DE102004032018A1

DE102004032018A1 - Kapselungsgehäuse einer Elektroenergieübertragungseinrichtung mit einer Teilchenfalle

Info

Publication number: DE102004032018A1
Application number: DE102004032018A
Authority: DE
Inventors: Andrzej Dipl.-Ing. Nowakowski; Christian Dipl.-Ing. Trempler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-01-12
Also published as: WO2006000178A1; CN1989671A; US20080290739A1; CN1989671B; EP1761983A1; US7858877B2

Abstract

Eine Teilchenfalle (4, 5) weist eine Abdeckhaube (7) auf, die mittels einer Abschirmfläche (10) einen Abschirmbereich dielektrisch schirmt. Die Abschirmfläche (10) weist eine konkave Krümmung auf. Quer zu der konkaven Krümmung ist die Abschirmfläche (10) im Bereich eines Tiefpunktes der konkaven Krümmung mit quer zur konkaven Krümmung abfallenden Flächenbereichen versehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Teilchenfalle, die eine Abdeckhaube mit einer Abschirmfläche zur dielektrischen Abschirmung eines Abschirmbereiches aufweist, für ein Kapselungsgehäuse einer Elektroenergieübertragungseinrichtung, wobei die Abschirmfläche eine konkave Krümmung mit einem Tiefpunkt aufweist.

Eine derartige Teilchenfalle ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 00 720 A1 bekannt. Bei der dortigen Anordnung ist ein elektrischer Leiter innerhalb eines rohrförmigen Kapselungsgehäuses angeordnet. Im Bodenbereich des Kapselungsgehäuses sind zwei metallische Halbschalen angeordnet. Die metallischen Halbschalen bilden eine Längsnut aus. Diese Längsnut bildet einen feldschwachen Raum, welcher der Aufnahme von Partikeln dient.

Bei der bekannten Teilchenfalle sind die Halbschalen über einen großen Bereich zu positionieren sowie zueinander auszurichten. Durch die metallischen Halbschalen ist zwar ein großer Abfangbereich für Partikel gebildet, so dass auch bei einem Verkippen oder Verdrehen des dortigen Kapselungsgehäuses ein Einfangen von Teilchen möglich ist, jedoch weist diese Anordnung den Nachteil auf, dass die zwischen den Schalen gebildete Längsnut einen vergleichsweise schmalen Abschnitt im Bodenbereich einnimmt. So ist es beispielsweise möglich, dass bei einem Verkippen die Längsnut seitlich liegt. Somit können die Teilchen nicht mehr in die Längsnut hineinrutschen. Die Funktion des Weiterleitens bzw. endgültigen Abschirmens von Teilchen kann die Längsnut so nicht erfüllen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Teilchenfalle für ein Kapselungsgehäuse einer Elektroenergieübertragungseinrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die Teilchenfalle auch bei einem Verkippen des Kapselungsgehäuses ihre Wirksamkeit beibehält.

Die Aufgabe wird bei einer Teilchenfalle der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abschirmfläche im Bereich des Tiefpunktes zumindest einen quer zur konkaven Krümmung abfallenden Flächenbereich aufweist.

Durch die konkave Krümmung werden Teilchen, die innerhalb breiter Raumabschnitte anfallen können, zu einem Tiefpunkt in der Abschirmfläche bezüglich der konkaven Krümmung hingeleitet. Der Tiefpunkt kann dabei beispielsweise mit dem Scheitelpunkt der konkaven Krümmung übereinstimmen, jedoch auch von diesem verschieden sein, sobald die konkav gekrümmte Abschirmfläche verkippt angeordnet ist. Durch zumindest einen im Bereich des Tiefpunktes angeordneten abfallenden Flächenbereich, der quer zu der konkaven Krümmung verläuft, können die Teilchen schnell von der Abschirmfläche fortgeleitet werden. Durch diese Konstruktion ist es nicht mehr erforderlich, die Abschirmfläche selbst mit Öffnungen für die Teilchen zu versehen. Dadurch ist es möglich, die Schirmfläche homogener auszugestalten. Die Kombination von konkaver Krümmung und quer abfallendem Flächenbereich ermöglicht es, die Teilchen rasch von der Abschirmfläche abzuleiten und in dielektrisch geschirmten Bereichen zur Ruhe kommen zu lassen. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn bezüglich der konkaven Fläche beidseitig abfallende Flächen vorgesehen sind. Da durch ent steht eine gleichmäßig geformte Abdeckhaube, die leicht fertigbar ist und an verschiedenen Positionen innerhalb eines Kapselungsgehäuses einsetzbar ist. Aufgrund der konkaven Krümmung ist es beispielsweise möglich, ein und dasselbe Kapselungsgehäuse mit ein und derselben Abdeckhaube in verschiedenen verkippten Lagen einzusetzen. Unabhängig von der Lage ist das Einsammeln von Teilchen über die konkaven Krümmung der Abschirmfläche gewährleistet. Aufgrund der quer zur Krümmung abfallenden Flächenbereiche werden auch bei einem Verkippen des Gehäuses weiterhin Teilchen rasch von der Abschirmfläche fortgeleitet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Abschirmfläche nach Art einer Sattelfläche geformt ist.

Aufgrund ihrer Formgebung ist eine Sattelfläche dazu in der Lage, selbst bei einem Verkippen ein Ablaufen von Fremdteilchen von der Abschirmfläche zu gewährleisten. Da sich eine derartige Fläche mathematisch eindeutig beschreiben lässt, sind die Ausdehnungen bzw. Krümmungsradien der einzelnen Flächenbereiche leicht veränderbar und anpassbar.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Abschirmfläche in Richtung der konkaven Krümmung eine größere Ausdehnung aufweist als in Richtung des abfallenden Flächenbereiches.

Bei einer derartigen Dimensionierung einer Abdeckhaube einer Teilchenfalle ist es möglich, relativ schmale streifenartig konkav gekrümmte Flächen auszunutzen. Diese schmalen Abdeckhauben lassen sich auch in Engstellen innerhalb eines Gehäuses leicht anordnen. Trotz ihrer geringen Abmessungen weisen sie weiterhin den Vorteil auf, dass sie bei einem Verkippen oder Verkanten des Gehäuses eine zuverlässige Ableitung von Teilchen in den durch die Abschirmfläche geschirmten Bereich gewährleisten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Abschirmfläche an dem Kapselungsgehäuse eine Vertiefung unter Freilassung einer Einfallöffnung überspannt.

Bei der Nutzung einer Vertiefung für eine Teilchenfalle kann die Abdeckhaube dazu benutzt werden, die um die Vertiefung herum liegende Form der inneren Wandung des Kapselungsgehäuses nachzubilden bzw. aufzunehmen. Dadurch entsteht eine homogene innere Oberfläche des Kapselungsgehäuses. Lediglich durch die notwendige Einfallöffnung wird nunmehr die Innenkontur des Kapselungsgehäuses leicht beeinträchtigt. Durch eine Abrundung von Kanten kann dies jedoch auf ein geringes Maß reduziert werden. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Abdeckhaube mit der Abschirmfläche derart an die vorgegebene innere Form des Kapselungsgehäuses angepasst ist, dass die Vertiefung unter Freilassung einer kleinen Öffnung verschlossen ist. Durch die Vertiefung wird das Aufnahmevermögen der Teilchenfalle erhöht. Die Vertiefung erschwert das ungewollte Herausschleudern eingefangener Teilchen aus der Teilchenfalle.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Einfallöffnung ein um die Abschirmfläche umlaufender Spalt ist.

Ein um die Abschirmfläche umlaufender Spalt stellt eine vergleichsweise große Einfallöffnung dar. Aus allen Bereichen oder Richtungen können nunmehr die Teilchen direkt in die Teilchenfalle einfallen. Dabei kann die Befestigung der Abschirmhaube derart erfolgen, dass zentrisch in der Vertiefung Tragelemente angeordnet sind, an welchen die Abdeckhaube beispielsweise mittels Schrauben oder Schweißverfahren befestigt wird. Die Abdeckhaube erstreckt sich dann schirmartig über dem Abschirmbereich, welcher vorteilhaft in der Vertiefung liegt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kapselungsgehäuse das Gehäuse eines Hochspannungs-Leistungsschalters ist, das einen im Wesentlichen rohrförmigen Querschnitt aufweist, wobei das Gehäuse in einem mittleren Abschnitt eine den Querschnitt vermindernde Einschnürung aufweist.

Hochspannungsleistungsschalter sind aufgrund der zu erbringenden Schaltleistungen erhöhten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Diese Beanspruchungen bewirken eine Vibration des Kapselungsgehäuses. Dadurch ist es möglich, dass sich dielektrisch ungünstig auswirkende Teilchen beispielsweise von bewegten Teilen oder von Oberflächen des Kapselungsgehäuses lösen. Durch die Einschnürung im mittleren Bereich des Gehäuses sind auftretende Teilchen gezwungen, in die Randbereiche des Kapselungsgehäuses abzuwandern. Dort befinden sich dielektrisch günstigere Bereiche, da sich zentrisch in dem Gehäuse des Leistungsschalters meist die Unterbrechereinheit befindet. Durch die Einschnürung erfolgt eine Taillierung des rohrförmigen Kapselungsgehäuses. Besonders vorteilhaft ist es, dass das Gehäuse beispielsweise um die Längsachse verkippt werden kann und weiterhin die volle Wirksamkeit der Teilchenfalle gewährleistet ist. Diese Wirksamkeit wird weiterhin durch den im mittleren Abschnitt verringerten Querschnitt unterstützt.

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine erste und eine zweite Teilchenfalle jeweils in einem der Endbereiche des Gehäuses angeordnet sind.

Bei einer Anordnung einer ersten und einer zweiten Teilchenfalle jeweils in den Endbereichen des Gehäuses, ist der durch die Teilchen zurückzulegende Weg verringert, bevor sie in einen Feldschatten eintreten. Weiterhin ist das Aufnahmevermögen innerhalb des Gehäuses vergrößert, da nunmehr zwei Teilchenfallen zur Verfügung stehen.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass an dem Kapselungsgehäuse, der Teilchenfalle im Wesentlichen diametral gegenüberliegend, ein Gehäuseflansch angeordnet ist.

Durch die Anordnung eines gegenüberliegenden Gehäuseflansches ist es möglich, die Montage der Teilchenfalle durch diesen Flansch hindurch vorzunehmen bzw. vorzubereiten. Dadurch ergibt sich eine leichte Montage, die mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt werden kann. Weiterhin kann der Gehäuseflansch beispielsweise dazu genutzt werden, um einen Leiter, beispielsweise mittels Freiluftdurchführungen, in das Innere des Kapselungsgehäuses einzuführen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
1 ein Gehäuse eines Hochspannungsleistungsschalters mit einer ersten und einer zweiten Teilchenfalle, die
2 einen Schnitt durch die erste Teilchenfalle quer zu einer konkaven Krümmung, die
3 einen Schnitt durch die Teilchenfalle längs zu der konkaven Krümmung, die
4 eine perspektivische Ansicht einer Abdeckhaube, die
5 eine perspektivische Ansicht der Abdeckhaube mit einem Schnitt längs der konkaven Krümmung und die
6 eine perspektivische Ansicht der Abdeckhaube mit einem Schnitt quer zur konkaven Krümmung.
Die 1 zeigt ein teilweise freigeschnittenes Kapselungsgehäuse 1 eines Hochspannungsleistungsschalters. Das Kapselungsgehäuse 1 weist eine im Wesentlichen rohrförmige Grundstruktur auf. Endseitig sind an dem Kapselungsgehäuse 1 Flanschöffnungen 2, 3 angeordnet. Durch die Flanschöffnungen 2, 3 sind eine Unterbrechereinheit, Lagerelemente usw. in das Kapselungsgehäuse 1 einbringbar. Die Flanschöffnungen 2, 3 sind mittels Flanschdeckeln verschließbar. Im Bodenbereich des Kapselungsgehäuses 1 sind eine erste Teilchenfalle 4 sowie eine zweite Teilchenfalle 5 angeordnet. Beispielhaft soll anhand der ersten Teilchenfalle 4 deren Aufbau und Funktion beschrieben werden. Die zweite Teilchenfalle 5 weist einen im Wesentlichen gleichen Aufbau auf. Lediglich die Ausgestaltung der Abdeckhaube weicht von der Ausgestaltung der ersten Teilchenfalle 4 ab. Die erste Teilchenfalle 4 ist an einer Vertiefung 6 des Kapselungsgehäuses 1 angeordnet. Die Vertiefung 6 ist aus dem gewölbten Bodenbereich des Kapselungsgehäuses 1 herausgeprägt und wird von einer Abdeckhaube 7 überspannt. Die Abdeckhaube 7 ist an einem im Innern der Vertiefung 6 angeordneten Stutzen 8 befestigt. Die Abdeckhaube 7 weist eine gekrümmte Struktur auf, die die Wölbung des Kapselungsgehäuses 1 aufnimmt und annähernd nachbildet. Dabei ist die Ab deckhaube 7 derart dimensioniert, dass eine Einfallöffnung in Form eines um die Abdeckhaube 7 umlaufenden Spaltes 9 gebildet ist. Die Abdeckhaube 7 weist eine Abschirmfläche 10 auf. Die Abschirmfläche 10 schirmt den unter ihr in Richtung der Vertiefung 6 liegenden Bereich dielektrisch ab. Die Abschirmfläche 10 ist in senkrecht zur Zeichenebene verlaufender Richtung konkav gebogen. An dem Tiefpunkt der Abschirmfläche 10 bezüglich ihrer konkaven Krümmung ist quer zu der konkaven Krümmung ein abfallender Flächenbereich angeordnet. Im vorliegenden Fall ist der abfallende Flächenbereich derart ausgestaltet, dass im Zusammenspiel der konkaven Krümmung die Abschirmfläche 10 als Sattelfläche ausgeformt ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist es sichergestellt, dass auf die Abschirmfläche 10 fallende Teilchen schwerkraftgetrieben in den umlaufenden Spalt 9 hineinfallen. Dies ist auch dann der Fall, wenn das Kapselungsgehäuse verdrehte bzw. verkippte Lagen einnimmt. Abweichend davon, ist bei der zweiten Teilchenfalle 5 der Tiefpunkt der konkaven Krümmung der Abschirmfläche 10 derart ausgestaltet, dass Flächenbereiche beidseitig abfallen. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die Abdeckhaube 7 selbst schräg über der Vertiefung 6 angeordnet ist, so dass eine bevorzugte Ablaufrichtung für Teilchen entsteht.
Die erste Teilchenfalle 4 sowie die zweite Teilchenfalle 5 sind jeweils an einem der Endbereiche des Kapselungsgehäuses 1 angeordnet. Zentrisch weist das Kapselungsgehäuse 1 eine Einschnürung 11 auf. Durch diese Einschnürung 11 ist der Bodenbereich des Kapselungsgehäuses mit einem Gefälle versehen, so dass Teilchen schwerkraftgetrieben jeweils zu einer der Teilchenfallen 4, 5 wandern. Weiterhin sind die Endbereiche des Kapselungsgehäuses 1 konisch ausgestaltet, so dass auch in diesem Bereich auftretende Teilchen in Richtung der Teil chenfallen 4, 5 wandern können. Den Teilchenfallen 4, 5 jeweils annähernd diametral gegenüberliegend sind ein erster sowie ein zweiter Gehäuseflansch 12, 13 angeordnet. An die Gehäuseflansche 12, 13 sind beispielsweise Freiluftdurchführungen anflanschbar, welche der Zuführung von elektrischen Leitungen in das Innere des Kapselungsgehäuses 1 dienen. Unerwünschte Teilchen entstehen beispielsweise an Gelenken, Lagerbuchsen, Steckverbindungen und anderen mechanisch aneinander reibenden Teilen. Durch die Anordnung unterhalb der Gehäuseflansche können Teilchen unmittelbar in die Teilchenfallen 4, 5 fallen. Dadurch gelangen sie rasch in dielektrisch geschirmte Bereiche und das Auftreten von Teilentladungen oder anderen Störungen des elektrischen Feldes wird so unterbunden. Weiterhin können über den ersten und den zweiten Gehäuseflansch 12, 13 Montagearbeiten an den Teilchenfallen 4, 5 vorgenommen werden.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der ersten Teilchenfalle 4. Erkennbar ist die Vertiefung 6, über welcher sich die Abdeckhaube 7 erstreckt. Erkennbar ist auch der Tiefpunkt der konkaven Krümmung, von welchem sich die abfallenden Flächenbereiche erstrecken. Das Kapselungsgehäuse 1 sowie die Abdeckhaube 7 sind aus elektrisch leitendem Material gefertigt und weisen beide das gleiche Potential auf. Dies ist meist ein Erdpotential. Dadurch entsteht eine Elektrodenanordnung, die im Innern der Teilchenfalle einen feldfreien Raum ausbildet. In diesen feldfreien Raum können sich Teilchen, wie beispielweise Metallspäne, Lacksplitter, Staub und andere Verschmutzungen, absetzen.
In der 3 ist ein Schnitt durch das in der 1 dargestellte Kapselungsgehäuse 1 abgebildet. Die Schnittebene liegt senkrecht zu der Zeichenebene der 1. Zu erkennen ist die konkave Krümmung der Abschirmfläche 10 der ersten Teilchenfalle 4. Je nach dem wie das Kapselungsgehäuse 1 aus der Senkrechten ausgelenkt ist, ergibt sich jeweils ein veränderter Tiefpunkt der Abschirmfläche (siehe Pfeil 14). Unabhängig von der Auslenkung ist es jedoch aufgrund der quer zur konkaven Krümmung abfallenden Flächenbereiche stets gewährleistet, dass auf der Abschirmfläche zur Ruhe gelangende Teilchen in den geschirmten Bereich der Teilchenfalle abgleiten können. Dabei ist es vorgesehen, dass die Ausdehnung der Abschirmfläche in Richtung der konkaven Krümmung (in Richtung der Schnittebene der 3) eine größere Ausdehnung aufweist als in Richtung der abfallenden Flächenbereiche (Schnittebene 1). Somit entsteht eine schmale Abdeckhaube 7, die an vielen Positionen eines Kapselungsgehäuses 1 anbringbar ist. In der Draufsicht entsteht so der Eindruck eines schmalen langgestreckten Streifens, der entsprechende Abrundungen aufweist.
Die 4 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltungsvariante einer Abdeckhaube 7a. Die Abdeckhaube 7a ist konkav gebogen und an ihren freien Enden abgerundet. In der 5 ist die konkave Formung der Abschirmfläche 10a erkennbar. Die Schirmfläche 10a weist quer zur konkaven Krümmung verlaufende Flächenbereiche auf. Diese sind beidseitig pultartig abfallend ausgebildet (6). Aneinander stoßende Bereiche sind ineinander übergehend abgerundet ausgestaltet.

Claims

Teilchenfalle (4, 5), die eine Abdeckhaube (7) mit einer Abschirmfläche (10) zur dielektrischen Abschirmung eines Abschirmbereiches aufweist, für ein Kapselungsgehäuse (1) einer Elektroenergieübertragungseinrichtung, wobei die Abschirmfläche (10) eine konkave Krümmung mit einem Tiefpunkt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmfläche (10) im Bereich des Tiefpunktes zumindest einen quer zur konkaven Krümmung abfallenden Flächenbereich aufweist.
Teilchenfalle (4, 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmfläche (10) nach Art einer Sattelfläche geformt ist.
Teilchenfalle (4, 5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmfläche (10) in Richtung der konkaven Krümmung eine größere Ausdehnung aufweist als in Richtung des abfallenden Flächenbereiches.
Teilchenfalle (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmfläche (10) an dem Kapselungsgehäuse (1) eine Vertiefung (6) unter Freilassung einer Einfallöffnung überspannt.
Teilchenfalle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfallöffnung ein um die Abschirmfläche (10) umlaufender Spalt (9) ist.
Teilchenfalle (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungsgehäuse (1) das Gehäuse eines Hochspannungs-Leistungsschalters ist, das einen im Wesentlichen rohrförmigen Querschnitt aufweist, wobei das Gehäuse in einem mittleren Abschnitt eine den Querschnitt vermindernde Einschnürung (11) aufweist.
Teilchenfalle (4, 5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilchenfalle (4) und eine zweite Teilchenfalle (5) jeweils in einem der Endbereiche des Gehäuses angeordnet sind.
Teilchenfalle (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kapselungsgehäuse (1), der Teilchenfalle (4, 5) im Wesentlichen diametral gegenüber liegend, ein Gehäuseflansch (12, 13) angeordnet ist.