Mit einem Ausgleichselement versehener Kapselungsabschnitt einer gasisolierten Hochspannungsanlage und Hochspannungsschaltanlage mit einem solchen Kapselungsabschnitt.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieverteilung und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung von gasisolierten Hochspannungsanlagen, insbesondere Hochspannungsschaltanlagen, anzuwenden, die einen aus zwei Kapselungsbausteinen bestehenden Kapselungsabschnitt aufweisen, wobei zwischen den beiden Kapselungsbausteinen ein Ausgleichselement in Form eines Faltenblages oder eines Schiebestückes angeordnet ist.
Bei gekapselten, gasisolierten Hochspannungsanlagen ist es erforderlich, zum Ausgleich von Wärmedehnungen zwischen verschiedenen Teilbereichen der Anlage Ausgleichselemente zu verwenden. Die hierfür eingesetzten Faltenbalge (DE 3 546 011 A) oder Schiebestücke (DE 2 603 040 A, DE 2 364 600 A) werden vor allem im Zuge von Sammelschienen, bei Hochspannungsschaltanlagen, aber auch innerhalb eines Schaltfeldes verwendet und zwischen zwei Kapselungsbausteinen angeordnet, wobei die beiden Befestigungsflansche eines Ausgleichselementes gasdicht mit den beiden einander zugewandten Anschlussflanschen der beiden Kapselungsbausteine verbunden werden. Dabei ist es erforderlich, den Ausgleichselementen Zuganker zuzuordnen, die den Gasdruck der Anlage auffangen.
Derartige Zuganker können unmittelbar an den beiden Be-festigungsflanschen der Ausgleichselemente (EP 0 537 868 A1, DE-Z "B 212, ein neues SF 6 -Anlagen-Baukastensystem für 72,5 bis 170 kV" der Fa. Sprecher+Schuh, Druck-Nr. 13.041d/9.81/1/1, Bild 6) oder - bei grösseren Ausgleichslängen - an einem Flansch des Ausgleichselementes und einem weiter entfernt liegenden Flansch eines Kapselungsbausteines verankert sein.
Hierzu sind die entsprechenden Befestigungsflansche mit ohrenartigen Ansätzen versehen.
Ausgehend von einem Kapselungsabschnitt mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, den Kapselungsabschnitt so auszugestalten, dass das Ausgleichselement eine möglichst kurze Baulänge aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass die dem Ausgleichselement zugeordneten Zuganker - das Ausgleichselement übergreifend - an den beiden benachbarten Anschlussflanschen der beiden Kapselungsbausteine fixiert sind.
Bei einer derartigen Ausgestaltung des Kapselungsabschnittes können die Befestigungsflansche des Ausgleichselementes eine relativ kleine Wandstärke aufweisen, da sie nicht mehr für die Beanspruchung durch die Zuganker dimensioniert sein müssen. Die Länge des Ausgleichselementes braucht auch nicht die notwendige Baulänge der Zuganker zu berücksichtigen, weil diese im Bereich der Anschlussflansche der beiden Kapselungsbausteine durch geeignete Massnahmen berücksichtigt werden kann. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die axiale Länge des Ausgleichselementes auf die allein für den axialen Ausgleich maximal erforderliche Länge zu verkürzen.
Versuche haben gezeigt, dass diese axiale Länge so weit reduziert werden kann, dass sie der axialen Breite des Befestigungsflansches von Scheiben-isolatoren entspricht, wie sie üblicherweise in Hochspannungsanlagen zur Abstützung der Phasenleiter zwischen den Flanschen benachbarter Kapselungsbausteine und zur gegenseitigen Abschottung von Schaltfeldern und von Teilen eines Schaltfeldes angeordnet werden.
Im Zuge von Sammelschienen, die über T- oder Kreuz-Bausteine an die Leistungsschalter einer Hochspannungsschaltanlage angeschlossen werden, wobei den T- oder Kreuz-Bausteinen einerseits ein scheibenförmiger Isolator und andererseits ein Ausgleichselement zugeordnet ist, -besteht daher die Möglichkeit, den T- oder Kreuz-Baustein symmetrisch zu dem zum Leistungsschalter führenden Anschlussflansch auszugestalten, sodass die Mittelebene der in Längsrichtung des Schaltfeldes angeordneten Komponenten mit der Mittelebene des Schaltfeldes zusammenfällt. Dadurch ist eine optimale Ausnutzung der Feldteilung möglich.
Als kurzes Ausgleichselement kommt einerseits ein Faltenbalg in Betracht, der beispielsweise nur zwei Wellungen aufweist. Die beiden Befestigungsflansche können dabei lose zu den Enden des Faltenbalges angeordnet sein und im montierten Zustand diese Enden unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes gegen den anschliessenden Anschlussflansch eines Kapselungsgehäuses oder eines mit den benachbarten Kapselungsgehäuse verbundenen Scheibenisolators drücken. In diese Ausgestaltung kann ein rohrförmiger Lichtbogenschutz für den Faltenbalg dadurch integriert werden, dass dieser einen mit dem einen Ende des Faltenbalges verschweissten Verbindungsflansch aufweist.
Als Ausgleichselement kommt andererseits ein zweiteilig ausgebildetes Schiebestück in Betracht, wobei jedes der beiden Schiebestückteile aus einem kurzen Rohrstück mit Befestigungsflansch besteht und sich die beiden Rohrstücke unter Zwischenschaltung von Dichtungsringen teleskopartig überlappen.
Kapselungsbausteine, denen auf der einen Anschlussseite ein Ausgleichselement zugeordnet ist, tragen üblicherweise am anderen Anschlussflansch einen Isolator zur Halterung von stromführenden Teilen. Die Erfindung ermöglicht es, dem Ausgleichselement die gleiche axiale Länge wie dem Befestigungsflansch des Isolators zu geben, sodass der einzelne Kapselungsbaustein unter Einschluss eines Isolators und eines Aus gleichselementes bezüglich seiner axialen Abmessungen symmetrisch zu einer Mittelebene ausgestaltet werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 6 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 einen aus zwei Kapselungsbausteinen bestehenden Kapselungsabschnitt mit jedem Kapselungsbaustein zugeordneten Scheibenisolator und Ausgleichselement, Fig. 2 die Ausgestaltung des Verbindungsbereiches zwischen den beiden Kapselungsbausteinen gemäss Fig. 1. Fig. 3 eine konstruktive Ausgestaltung gemäss Fig. 2 mit zusätzlich angeordnetem Lichtbogenschutz für den Faltenbalg, Fig. 4 den Verbindungsbereich zweier Kapselungsbausteine ohne einen dort angeordneten Isolator, Fig. 5 einen Verbindungsbereich gemäss Fig. 4 unter Verwendung eines Schiebestückes als Ausgleichselement und Fig. 6 die Zuordnung eines Kapselungsabschnittes gemäss Fig. 1 zu zwei Schaltfeldern einer Hochspannungsschaltanlage.
Fig. 1 zeigt einen Kapselungsabschnitt 1, der aus zwei Kapselungsbausteinen 2 und 3 besteht, die Teil einer Sammelschiene einer Hochspannungsschaltanlage sind. Die Kapselungsbausteine dienen dabei zur Aufnahme eines kombinierten Trenner/Erder-Schalters für eine dreiphasig gekapselte Schaltanlage. Jeder Kapselungsbaustein weist einen ersten Anschlussflansch 21 bzw. 31 und einen zweiten Anschlussflansch 22 bzw. 32 auf und ist zum Anschluss an weitere Anlagenteile mit einem dritten Anschlussflansch 23 bzw 33 versehen. Jedem Kapselungsbaustein ist weiterhin an dem einen Anschlussflansch 21 bzw. 31 ein scheibenförmiger Schottisolator 5 und am anderen An schlussflansch 22 bzw. 32 ein Ausgleichselement 4 zugeordnet. Zwischen den Anschlussflanschen 22 und 31 sind daher ein Ausgleichselement 4 und ein Schottisolator 5 nebeneinander angeordnet.
Gemäss Fig. 2 sind die Anschlussflansche 22 und 31 der beiden Kapselungsbausteine mit ohrartigen Ansätzen 24, 34 versehen, an denen ein Zuganker 6 befestigt ist. Derartige Zuganker, die in bekannter Weise ausgestaltet sind, sind mehrfach am Umfang der Flansch 22 und 31 angeordnet. Diese Zuganker übergreifen das Ausgleichselement 4 und haben zu diesem keine direkte Verbindung. Daher ist es möglich, die Befestigungsflansche 41 und 42 des Ausgleichselementes 4 so klein bzw. insbesondere bezüglich ihrer Wandstärke so schmal zu dimensionieren, dass sie lediglich die Funktion der dichtenden Fixierung des Faltenbalges 47 an den Stirnflächen des Befestigungsflansches 31 und des Schottisolators 5 bewirken. Hierzu sind entsprechende Dichtringe 43 vorgesehen.
Bei dieser Ausgestaltung des Aus-gleichs-elementes können die Befestigungsflansche 41, 42 lose zum Faltenbalg 47 angeordnet sein.
Die dargestellte Ausgestaltung des Verbindungsbereiches zwischen den beiden Kapselungsbausteinen 2 und 3 ermöglicht es, die axiale Länge a des Ausgleichselementes auf die axiale Länge des Flansches 51 des Schottisolators 5 zu reduzieren.
Gemäss Fig. 3 kann dem Ausgleichselement 4 ein Lichtbogenschutz 44 zugeordnet sein, der im Wesentlichen rohrförmig gestaltet ist und einen Befestigungsflansch 45 aufweist. Dieser Befestigungsflansch ist an seinem äusseren Umfang mit dem entsprechenden Umfangsbereich des Faltenbalges 47 dicht verschweisst. Zur Aufnahme dieses Befestigungsflansches ist der Befestigungsflansch 41 des Ausgleichselementes 4 etwas dicker ausgebildet und mit einer entsprechenden Ausnehmung 46 versehen.
Gemäss Fig. 4 ist das Ausgleichselement 4 ohne einen zugehörigen Schottisolator zwischen den beiden Befestigungsflanschen 22 und 31 zweier Kapselungsbausteine angeordnet. Die Befestigungsflansche 22 und 31 haben dabei einen so kurzen Abstand, dass es notwendig ist, den Zuganker 61 so auszugestalten, dass das Federelement 62/63 axial geteilt und beiderseits des Flansches 22 angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt eine zu Fig. 2 analoge Anordnung mit dem Unterschied, dass das Ausgleichselement 7 als Schiebestück ausgebildet ist. Es weist hierzu zwei Schiebestückteile auf, die jeweils aus einem kurzen Rohrstück 71 bzw. 73 und einem anschliessenden Befestigungsflansch 72 bzw. 74 bestehen. Die beiden Rohrstücke überlappen sich teleskopartig unter Zwischenschaltung von Dichtringen 75.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung zwei nebeneinander angeordnete Schaltfelder 8 und 9 einer Hochspannungsschaltanlage, die über einen Kapselungsabschnitt 1 gemäss Fig. 1 miteinander verbunden sind. Jedes Schaltfeld weist u.a. einen Kapselungsbaustein 2 bzw. 3, einen Leistungsschalter 81 mit einem zugeordneten Stromwandlerbaustein 82 und einen Abgangstrenner-Baustein 83 auf. Für diese Schaltfeldanordnung ist die Schaltfeldteilung f eingezeichnet. Da alle Komponenten des Schaltfeldes, insbesondere auch die Kapselungsbausteine 2 bzw. 3, symmetrisch zu einer vertikalen Mittelebene M angeordnet sind, fällt auch die Mittelachse A des Schaltfeldes in diese Mittelebene M.
Hierzu ist bezüglich des Schaltfeldes 8 die symmetrische Ausgestaltung des Kapselungsbausteines 2 mit den Abmessungen b und die symmetrische Anordnung des Ausgleichselementes 4 und des scheibenförmigen Schottisolators 5 mit den Abmessungen a angegeben.
Encapsulation section of a gas-insulated high-voltage system provided with a compensating element and high-voltage switchgear system with such an encapsulation section.
The invention is in the field of energy distribution and can be used in the structural design of gas-insulated high-voltage systems, in particular high-voltage switchgear, which have an encapsulation section consisting of two encapsulation modules, with a compensation element in the form of a pleated sheet or a sliding piece being arranged between the two encapsulation modules.
In the case of encapsulated, gas-insulated high-voltage systems, it is necessary to use compensating elements to compensate for thermal expansion between different parts of the system. The bellows used for this (DE 3 546 011 A) or sliding pieces (DE 2 603 040 A, DE 2 364 600 A) are used primarily in the course of busbars, in high-voltage switchgear, but also within a switch panel and arranged between two encapsulation modules, whereby the two fastening flanges of a compensating element are connected gas-tight to the two facing connection flanges of the two encapsulation modules. It is necessary to assign tie rods to the compensating elements that absorb the gas pressure of the system.
Such tie rods can be attached directly to the two fastening flanges of the compensating elements (EP 0 537 868 A1, DE-Z "B 212, a new SF 6 system modular system for 72.5 to 170 kV" from Sprecher + Schuh, Druck No. 13.041d / 9.81 / 1/1, Figure 6) or - in the case of longer compensation lengths - be anchored to a flange of the compensation element and a flange of an encapsulation module that is further away.
For this purpose, the corresponding mounting flanges are provided with ear-like approaches.
Starting from an encapsulation section with the features of the preamble of claim 1, the invention is based on the object of designing the encapsulation section in such a way that the compensating element has the shortest possible overall length.
To achieve this object, the invention provides that the tie rods assigned to the compensating element — across the compensating element — are fixed to the two adjacent connecting flanges of the two encapsulation modules.
In such a configuration of the encapsulation section, the fastening flanges of the compensating element can have a relatively small wall thickness, since they no longer have to be dimensioned for the stress caused by the tie rods. The length of the compensating element also does not need to take into account the necessary length of the tie rods, because this can be taken into account in the area of the connecting flanges of the two encapsulation modules by suitable measures. This makes it possible to shorten the axial length of the compensating element to the maximum length required solely for axial compensation.
Experiments have shown that this axial length can be reduced to such an extent that it corresponds to the axial width of the mounting flange of disk insulators, as is usually the case in high-voltage systems for supporting the phase conductors between the flanges of adjacent encapsulation modules and for mutually sealing off panels and parts a control panel.
In the course of busbars, which are connected to the circuit breakers of a high-voltage switchgear via T or cross modules, with the T or cross modules being assigned a disk-shaped insulator on the one hand and a compensating element on the other, there is therefore the option of connecting the T or Cross module symmetrical to the connecting flange leading to the circuit breaker, so that the central plane of the components arranged in the longitudinal direction of the switch panel coincides with the central plane of the switch panel. This enables optimal use of the field division.
A bellows that has only two corrugations, for example, can be considered as a short compensating element. The two fastening flanges can be arranged loosely to the ends of the bellows and, in the assembled state, press these ends with the interposition of a sealing ring against the connecting flange of an encapsulation housing or a pane insulator connected to the adjacent encapsulation housing. A tubular arc protection for the bellows can be integrated into this embodiment in that it has a connecting flange welded to one end of the bellows.
On the other hand, a two-part sliding piece can be considered as a compensating element, each of the two sliding piece parts consisting of a short tube piece with a fastening flange and the two tube pieces overlapping telescopically with the interposition of sealing rings.
Encapsulation modules, to which a compensating element is assigned on one connection side, usually carry an insulator on the other connection flange for holding current-carrying parts. The invention makes it possible to give the compensating element the same axial length as the fastening flange of the insulator, so that the individual encapsulation module, including an insulator and a compensating element, can be designed symmetrically with respect to its central dimensions with respect to its central plane.
Embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 6. 1 shows an encapsulation section consisting of two encapsulation modules with a pane insulator and compensating element assigned to each encapsulation module, FIG. 2 shows the configuration of the connection area between the two encapsulation modules according to FIG. 1. FIG. 3 shows a constructional configuration according to FIG. 2 with additionally arranged arc protection for the bellows, Fig. 4 the connection area of two encapsulation modules without an insulator arranged there, Fig. 5 a connection area according to Fig. 4 using a sliding piece as a compensation element and Fig. 6 the assignment of an encapsulation section according to Fig. 1 to two panels of a high-voltage switchgear.
Fig. 1 shows an encapsulation section 1, which consists of two encapsulation modules 2 and 3, which are part of a busbar of a high-voltage switchgear. The encapsulation modules serve to accommodate a combined disconnector / earthing switch for a three-phase encapsulated switchgear. Each encapsulation module has a first connection flange 21 or 31 and a second connection flange 22 or 32 and is provided with a third connection flange 23 or 33 for connection to further system parts. Each encapsulation module is further assigned a disc-shaped bulkhead insulator 5 on one connecting flange 21 and 31 and a compensating element 4 on the other connecting flange 22 and 32. A compensating element 4 and a bulkhead insulator 5 are therefore arranged next to one another between the connecting flanges 22 and 31.
2, the connecting flanges 22 and 31 of the two encapsulation modules are provided with ear-like projections 24, 34, to which a tie rod 6 is attached. Such tie rods, which are designed in a known manner, are arranged several times on the circumference of the flange 22 and 31. These tie rods overlap the compensating element 4 and have no direct connection to it. It is therefore possible to dimension the fastening flanges 41 and 42 of the compensating element 4 so small or, in particular, so narrow in terms of their wall thickness that they merely have the function of sealingly fixing the bellows 47 to the end faces of the fastening flange 31 and the bulkhead insulator 5. Corresponding sealing rings 43 are provided for this.
In this configuration of the compensating element, the fastening flanges 41, 42 can be arranged loosely with respect to the bellows 47.
The illustrated configuration of the connection area between the two encapsulation modules 2 and 3 makes it possible to reduce the axial length a of the compensating element to the axial length of the flange 51 of the bulkhead insulator 5.
According to FIG. 3, the compensating element 4 can be assigned an arc protection 44 which is essentially tubular and has a fastening flange 45. This fastening flange is tightly welded to the corresponding peripheral region of the bellows 47 on its outer circumference. To accommodate this mounting flange, the mounting flange 41 of the compensating element 4 is made somewhat thicker and provided with a corresponding recess 46.
4, the compensating element 4 is arranged without an associated bulkhead insulator between the two fastening flanges 22 and 31 of two encapsulation modules. The mounting flanges 22 and 31 have such a short distance that it is necessary to design the tie rod 61 in such a way that the spring element 62/63 is axially divided and arranged on both sides of the flange 22.
FIG. 5 shows an arrangement analogous to FIG. 2 with the difference that the compensating element 7 is designed as a sliding piece. For this purpose, it has two sliding piece parts, each of which consists of a short pipe section 71 or 73 and a subsequent fastening flange 72 or 74. The two pipe sections overlap telescopically with the interposition of sealing rings 75.
FIG. 6 shows a schematic illustration of two switch panels 8 and 9 of a high-voltage switchgear arranged side by side, which are connected to one another via an encapsulation section 1 according to FIG. 1. Each panel has an encapsulation module 2 or 3, a circuit breaker 81 with an associated current transformer module 82 and an outgoing circuit breaker module 83. The panel division f is shown for this panel arrangement. Since all components of the switch panel, in particular also the encapsulation modules 2 and 3, are arranged symmetrically to a vertical center plane M, the center axis A of the switch panel also falls into this center plane M.
For this purpose, the symmetrical configuration of the encapsulation module 2 with the dimensions b and the symmetrical arrangement of the compensating element 4 and the disk-shaped bulkhead insulator 5 with the dimensions a are given with respect to the switching field 8.