechanical drive parts of the separating tube is guided. These openings and drive parts are also not shown separately in FIG. 1. The casings 11 and 12 have a circular or oval cross-section and each have an end cap part 13 or 14 that is convex towards the separating distance, one end cap part 15 or 16 that is convex towards the insulating passage 2 or 3 and one each of the two end cap parts 13, 15 or respectively 14, 16 connecting jacket part 17 and 18, respectively.
So that no flashovers occur as a result of high field strengths present at edges and tips, the casings 11, 12 and, above all, the openings have sufficiently large curvatures.
The jacket parts 17, 18 of the sheaths 11, 12 contain openings or recesses 19 which, in the embodiment shown in FIG. 1, have the form of slots running perpendicular to the longitudinal axis of the electrode. The edges of the recesses 19 are bent inward with a sufficiently large radius of curvature in order to exclude local field strength increases. The insulating gas flows through these recesses 19, so that the inner surfaces of the electrode bodies also participate in the cooling and thus a sufficient cooling effect is achieved. The casings 11, 12 with their inner parts, such as. B. a guide for the separating tube 8, at the same time form shields for the contacts of the electrodes and the mechanical electrode parts.
For good convection of the insulating gas, the slots in the jacket part of the casing are aligned in accordance with the installation position provided for the isolator. For vertical or horizontal installation, the slots will run paral lel or perpendicular to the longitudinal axis of the electrodes, and if the installation is inclined, the slots will be oriented at an angle to the electrode axis. The casing part can also contain slots running parallel to the electrode axis and slots running perpendicular to the electrode axis, so that the isolator can be installed in the high-voltage switchgear in both a horizontal and a vertical position without a reduced cooling effect being expected. Instead of the slots, circular or oval holes can also be provided, and combinations of holes and slots are also effective.
Fig. 2 shows a separator with electrodes 4, 5 of an embodiment variant for a particularly great cooling effect. As in the case of the separator shown in FIG. 1, the electrodes 4, 5 are held in the metal housing 1 by insulating bushings 2, 3. Seen from the outside, the electrode metal bodies also form here envelopes 11, 12 with circular or oval cross-sections with various slots 19 and holes 20. The metal body of the lower electrode 5, which contains the fixed contact, consists of two parts. The connecting piece 21, which is held in the insulating bushing 3, widens in a shell-like manner at the inner end and forms the end cap part 16 of the casing 12, which is convex towards the insulating bushing 3. The edge of the shell-shaped extension is bent inwards with a sufficient radius of curvature. A second electrode piece is placed on this shell 16.
This second electrode piece 22 consists essentially of a cup-shaped central part 22a for receiving the separating tube 8, the upper edge of which merges with a sufficient radius of curvature into the end cap part 14 of the casing 12 which is convex towards the separating distance.
In the exemplary embodiment shown, the cup-shaped central part 22 carries two circular or oval annular disks 23 parallel to one another, the outer edge of which merges into a rounded, circumferential bead 24. The outer surface of the bead 24 forms part of the outer surface of the casing 12. Between the edge of the lower end cap part 16 and the bead 24 of the lower disk 23, between the beads 24 of the two disks 23 and between the bead 24 of the upper disk and the edge of the upper end cap part 14 is a slot 19 each. If the electrode 5 contains z. B. a snap-in part 25 for a grounding pin, the discs 23 are cut out at the relevant point. The effective cooling surface is significantly enlarged by the disks 23.
The upper electrode 4 is constructed similarly to the lower electrode 5. The cylindrical central part 22a is longer than that of the lower electrode and contains the separating tube 8 and the mechanical drive parts on which the rotating column 6 engages. In the illustrated embodiment, the middle part 22a carries only one disc 23 and instead of a second disc a higher cup-shaped part 26, between the bottom and the edge of the end cap part 15 there is a sufficiently wide slot 19a to accommodate the end of the rotating column.
As with the lower electrode, a slot 19 is provided in the casing 11 between the bead 24 of the disc 23 and the edge of the end cap part 13 on the one hand and the edge of the cup-shaped part 26 on the other side, through which the insulating gas can flow. so that the inner surfaces of the casing 11 are also rinsed by this. In order to facilitate a gas flow in the cup-shaped part 26, its wall has recesses, for. B. holes 20.
The electrode metal bodies can consist of aluminum or copper gas and can also be composed of several parts, whereby it is only necessary to ensure that a good thermal contact is ensured between the individual parts.