DE10139624C1 - Elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder Hochspannung - Google Patents
Elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder HochspannungInfo
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Abstract
Um die äußere Spannungsfestigkeit einer Unterbrechereinheit (3) zu gewährleisten, ist die Unterbrechereinheit (3) innerhalb eines Gehäuses (2, 22) angeordnet. Das Gehäuse (2, 22) ist mit einem Isolierstoff (6) gefüllt. Der Isolierstoff (6) ist ein weiches Gel, insbesondere ein tixotropes Gel.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät
für Mittel- oder Hochspannung zur Unterbrechung eines elekt
rischen Strompfades mittels einer Unterbrechereinheit, die
innerhalb eines mit einem als Isolierstoff wirkenden Gel
gefüllten Gehäuses angeordnet ist.
Ein elektrisches Schaltgerät ist beispielsweise aus dem US-
Patent Nr. 3,471,669 bekannt. Das bekannte Schaltgerät weist
eine Unterbrechereinheit zum Unterbrechen eines Strompfades
mittels eines bewegbaren Kontaktstückes auf. Zum Antrieb des
bewegbaren Kontaktstückes ist eine Antriebseinrichtung
vorgesehen. Die Unterbrechereinheit sowie die An
triebseinrichtung sind innerhalb eines metallischen Gehäuses
angeordnet. Innerhalb des Gehäuses werden die Unterbrecher
einheit sowie die Antriebseinrichtung durch einen dauerhaft
elastischen Isolierstoff positioniert. Dieser Isolierstoff
ist ein fester Formkörper, durch welchen eine Antriebsstange
sowie die elektrischen Anschlusstücke hindurchgeführt sind.
Bei einem derartig gekapselten Schaltgerät gestaltet sich die
Wartung der Unterbrechereinheit sowie des Antriebes verhält
nismäßig aufwendig. Zu Wartungsarbeiten muss der feste Iso
lierstoff entfernt werden, um an die von ihm umhüllten Bau
gruppen zu gelangen. Dabei wird der feste Isolierstoff zer
stört. Eine nochmalige Verwendung dieses elastischen Isolier
stoffes ist dann nicht möglich. Aufgrund von den im Mittel-
oder Hochspannungsbereich auftretenden elektrischen Feldstär
ken ist eine Fertigung des elastischen Isolierstoffes in Ein
zelteilen und eine entsprechende Anordnung der Einzelteile um
die Baugruppen herum nicht möglich. Die bei einer derartigen
Konstruktion entstehenden Stossstellen würden die Entstehung
von unerwünschten Teilentladungen begünstigen.
Weiterhin ist in dem Beitrag "Trockene Freiluftendverschlüsse
mit Stützeigenschaften" (Eitle, Kaumanns; Elektrizitätswirt
schaft, Jg. 99 (2000), Heft 11, Seiten 36-38) der Einsatz von
Silikonkunststoffen als Vergussmasse für Kabelgarnituren,
insbesondere für Freiluftendverschlüsse von VPE-Hochspan
nungskabeln beschrieben.
Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 8098341 geht eine
Vakuumschaltröhre hervor, welche innerhalb eines isolierenden
Zylinders von einem Gel gegeben ist.
Weiterhin ist aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0 354 494 A1 eine Schaltanlage bekannt, deren Unterbre
chereinheiten mit einem Gel umhüllt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art so auszu
bilden, dass ein verbesserter Wärmetransport durch den Iso
lierstoff hindurch ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird bei einem elektrischen Schaltgerät der ein
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der
Isolierstoff Füllkörper aufweist.
Durch die Verwendung eines Gels ist es möglich, die von ihm
umschlossenen Baugruppen, wie beispielsweise die Un
terbrechereinheit, zu Wartungszwecken aus dem Isolierstoff zu
entfernen und den Isolierstoff nach erfolgter Wartung wider
zu verwenden. Die gelartigen Eigenschaften des Isolierstof
fes, bedingt durch eine festere Bindung der Moleküle des Iso
lierstoffes untereinander als bei einer Flüssigkeit und
gleichzeitig eine wesentlich schwächere Bindung der Moleküle
als bei einem festen Stoff, gestatten es, einen derartigen
Isolierstoff wiederholt um eine zu isolierende Baugruppen
herum anzuordnen. Es kann somit auf eine Zerstörung der be
kannten festen Isolierung verzichtet werden. Durch
Füllkörper, welche von dem Gel umgeben sind, ist ein
verbesserter Wärmetransport aus dem Innern des elektrischen
Schaltgerätes durch den Isolierstoff hindurch ermöglicht.
Dabei bleiben die oben genannten vorteilhaften Eigenschaften
des Gels erhalten. Gegenüber den
darüber hinaus bekannten flüssigen bzw. gasförmigen Isolier
stoffen weist insbesondere die Verwendung eines thixotropen
Gels Vorteile auf. Bei flüssigen und gasförmigen Isolierme
dien ist es notwendig, diese vor einer Wartung einer Unter
brechereinheit zu entfernen und zwischenzulagern. Dies ist
bei Einsatz eines thixotropen Gels nicht notwendig. Dieses
braucht nur je nach Bedarf aus dem Gehäuse entnommen zu wer
den. Aufgrund der weichen Struktur ist es möglich, Baugruppen
aus ihm herauszuziehen, ohne die mechanischen Eigenschaften
des thixotropen Gels nachteilig zu beeinflussen. Beim Wieder
einbringen der Baugruppe verflüssigt sich das thixotrope Gel
und legt sich spaltenfrei um die Baugruppe. Anschließend ver
festigt sich das Gel.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Isolier
stoff ein weiches, vulkanisiertes Gel ist.
Ein weiches, vulkanisiertes Gel legt sich nahezu frei von
Spalten und Hohlräumen an Wandungen an. Dadurch ist gewähr
leistet, dass unerwünschte Hohlräume in diesen Bereichen ver
mieden sind. Ein derartiges Vulkanisat weist weiterhin eine
hohe Eigenklebrigkeit auf, welche den Isolierstoff ohne zu
sätzliche konstruktive Vorrichtungen an Oberflächen haften
lässt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht weiterhin vor, dass der
Isolierstoff ein Silicon enthält.
Silicone weisen günstige dielektrische Eigenschaften auf.
Darüber hinaus sind derartige Silicongele günstig zu verar
beiten.
In einem elektrischen Schaltgerät treten häufig wechselnde
Temperaturen auf. Diese Temperaturwechsel sind sowohl durch
äußere Einflüsse als auch durch Stromwärmeeffekte bedingt. Es
ist notwendig, dabei auftretende Volumenänderungen des Iso
lierstoffes auszugleichen. Ist der Isolierstoff selbst kom
pressibel, so kann auf den Einsatz von Ausdehnungsvolumina
verzichtet werden. Dadurch ist eine kompaktere und kosten
günstigere Bauweise eines Schaltgerätes möglich.
Kleinsthohlräume unterstützen die Kompressibilität des
Isolierstoffes. Die Größe dieser Kleinsthohlräume ist dabei
so gewählt, dass die Teilentladungsfestigkeit des Iso
lierstoffes nicht vermindert wird. Derartige Kleinsthohlräume
können durch Aufschäumen des Gels oder vorteilhaft auch da
durch geschaffen werden, dass der Isolierstoff Füllkörper
aufweist. Neben dem Einbringen von kompressiblen Füllkörpern
können derartige Füllkörper auch inkompressibel ausgebildet
sein. Als Füllkörper sind Polyethylen-Körper besonders geeig
net. Diese Füllkörper erhöhen die Wärmeleitfähigkeit des Iso
lierstoffes und tragen so dazu bei, dass eine unzulässige Er
wärmung des elektrischen Schaltgerätes vermieden wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das
Gehäuse ein Isoliergehäuse ist.
Durch den Einsatz von üblichen Isoliergehäusen können derar
tige Schalter in bereits bestehende Anlagen integriert wer
den. Ist die Verwendung von elektrisch leitendem Material für
das Gehäuse vorgesehen, so kann ein derartiges elektrisches
Schaltgerät mit geringem Aufwand in eine metallgekapselte,
elektrische Schaltanlage integriert werden.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Unter
brechereinheit eine Vakuumschaltröhre ist.
Vakuumschaltröhren eignen sich besonders zur Isolierung mit
einem thixotropen Isolierstoff. Eine Schaltröhre stellt eine
hermetisch abgeschlossene Unterbrechereinheit dar, die leicht
mit diesem Isolierstoff zu ummanteln ist.
Außerdem ist bei einem Verfahren zum Anordnen eines vorste
hend beschriebenen Isolierstoffes vorgesehen, dass der Iso
lierstoff in einem flüssigen Zustand in das Gehäuse einge
bracht wird und der Isolierstoff innerhalb des Gehäuses zu
einem weichen Gel vernetzt.
Durch die Anwendung eines derartigen Verfahrens ergeben sich
hinsichtlich der Fertigung derartig isolierter elektrischer
Schaltgerät Zeitersparnisse, da ein Isolierstoff im flüssigen
Zustand relativ schnell in das Gehäuse einbringbar ist. Das
Vernetzen zu einem weichen Gel kann dann innerhalb des Gehäu
ses erfolgen. Ein aufwendigeres Füllen der Gehäuse mit ver
netztem Isolierstoff kann so vermieden werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sche
matisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher be
schrieben.
Dabei zeigt die
Fig. 1 einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer
Vakuumschaltröhre und einem Isoliergehäuse und
die
Fig. 2 einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer
Vakuumschaltröhre und einem elektrisch leitenden
Gehäuse.
Der in Fig. 1 dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter 1
weist ein Isoliergehäuse 2 auf, in dessen Inneren eine Unter
brechereinheit 3 angeordnet ist. Die als Vakuumschaltröhre
ausgebildete Unterbrechereinheit 3 wird durch einen ersten
Sockel 4 und einen zweiten Sockel 5 im Innern des Isolierge
häuses 2 gehalten. Der erste Sockel 4 und der zweite Sockel 5
sind aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Zur Ein
bindung des Hochspannungs-Leistungsschalters 1 in ein Elekt
roenergieversorgungsnetz ist an dem ersten Sockel 4 ein ers
tes Anschlussstück 13 und an dem zweiten Sockel 5 ein zweites
Anschlussstück 14 angeordnet. Neben der Halterung der Vakuum
schaltröhre dienen der erste Sockel 4 und der zweite Sockel 5
der elektrischen Kontaktierung eines bewegbaren Kontaktstü
ckes 8 und eines feststehenden Kontaktstückes 9 der Vakuum
schaltröhre. Das feststehende Kontaktstück 9 ist mit dem ers
ten Sockel 4 unmittelbar elektrisch leitend verbunden. Das
bewegbare Kontaktstück 8 ist über Kontaktlamellen 10 mit dem
zweiten Sockel 5 elektrisch leitend verbunden. Zum Antreiben
des bewegbaren Kontaktstückes 8 ist eine isolierende An
triebsstange 12 an das bewegbare Kontaktstück 9 angekoppelt.
Der Hochspannungs-Leistungsschalter 1 ist von einem Stütziso
lator 11 getragen.
Die Fig. 2 zeigt einen weiteren Hochspannungs-Leistungs
schalter 21 mit einem metallischen Gehäuse 22. Die bauglei
chen Baugruppen der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aus
gestaltungsvarianten sind mit den selben Bezugszeichen verse
hen. Das erste und das zweite Anschlussstück 13, 14 sind iso
liert und abgedichtet durch das metallische Gehäuse 22 hin
durchgeführt. Die isolierende Antriebsstange 12 ist ebenfalls
abgedichtet durch das metallische Gehäuse 22 hindurchgeführt.
- Beispielhaft ist an der Oberseite des metallischen Gehäuses
22 bzw. des Isoliergehäuses 2 eine Einfüllöffnung 23a, b ange
ordnet. Mittels diesen Einfüllöffnungen 23a, b ist ein Iso
lierstoff in das metallische Gehäuse 22 bzw. in das Isolier
gehäuse 2 einfüllbar.
Das Innere des Isoliergehäuses 2 bzw. des metallischen Gehäu
ses 22 ist mit einem als Isolierstoff wirkenden Silicongel 6
gefüllt. Durch das Silicongel 6 ist die äußere Spannungsfes
tigkeit der Vakuumschaltröhre 3 zwischen dem ersten Sockel 4
und dem zweiten Sockel 5 sichergestellt. Weiterhin ist auch
die Spannungsfestigkeit zum metallischen Gehäuse 22 sicherge
stellt. Das Silicongel 6 weist einen Füllstoff 7 auf. Dieser
Füllstoff 7 kann elastisch kompressibel oder fest sein. Das
Silicongel 6 kann beispielsweise ein additionsvernetzender
Zwei-Komponenten-Siliconkautschuk sein. Dieser Silicon
kautschuk vulkanisiert nicht zu einem Silicongummi im her
kömmlichen Sinn, sondern ergibt ein weiches Vulkanisat. Das
Silicongel 6 weist eine sehr geringe Härte auf. Ein Silicon
gel 6 mit passender Eigenschaft wird beispielsweise von der
Fa. Wacker-Chemie-GmbH unter der Bezeichnung Wacker Power
sil®-Gel 79039 angeboten. Wird ein thixiotropes Gel verwen
det, verflüssigt sich dies bei mechanischer Einwirkung und
verfestigt sich wieder im Ruhezustand. Auf diese Weise werden
Hohlräume bei der Montage oder auch nach einer Wartung ver
mieden.
Claims (9)
1. Elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder Hochspannung zur
Unterbrechung eines elektrischen Strompfades mittels einer
Unterbrechereinheit (3), die innerhalb eines mit einem als
Isolierstoff wirkenden Gel gefüllten Gehäuses (2, 22)
angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Isolierstoff Füllkörper aufweist.
2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllkörper inkompressibel sind.
3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllkörper kompressibel sind.
4. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Isolierstoff (6) ein vulkanisiertes Gel ist.
5. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Isolierstoff (6) ein Silicon enthält.
6. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2) ein Isoliergehäuse ist.
7. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
des das Gehäuse (22) aus elektrisch leitendem Material be
steht.
8. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Unterbrechereinheit (3) eine Vakuumschaltröhre ist.
9. Verfahren zum Anordnen eines Isolierstoffs (6) gemäß einem
der vorgehenden Ansprüche um eine Unterbrechereinheit (3)
herum innerhalb eines Gehäuses (2, 22) eines elektrischen
Schaltgerätes,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Isolierstoff (6) in einem flüssigen Zustand in das Ge
häuse eingebracht wird und der Isolierstoff (6) innerhalb des
Gehäuses (2, 22) zu einem weichen Gel vernetzt.
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8304 | Grant after examination procedure | ||
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