DE10139624C1 - Elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder Hochspannung - Google Patents

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.