DE102017214318A1

DE102017214318A1 - Schalteinrichtung für Hochspannungen und Verfahren zum Abdichten einer Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE102017214318A1
Application number: DE102017214318.5A
Authority: DE
Inventors: Stephanie Anter; Mathias Hirsch; Ronald Puls
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung (1) für Hochspannungen und ein Verfahren zum gasdichten Abdichten eines Gehäuses (2) der Schalteinrichtung (1) im Bereich einer Durchführung (5) von Elementen einer kinematischen Kette (4) durch das Gehäuse (2). Die Schalteinrichtung (1) weist das Gehäuse (2) auf, welches mit wenigstens einem Gas befüllt ist, und die kinematische Kette (4) zum Antreiben von wenigstens einem Kontaktstück eines Hochspannungs-Schaltkontaktes. Die kinematische Kette (4) umfasst wenigstens ein Umlenkgetriebe mit einer ersten Dichtung (11) und einer zweiten Dichtung (12) zwischen dem Umlenkgetriebe und dem Gehäuse (2) im Bereich der Durchführung (5) durch das Gehäuse (2) angeordnet. Über die zwei Dichtungen (11, 12) wird das Gehäuse (2) im Bereich der Durchführung (5) gasdicht abgedichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für Hochspannungen und ein Verfahren zum Abdichten der Schalteinrichtung, mit einem Gehäuse, welches mit wenigstens einem Gas befüllt ist, und mit einer kinematischen Kette zum Antreiben von wenigstens einem Kontaktstück eines Hochspannungs-Schaltkontaktes, wobei die kinematische Kette wenigstens ein Umlenkgetriebe mit einer ersten Dichtung zwischen dem Umlenkgetriebe und dem Gehäuse im Bereich einer Durchführung durch das Gehäuse umfasst.
Eine Schalteinrichtung für Hochspannungen ist z. B. aus der DE 197 01 766 C1 bekannt. Dabei weist ein Hochspannungsleistungsschalter einen Schaltkontakt mit beweglichen Kontaktstücken auf, welche beim elektrischen Schalten durch Elemente einer kinematischen Kette angetrieben werden. Der Schaltkontakt ist in einem ersten Gehäuse angeordnet, welches mit einem Löschgas befüllt ist. Eine Schaltstange ist als Element der kinematischen Kette über einen Faltenbalg beweglich gelagert. Der Faltenbalg dichtet im Bereich der Schaltstange das Gehäuse gasdicht ab, wobei nur Translationsbewegungen über die Schaltstange in Verbindung mit dem Faltenbalg übertragen werden können. Das erste Gehäuse mit dem Schaltkontakt ist in einem zweiten Gehäuse angeordnet, welches mit einem Isoliergas befüllt ist. Das Löschgas als Schaltgas und das Isoliergas umfassen SF₆, wobei das Isoliergas einen höheren N₂ Anteil enthält als das Löschgas.
Eine Bewegung zum Schalten wird durch eine Kurbel als Antrieb erzeugt und auf eine Rotationswelle als Element der kinematischen Kette übertragen. Die Welle ist gasdicht in das zweite Gehäuse von außen nach innen geführt. Eine Schaltbewegung wird beim Schalten von der Welle mit Kurbel auf die Schaltstange übertragen, welche die beweglichen Kontaktstücke des Schaltkontakts antreibt. Dabei wird die Rotationsbewegung der Welle in eine Translationsbewegung der Schaltstange umgesetzt.
Hochspannungsleistungsschalter sind zum Schalten hoher Leistungen, insbesondere mit Strömen von bis zu einigen hundert Ampere und Spannungen von bis zu 1200 kV, ausgelegt. Gas bzw. Gasgemische, insbesondere mit SF₆, sorgen für eine gute elektrische Isolation im ausgeschalteten Zustand zwischen den Kontaktstücken des Schaltkontakts und ermöglichen das Löschen von Lichtbögen, welche beim Schalten zwischen den Kontaktstücken entstehen können. Dabei sind Gase, wie z. B. SF₆ klimaschädlich, und Gehäuse, welche diese Gase insbesondere unter Druck von z. B. einem Bar umfassen, sind gasdicht auszuführen. Um Klimaschutzauflagen zu erreichen, müssen die Gehäuse langzeitstabil, z. B. garantiert über 30 Jahre, gasdicht ausgebildet sein, d. h. sehr geringe Mengen an Gas bis hin zu keinem Gase dürfen entweichen. Bei höherem Druck im Gehäuse als außerhalb des Gehäuses, müssen insbesondere Durchführungen für Elemente der kinematischen Kette gut abgedichtet sein. Dabei muss die Abdichtung witterungsfest und langzeitstabil sein, insbesondere auch bei tiefen Temperaturen. Eine gute, langzeitstabile Abdichtung ermöglicht z. B. ein Faltenbalg und/oder die Verwendung von mehreren, ineinander geschachtelten Gehäusen.
Mehrere Gehäuse und/oder die Verwendung eines Faltenbalgs sind teuer, technisch aufwendig, und Rotationsbewegungen sind nicht ohne Beschädigung über einen Faltenbalg zu übertragen. Bekannte Materialien für Dichtungen mit guten Eigenschaften zum abdichten von Gasräumen, wie z. B. Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), weisen die guten Eigenschaften nur in einem bestimmten Temperaturbereich auf, z. B. zwischen +55 Grad Celsius und -40 Grad Celsius. Bei niedrigen Temperaturen, z. B. unterhalb -40 Grad Celsius, werden die Materialien zunehmend gasdurchlässig. NBR weist eine Glasübergangstemperatur von -42 Grad Celsius auf, ab welcher die Dichteigenschaften z. B. zum Abdichten von bewegten Wellen stark abnehmen.
Materialien, welche ihre bestimmten Eigenschaften unterhalb von -40 Grad Celsius behalten, z. B. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), weisen eine erheblich höhere Gasdurchlässigkeit z. B. im Bereich zwischen +55 Grad Celsius und -40 Grad Celsius auf als NBR, insbesondere die sechsfache Gasdurchlässigkeit. Dafür ist die Gasdurchlässigkeit bis zu tieferen Temperaturen, z. B. bis -60 Grad Celsius, relativ stabil.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung für Hochspannungen und ein Verfahren zum Abdichten einer Schalteinrichtung anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe, eine einfache und kostengünstige Schalteinrichtung für Hochspannungen anzugeben, welche kostengünstig, einfach und langzeitstabil eine gasdichte Durchführung einer insbesondere rotierenden Welle in ein gasdichtes Gehäuse eines Hochspannungs-Schaltkontakts ermöglicht, insbesondere für sehr tiefe Temperaturen von z. B. bis zu -60 Grad Celsius.
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalteinrichtung für Hochspannungen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zum Abdichten einer Schalteinrichtung der Hochspannungstechnik, insbesondere einer zuvor beschriebenen Schalteinrichtung, gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung für Hochspannungen und/oder des Verfahrens zum Abdichten einer Schalteinrichtung der Hochspannungstechnik, insbesondere einer zuvor beschriebenen Schalteinrichtung, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
Eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung für Hochspannungen umfasst ein Gehäuse, welches mit wenigstens einem Gas befüllt ist, und eine kinematischen Kette zum Antreiben von wenigstens einem Kontaktstück eines Hochspannungs-Schaltkontaktes. Die kinematische Kette umfasst wenigstens ein Umlenkgetriebe mit einer ersten Dichtung und mit wenigstens einer zweiten Dichtung zwischen dem Umlenkgetriebe und dem Gehäuse im Bereich einer Durchführung durch das Gehäuse.
Durch die Verwendung von zwei Dichtungen zwischen dem Umlenkgetriebe und dem Gehäuse im Bereich einer Durchführung durch das Gehäuse, wird eine einfache und kostengünstige Abdichtung des Gehäuses im Bereich der Durchführung geschaffen, welche selbst bei häufiger Bewegungen von Elementen des Umlenkgetriebes langzeitstabil ist. Im Unterschied zu einer Abdichtung mit Hilfe eines Faltenbalgs können über das Umlenkgetriebe in Verbindung mit den zwei Dichtungen auch Rotationsbewegungen sicher und langzeitstabil, gasdicht in das Gehäuse hinein übertragen werden. Insbesondere eine rotierbare Welle als Element des Umlenkgetriebes kann gasdicht an dem Gehäuse im Bereich der Durchführung durch das Gehäuse angeordnet sein und langzeitstabil eine Rotationsbewegung beim Schalten in das Gehäuse übertragen. Dadurch kann das Kontaktstück des Hochspannungs-Schaltkontaktes zuverlässig beim Schalten bewegt werden, z. B. angetrieben von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Antrieb, insbesondere Federspeicherantrieb. Eine hohe Gasdichtheit des Gehäuses der Schalteinrichtung, insbesondere auch für sehr tiefe Temperaturen von z. B. bis zu -60 Grad Celsius, wird über die zwei Dichtungen ermöglicht.
Die erste Dichtung kann aus einem ersten Material bestehen und die zweite Dichtung kann aus einem zweiten Material bestehen, wobei das erste und das zweite Material unterschiedlich sind. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien für die wenigstens zwei Dichtungen kann eine Verringerung der Gasdiffusion durch die Dichtungen erreicht werden, insbesondere über einen großen Temperaturbereich hinweg, und eine höhere Langzeitstabilität kann erreicht werden im Vergleich zu zwei Dichtungen aus ein und demselben Material. Die Materialien können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, z. B. unterschiedliche Gaspermeabilitäten und/oder mechanische Abriebfestigkeiten, Steifigkeiten, Porositäten, insbesondere unterschiedlich bei einer definierten Temperatur und einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen Innen- und Außendruck des Gehäuses. Dadurch können die Materialien derart gewählt werden, dass sie sich ergänzen und z. B. die erste Dichtung die Schwächen der zweiten Dichtung kompensiert und vice versa. Das Gesamtsystem aus zwei Dichtungen, insbesondere aus unterschiedlichen Materialien, weist langzeitstabil bessere Eigenschaften bezüglich der Gasdichtigkeit auf als zwei einzelne Dichtungen für sich betrachtet, insbesondere über einen größeren Temperaturbereich hinweg.
Das erste Material der ersten Dichtung kann Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) umfassen und/oder sein, und das zweite Material der zweiten Dichtung kann Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) umfassen und/oder sein. EPDM weist eine erheblich höhere Gasdurchlässigkeit z. B. im Bereich zwischen +55 Grad Celsius und - 40 Grad Celsius auf als NBR, insbesondere die sechsfache Gasdurchlässigkeit. Dafür ist die Gasdurchlässigkeit bis zu tieferen Temperaturen, z. B. bis -60 Grad Celsius, relativ stabil. Die Kombination von wenigstens zwei Dichtungen, eine aus NBR und eine aus EPDM, ermöglicht eine hohe Gasdichtheit im Bereich zwischen +55 Grad Celsius und -40 Grad Celsius und eine geringere Abnahme der Gasdichtheit bei niedrigeren Temperaturen, z. B. bis -60 Grad Celsius. Dadurch erhöht sich der sichere Einsatzbereich der Schalteinrichtung auch bei tiefen Temperaturen, wobei ein Entweichen umweltschädlicher, insbesondere klimaschädlicher Gase verhindert oder zumindest auf ein Minimum verringert wird.
Die erste und/oder die zweite Dichtung können in Form eines Dichtrings, insbesondere eines Radialwellendichtrings, ausgebildet sein, insbesondere mit einer umlaufenden Ausnehmung in einer Oberfläche des Dichtrings. Die umlaufende Ausnehmung ermöglicht eine bessere Dichtung in Richtung Seitenflächen des Dichtrings insbesondere bei Kompression des Dichtrings durch den Einbau am Gehäuse, um z. B. eine Radialwelle insbesondere bei Rotation gut gasdicht abzudichten. Insbesondere kreisrunde Dichtringe und/oder Radialwellendichtringe sind gut geeignet Radialwellen zu lagern und drehbar abzudichten zu einem Gehäuse hin bzw. in einer Durchführung durch ein Gehäuse.
Die erste und zweite Dichtung können übereinander in Form eines Stapels angeordnet sein, insbesondere in direktem Kontakt miteinander. Dadurch ergibt sich ein kompakter, platzsparender Aufbau mit den zuvor beschriebenen Vorteilen.
Über die Dichtungen kann eine Welle des wenigstens einen Umlenkgetriebes in das Gehäuse der Schalteinrichtung geführt sein, und die Dichtungen können ausgebildet sein, das Gehäuse gasdicht im Bereich der Welle abzudichten, insbesondere bei einem Gasdruck im Gehäuse von mehr als einem Bar und/oder für eine Gasverlustrate von kleiner 0,1 %. Derartige Gasdrücke, insbesondere im Bereich von einem Bar, sind für ein zuverlässiges Schalten in Hochspannungsleistungsschaltern notwendig, insbesondere um ein zuverlässiges Löschen eines Lichtbogens beim Schalten zu erreichen. Vorschriften für Schalteinrichtung verlangen Gasverlustraten von kleiner 0,1 %, wobei insbesondere bei tiefen Temperaturen ein Erreichen dieser Werte durch die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit zwei Dichtungen möglich wird. Dadurch können Schalteinrichtungen gebaut werden, welche wenigstens bis zu -60 Grad Celsius einsetzbar und gasdicht sind.
Das Gehäuse kann mit einem Isoliergas, insbesondere Clean Air, und/oder einem Schaltgas, insbesondere SF₆, befüllt sein. Dabei kann ein Gas oder Gasgemisch verwendet werden, wobei im Weiteren unter Gas ein Gasgemisch oder ein reines Gas zu verstehen ist. Insbesondere Schaltgas aus SF₆ umfasst weitere Komponenten, wobei die Komponente SF₆ die kritische Komponente bezüglich Klimaverträglichkeit ist, und eine Gasdichtheit insbesondere in Richtung dieser Komponente optimiert wird. Clean Air, d. h. gereinigte Luft, besteht aus einem Gasgemisch, wobei eine gute Isolation im Gehäuse der Schalteinrichtung durch die unveränderte Zusammensetzung der Luft, insbesondere der getrockneten Luft erreicht wird. Gasdichtheit des Gehäuses ist somit sowohl von innen nach außen als auch umgekehrt sicherzustellen, um eine Umweltverträglichkeit und eine langzeitstabile, zuverlässige Funktion der Schalteinrichtung zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit wenigstens zwei Dichtungen ermöglicht ebenfalls z. B. selektiv zu einer Seite hin aggressive Gase über eine resistente Dichtung sicher zu bewahren, und gleichzeitig eine Diffusion von Gasen zu einer anderen Seite hin zu verhindern, über eine gasundurchlässige, aber nicht gegenüber den aggressiven Gasen langzeitstabile Dichtung. Bei Gasgemischen mit unterschiedlichen Gasen kann eine Dichtung eine hohe Dichtheit bezüglich einem Gas aufweisen und eine geringe Dichtheit gegenüber einem anderen Gas, und die andere Dichtung kann eine hohe Dichtheit bezüglich dem anderen Gas aufweisen und eine geringe Dichtheit gegenüber dem einen Gas. Über einen Stapel mit einer Vielzahl unterschiedlicher Dichtungen kann eine Vielzahl unterschiedlicher Gaskomponenten mit verschiedenen Gasmoleküldurchmessern und Eigenschaften zuverlässig abgeblockt bzw. zurückgehalten werden.
Die Schalteinrichtung kann ein Hochspannungsleistungsschalter sein, insbesondere zum Schalten von Spannungen von bis zu 1200 kV und/oder Strömen von einigen hundert Ampere. Das Gehäuse kann eine Polsäule insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters sein. Insbesondere bei hohen zu schaltenden Spannungen und Strömen sind für ein zuverlässiges Löschen von Lichtbögen und/oder für eine zuverlässige elektrische Isolation im Gehäuse besondere Gaszusammensetzungen notwendig und/oder hohe Gasdrücke erforderlich. Die zuvor beschrieben Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung von zwei Dichtungen finden in diesem Fall besonders Anwendung.
Das Gehäuse kann einen Isolator umfassen und/oder aus einem Isolator sein, insbesondere Keramik und/oder Silikon. Das Gehäuse hat dadurch eine hohe Gasdichtheit über den Gehäusekörper hinweg, und in Verbindung mit den zwei erfindungsgemäßen Dichtungen zwischen dem Umlenkgetriebe und dem Gehäuse im Bereich der Durchführung durch das Gehäuse ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile für die erfindungsgemäße Schalteinrichtung.
Die erste und zweite Dichtung im Verbund können bis mindestens -40 Grad Celsius, insbesondere bis mindestens -60 Grad Celsius gasdicht sein, insbesondere bei hohen Gasdrücken im Bereich von einigen Bar im Gehäuse.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abdichten einer Schalteinrichtung der Hochspannungstechnik, insbesondere einer zuvor beschriebenen Schalteinrichtung, umfasst, ein gasdichtes Gehäuse der Schalteinrichtung im Bereich der Durchführung von Elementen der kinematischen Kette über eine erste und eine zweite Dichtung gasdicht abzudichten.
Die Abdichtung kann über wenigstens zwei Dichtungen erfolgen, insbesondere über wenigstens zwei übereinandergestapelte Dichtungen, wobei die erste Dichtung Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) umfasst, und die zweite Dichtung Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) umfasst. Es können auch mehr als zwei Dichtungen verwendet werden.
Die Abdichtung kann über wenigstens zwei Dichtungen erfolgen, wobei die erste Dichtung eine höhere Gasdichtheit oberhalb -40 Grad Celsius hat als die zweite Dichtung, und die zweite Dichtung ihre Dichtungseigenschaften bis -60 Grad Celsius im Wesentlichen beibehält.
Die Dichtungen können das Gehäuse im Bereich einer bewegbaren und/oder rotierbaren Welle gasdicht abdichten, insbesondere bei einem Gasdruck im Gehäuse von mehr als einem Bar und/oder für eine Gasverlustrate von kleiner 0,1 %.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abdichten einer Schalteinrichtung der Hochspannungstechnik, insbesondere einer zuvor beschriebenen Schalteinrichtung, gemäß Anspruch 12 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung für Hochspannungen gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in der einzigen Figur dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die

Figur schematisch in Schnittansicht einen Pol einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 1 für Hochspannungen von unten betrachtet, wobei eine erste und eine zweite Dichtung 11, 12 zwischen einem Gehäuse 2 und einem Umlenkgetriebe der Schalteinrichtung 1 im Bereich einer Durchführung 5 durch das Gehäuse 2 angeordnet sind.

In der einzigen Figur ist schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung 1 für Hochspannungen von unten betrachtet dargestellt. Die Schalteinrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2 eines Pols der Schalteinrichtung 1, welches gasicht ausgeführt ist, und z. B. im Wesentlichen aus Silikon und/oder Keramik besteht. In dem Pol bzw. dem Gehäuse 2 sind wenigstens zwei Kontaktstücke eines Hochspannungs-Schaltkontaktes angeordnet, welche in der Figur der Einfachheit halber nicht dargestellt sind. Wenigstens ein Kontaktstück ist beweglich zum elektrischen Schalten des Hochspannungs-Schaltkontaktes angeordnet, verbunden mit Elementen einer kinematischen Kette 4 der Schalteinrichtung 1. Ein Antrieb, welcher in der Figur der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, z. B. ein Federspeicherantrieb, stellt Bewegungsenergie der kinematischen Kette 4 beim Schalten zur Verfügung, welche über die Elemente der kinematischen Kette 4 auf das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück im Gehäuse 2 übertragen wird.
Die kinematische Kette 4 umfasst ein Umlenkgetriebe, welches eine äußere Schaltstange 6, eine innere Schaltstange 7, und eine Welle durch eine Durchführung 5 des Gehäuses 2 aufweist. Die äußere Schaltstange 6 ist außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und mit dem Antrieb, z. B. über ein Getriebe, verbunden. Die innere Schaltstange 7 ist innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und mit dem wenigstens einem beweglichen Kontaktstück, z. B. über weitere Elemente wie z. B. Getriebe-Elemente der kinematischen Kette 4, verbunden. Die Welle durch die Durchführung 5 des Gehäuses 2 verbindet mechanisch die äußere mit der inneren Schaltstange 6, 7, um Bewegungsenergie beim Schalten vom Antrieb auf das wenigstens eine bewegliche Kontaktstück zu übertragen. Dabei wird die Bewegungsenergie von außerhalb des Gehäuses 2 in das Gehäuse 2 hinein übertragen.
Die Schaltstangen 6, 7 weisen jeweils in einem Bereich auf einer Seite der Oberfläche der Schaltstangen 6, 7, insbesondere an einem Ende der Schaltstangen 6, 7, in einer Reihe entlang einer Bewegungsrichtung, welche in der Figur durch Pfeile angedeutet ist, angeordnete Zähne auf. Die zwei Schaltstangen 6, 7 sind mit ihren Längsachsen im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, und senkrecht zur Längsachse der Welle durch die Durchführung 5 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Zähne der Schaltstangen 6, 7 greifen insbesondere formschlüssig in Zähne von Zahnrädern 8 auf der Welle, welche durch die Durchführung 5 des Gehäuse 2 verläuft. Die Zahnräder 8 sind direkt auf der Welle ausgebildet und/oder auf die Welle aufgesteckt, insbesondere an jedem Ende der Welle.
Bei einer Translationsbewegung der äußeren Schaltstange 6 in eine Richtung, angetrieben durch den Antrieb, wird die Welle über das der äußeren Schaltstange 6 zugeordnete Zahnrad 8 in Rotationsbewegung versetzt, und überträgt die Rotationsbewegung von außerhalb des Gehäuses 2 in das Gehäuse 2 hinein. Durch die Rotation der Welle wird die innere Schaltstange 7 in eine Translationsbewegung über das ihr zugeordnete Zahnrad 8 der Welle versetzt, und bewegt sich in die gleiche Richtung wie die äußeren Schaltstange 6.
Die Welle durch die Durchführung 5 des Gehäuses 2, und insbesondere die zwei Schaltstangen 6, 7, sind durch das Gehäuse 2 mechanisch beweglich gelagert bzw. abgestützt, direkt über den Gehäusekörper oder indirekt über Teile des Gehäuses 2, wie z. B. einen Flansch 9. Dabei sind erfindungsgemäß wenigstens zwei Dichtungen 11, 12 zwischen der Welle und dem Gehäuse 2 formschlüssig angeordnet, welche die Durchführung 5 gasdicht abdichten, insbesondere auch bei einer Bewegung der Welle. Das Gehäuse 2, d. h. der Gasraum 3 im Gehäuse 2, ist mit einem Schaltgas und/oder Isoliergas befüllt, und die Dichtungen 11, 12 dichten in Verbindung mit der Welle das Gehäuse 2 im Bereich der Durchführung 5 gasdicht ab.
Das Schaltgas und/oder Isoliergas im Gehäuse 2 weist einen Druck von einem Bar oder größer auf. Insbesondere ist der Druck in Schalteinheiten 1 z. B. im Bereich von 1 bis 5 bar. Insbesondere bei Überdruck im Gehäuse 2 gegenüber dem Umgebungsdruck der Schalteinrichtung 1, wirkt eine mechanische Belastung durch den Druckunterschied auf die Dichtungen 11, 12, welcher die Dichtungen durch ihre Steifigkeit bzw. mechanische Stabilität standhalten müssen. Desweiteren kann die Bewegung der Welle zu Abrieb an den Dichtungen 11, 12 führen, wobei die Dichtungen 11, 12 für eine gute Dichtungswirkung eng an der Welle anliegen müssen und dabei z. B. durch eine gewisse Schmierwirkung des Materials der Dichtungen 11, 12 eine Rotationsbewegung ermöglichen müssen, insbesondere ohne große Bewegungsenergieverluste.
Für eine gute Steifigkeit kann die Dicke der Dichtungen 11, 12 im Bereich von Millimetern liegen. Die Form der Dichtungen 11, 12 ist bei einer Welle, d. h. Radialwellendurchführung 5, ringförmig, mit einer Öffnung in der Mitte des Rings mit einem Innendurchmesser im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Welle, z. B. im Bereich von wenigen Zentimetern. Über z. B. scheibenförmige Teile des Gehäuses 2 können die Dichtungen z. B. übereinander gestapelt bzw. deckungsgleich nebeneinander angeordnet, im Bereich der Durchführung 5 in einer Ausnehmung im Gehäuse 2 eingeklemmt bzw. gehaltert sein, mit einer gemeinsamen Mittelachse der Dichtringe und der Durchführung 5. Ringförmige Ausnehmungen 13 in der Oberfläche der Dichtungen 11, 12, z. B. mit einem trapezgrabenförmigen Querschnitt, können beim Einpressen in das Gehäuse 2 dafür Sorge tragen, dass Kreisumfangsbereiche der Dichtungen 11, 12 eng anliegen, insbesondere der innere Kreisumfang an der Welle und der äußere Kreisumfang am Gehäuse 2. Desweiteren können die Ausnehmungen 13 eine gute Elastizität der Dichtungen 11, 12 beim Einklemmen bzw. Verpressen im Gehäuse 2 ergeben.
Das Material der ersten Dichtung 11 ist im Ausführungsbeispiel der Figur Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) und das Material der zweiten Dichtung 12 ist Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). EPDM weist eine erheblich höhere Gasdurchlässigkeit z. B. im Bereich zwischen +55 Grad Celsius und -40 Grad Celsius auf als NBR, insbesondere die sechsfache Gasdurchlässigkeit. Dafür ist die Gasdurchlässigkeit bis zu tieferen Temperaturen, z. B. bis -60 Grad Celsius, relativ stabil. Der Stapel der zwei Dichtungen 11, 12, eine aus NBR und eine aus EPDM, ermöglicht eine hohe Gasdichtheit der Durchführung 5 im Bereich zwischen +55 Grad Celsius und -40 Grad Celsius und eine geringere Abnahme der Gasdichtheit bei niedrigeren Temperaturen, z. B. bis -60 Grad Celsius. Dadurch erhöht sich der sichere Einsatzbereich der Schalteinrichtung 1 bei tiefen Temperaturen gegenüber dem Einsatz nur einer Dichtung z. B. aus NBR, wobei ein Entweichen umweltschädlicher, insbesondere klimaschädlicher Gase verhindert oder zumindest auf ein Minimum verringert werden kann.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. Befestigungsmittel wie z. B. Schrauben, Muttern, Nieten und/oder Schweiß- und/oder Klebeverbindungen zum Zusammenfügen von Teilen verwendet werden. Z. B. kann die äußere Schaltstange 6 und die Welle im äußeren Bereich des Gehäuses 2 über einen Flansch 9 geführt und mechanisch gestützt werden, wobei der Flansch 9 wie im Ausführungsbeispiel der Figur am Gehäuse 2 über eine Schraube 10 angeschraubt ist. Scheibenförmige Elemente können im Gehäuse eingelegt oder eingeschraubt sein, um z. B. eine gute Führung der beweglichen Welle in der Durchführung 5 im Gehäuse 2 zu ermöglichen, und um die Dichtungen 11, 12 räumlich fest zwischen der Welle und dem Gehäusekörper zu fixieren und/oder die Dichtungen 11, 12 zu einem gasdichten Stapel zusammenzupressen. Die Reihenfolge der Dichtungen 11, 12 aus NBR und EPDM von außen nach innen kann umgekehrt sein zum Ausführungsbeispiel der Figur, oder es kann eine Reihe von abwechselnden oder gleichartigen Dichtungen 11, 12 jeweils in Kontakt miteinander angeordnet werden. Dichtungen 11, 12 aus weiteren Materialien, oder alternativ zu NBR oder EPDM aus z. B. TEFLON, können umfasst sein, z. B. um eine gute Beweglichkeit der Welle in der Durchführung 5 durch das Gehäuse 2 zu ermöglichen, insbesondere durch eine Schmierwirkung.
Bezugszeichenliste

1: Schalteinrichtung
2: Gehäuse, z. B. Polsäulengehäuse
3: Gasraum
4: kinematische Kette
5: Durchführung / Radialwellendurchführung
6: äußere Schaltstange
7: innere Schaltstange
8: Zahnrad
9: Flansch
10: Befestigungsmittel / Schrauben, Gewinde
11: erste Dichtung
12: zweite Dichtung
13: Ausnehmung in der Dichtungsoberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19701766 C1 [0002]

Claims

Schalteinrichtung (1) für Hochspannungen, mit einem Gehäuse (2), welches mit wenigstens einem Gas befüllt ist, und mit einer kinematischen Kette (4) zum Antreiben von wenigstens einem Kontaktstück eines Hochspannungs-Schaltkontaktes, wobei die kinematische Kette (4) wenigstens ein Umlenkgetriebe mit einer ersten Dichtung (11) zwischen dem Umlenkgetriebe und dem Gehäuse (2) im Bereich einer Durchführung (5) durch das Gehäuse (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Dichtung (12) zwischen dem Umlenkgetriebe und dem Gehäuse (2) im Bereich der Durchführung angeordnet ist.
Schalteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtung (11) aus einem ersten Material besteht und dass die zweite Dichtung (12) aus einem zweiten Material besteht, wobei das erste und das zweite Material unterschiedlich sind.
Schalteinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material der ersten Dichtung (11) Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) umfasst und/oder ist, und dass das zweite Material der zweiten Dichtung (12) Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) umfasst und/oder ist.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Dichtung (11, 12) in Form eines Dichtrings, insbesondere eines Radialwellendichtrings, ausgebildet ist, insbesondere mit einer umlaufenden Ausnehmung 13 in einer Oberfläche des Dichtrings.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Dichtung (11, 12) übereinander in Form eines Stapels angeordnet sind, insbesondere in direktem Kontakt miteinander.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Dichtungen (11, 12) eine Welle (5) des wenigstens einen Umlenkgetriebes in das Gehäuse (2) der Schalteinrichtung (1) geführt ist, und die Dichtungen (11, 12) ausgebildet sind, das Gehäuse (2) gasdicht im Bereich der Welle (5) abzudichten, insbesondere bei einem Gasdruck im Gehäuse (2) von mehr als einem Bar und/oder für eine Gasverlustrate von kleiner 0,1 %.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit einem Isoliergas, insbesondere Clean Air, und/oder einem Schaltgas, insbesondere SF₆, befüllt ist.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (1) ein Hochspannungsleistungsschalter ist, insbesondere zum Schalten von Spannungen von bis zu 1200 kV und/oder Strömen von einigen hundert Ampere.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Polsäule insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters ist.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Isolator umfasst und/oder aus einem Isolator ist, insbesondere Keramik und/oder Silikon.
Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Dichtung (11, 12) im Verbund gasdicht bis mindestens -40 Grad Celsius, insbesondere bis mindestens -60 Grad Celsius sind, insbesondere bei hohen Gasdrücken im Bereich von einigen Bar im Gehäuse (2).
Verfahren zum Abdichten einer Schalteinrichtung (1) der Hochspannungstechnik, insbesondere einer Schalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gasdichtes Gehäuse (2) der Schalteinrichtung (1) im Bereich der Durchführung (5) von Elementen der kinematischen Kette (4) über eine erste und eine zweite Dichtung (11, 12) gasdicht abgedichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung über wenigstens zwei Dichtungen (11, 12) erfolgt, insbesondere über wenigstens zwei übereinandergestapelte Dichtungen (11, 12), wobei die erste Dichtung (11) Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) umfasst, und die zweite Dichtung (12) Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung über wenigstens zwei Dichtungen (11, 12) erfolgt, wobei die erste Dichtung (11) eine höhere Gasdichtheit oberhalb -40 Grad Celsius hat als die zweite Dichtung (12), und die zweite Dichtung (12) seine Dichtungseigenschaften bis -60 Grad Celsius im Wesentlichen beibehält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (11, 12) das Gehäuse (2) im Bereich einer bewegbaren und/oder rotierbaren Welle (5) gasdicht abdichten, insbesondere bei einem Gasdruck im Gehäuse (2) von mehr als einem Bar und/oder für eine Gasverlustrate von kleiner 0,1 %.