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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer gasisolierten Schaltanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der Produktbroschüre „3ES Surge Arrester Metal-enclosed, SF6-insulated for High Voltage Systems up to 800 kV“, Siemens AG 2008, Ord er No. E50001-U113-A296-V2-7600, ist auf Seite 7 ein dreiphasiger, metallgekapselter Überspannungsableiter des Typs 3ES4-K bekannt. Der Überspannungsableiter weist drei Ableitersäulen, je eine Säule pro Phase, auf. Die drei Ableitersäulen kommen dabei auf Erde zusammen. Jede Ableitersäule weist eine Mehrzahl von scheibenförmigen Metalloxid-Varistoren auf, die übereinander gestapelt und mittels Spannstäben zwischen Endarmaturen zusammengepresst sind. Der Überspannungsableiter ist zum Einsatz an einer gasisolierten Schaltanlage (GIS) ausgebildet und ist ebenso wie die Schaltanlage zur Verwendung von Schwefelhexafluorid (SF6) als elektrisch isolierendes Isoliergas ausgebildet.
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Aus der Veröffentlichung „Anwendung der Neptun-Schaltung für Ableiter bei metallgekapselten gasisolierten Metalloxid-Varistor-Ableitern“, publiziert am 09.05.2012 im Journal Technik Up2date2012, Band Nr. 10, Seiten 49 und 50, ist ein dreiphasiger Überspannungsableiter mit einer so genannten Neptunschaltung bekannt. Dabei sind drei Ableitersäulen erdpotentialseitig elektrisch leitend verbunden und über eine vierte Ableitersäule mit dem Erdpotential verbunden. Hierdurch ergibt sich eine optische Ähnlichkeit zum Dreizack-Speer des Gottes Neptun (griechisch: Poseidon) aus der römischen Mythologie, was der Neptunschaltung ihren Namen einbrachte.
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Aus der Produktbroschüre „8VN1 blue GIS up to 145 kV Vacuum interrupting technology and clean air insulation for CO2-neutral footprint“, Article No. EMHP-B10014-00-7600, Siemens AG 2016, ist eine gasisolierte Schaltanlage bekannt, bei der als Isoliergas sog. „clean air“ verwendet wird. Das luftbasierte Isoliergas weist im Wesentlichen 80 % Stickstoff und 20 % Sauerstoff auf, wodurch der Einsatz von klimaschädlichem SF6 vermieden wird. Um Geräte und Anlage möglichst kompakt zu halten, wurde bisher Schwefelhexafluorid (SF6) als Isoliermedium genutzt. Schwefelhexafluorid ist seit langem als klimaschädlich bekannt und daher aufgrund von Sicherheits- und Nachweispflichten teuer im Einsatz. Der Einsatz eines luftbasierten Isoliergases hat daher den Vorteil, dass die GIS umweltschonend und kostengünstig in der Herstellung und Wartung ist, da für luftbasierte Isoliergase aufgrund ihrer gesundheitlichen und klimatischen Unbedenklichkeit keine besonderen Sicherheits- und Entsorgungsnachweise zu führen sind. Da die elektrische Isolationsfähigkeit von luftbasierten Isoliergasen geringer ist als die Isolationsfähigkeit von SF6, müssen Geräte mit luftbasierten Isoliergasen größere interne Schlagweiten bzw. Schutzabstände bereitstellen und werden damit in ihrer Bauform wesentlich größer als vergleichbare SF6-Geräte. Daher ist die in der Broschüre beschriebene GIS deutlich größer als ein vergleichbares SF6-Modell. Die beschriebene GIS des Typs 8VN1 ist für 145 kV ausgelegt.
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Aus der Produktbroschüre „3AV1 blue circuit-breakers - Your solution for a CO2-neutral footprint“, Article No. EMHP-B10014-00-7600, Siemens AG 2016, ist eine Schaltanlage mit Clean Air bekannt, die für 145 kV ausgelegt ist. Die Anlage ist bis zu einer Blitzstossspannung von 650 kV vorgesehen.
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Ausgehend von bekannten Gasisolierten Schaltanlagen stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, eine Anordnung mit einer Gasisolierten Schaltanlage anzugeben, die vergleichsweise umweltschonend, kostengünstig herstellbar und gleichzeitig platzsparend ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1.
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Im Hochspannungsbereich werden die Abmessungen für elektrische Anlagen wesentlich durch die Stehspannungsfestigkeit im Zusammenhang mit Blitz- und Schaltüberspannungen bestimmt. Dies nutzt die Erfindung aus, da durch Einsatz des Überspannungsableiters die Stehspannungsfestigkeit der elektrischen Anlage erhöht wird, so dass die Abmessungen verringert werden können. Bisher wurden bei gasisolierten Schaltanlagen keine Überspannungsableiter eingesetzt, weil gasisolierte Ableiter für Hochspannungsanwendungen - sog. „Kapselableiter“ - einerseits teuer und andererseits mit einer gewissen Ausfallwahrscheinlichkeit behaftet waren. Inzwischen sind Kapselableiter jedoch kostengünstiger und so zuverlässig, dass die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit einer Anordnung mit GIS und Ableiter nicht schlechter sind als die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit einer GIS an sich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist das zweite elektrische Isolierfluid zumindest anteilig Schwefelhexafluorid auf. Dies ist ein Vorteil, weil Schwefelhexafluorid lange erprobt ist und eine besonders hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit hat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das erste elektrische Isolierfluid ein luftbasiertes Isoliergas.
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Luftbasiere elektrische Isoliergase sind zwar umweltschonend, haben aber den Nachteil, dass Sie im Vergleich zu dem umweltschädlichen Gas Schwefelhexafluorid (SF6) weniger gut elektrisch isolierend sind. Dies hat zur Folge, dass bisher Anlagen mit luftbasierten Isoliergasen größere interne Schutzabstände aufweisen müssen als Anlagen mit SF6 als Schutzgas. Dies führt zu deutlich vergrößerten Anlagendimensionen, was Mehrkosten an Material und Transport nach sich zieht. Außerdem ist, insbesondere bei bestehenden elektrischen Installationen, der Platz für eine Anlage stark eingeschränkt. Besonders Nachrüstungen von beispielsweise Gasisolierten Schaltanlagen mit luftbasierten Isoliergasen sind daher aufgrund des größeren Platzbedarfs schwierig oder sogar unmöglich. Deswegen ist es ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung, dass durch den Überspannungsableiter, der direkt an oder in unmittelbarer Nähe zur GIS angeordnet wird, ein größerer Platzbedarf vermieden wird. Dies wird erreicht, weil der Überspannungsableiter den für die GIS benötigten Schutzpegel soweit absenkt, dass nur noch vergleichsweise kleinere Isolationsabstände nötig sind.
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Ein Isolationsabstand in Sinne der Erfindung ist beispielsweise der Abstand eines elektrisch zu isolierenden Teils der Schaltvorrichtung in der GIS zu einer Gehäusewand.
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Bisher erfolgt eine Auslegung von GIS mit SF6 als Isoliergas beispielsweise derart, dass eine für eine zu schaltende Spannung von 145 kV ausgelegte GIS eine Stehspannungsfestigkeit von 650 kV aufweist. Beispielsweise wird die GIS damit auf einen Isolationsabstand von 400 mm ausgelegt. Um eine Stehspannungsfestigkeit von 650 kV zu garantieren, wird der Überspannungsableiter auf einen Schutzpegel von 1:1,4 bzw. 71% der Stehspannungsfestigkeit ausgelegt. Entsprechend würde ein Überspannungsableiter für eine SF6-isolierte GIS auf einen Schutzpegel von 450 kV ausgelegt werden.
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Beispielsweise ist in der eingangs genannten Produktbrochüre für die „clean-air“ Schaltanlage 8VN1 angegeben, dass bei der Betriebsspannung von 145 kV Dimensionen von 1000 x 3200 x 5500 mm vorgesehen sind. Der Isolationsabstand ist entsprechend etwas geringer als die Hälfte der kleinsten Abmessungsrichtung, also bei der 8VN1 weniger als 500 mm. Dieses Beispiel zeigt, dass bei bisheriger Technik der Isolationsabstand bei Einsatz von luftbasierten Isoliergasen steigt. Das verschlechterte elektrische Isolationsvermögen von luftbasierten Isoliergasen im Vergleich zu SF6 schlägt sich auch darin nieder, dass eine für eine zu schaltende Spannung von 145 kV ausgelegte GIS mit Clean Air eine Stehspannungsfestigkeit z.B. von 450 kV bis 500 kV aufweist. Entsprechend muss der Schutzpegel eines Überspannungsableiters für eine solche GIS besonders niedrig, also z.B. bei 300 kV bis 350 kV, liegen. Erfindungsgemäß kann durch den Einsatz eines Überspannungsableiters diese Anlage z.B. auf 800 mm in der kleinsten Abmessungsrichtung verkleinert werden, obwohl clean air und nicht SF6 als Isoliergas verwendet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist der Überspannungsableiter eine Druckausgleichseinrichtung mit einer Gasablenkeinrichtung auf, wobei die Gasablenkeinrichtung für ein Ablenken austretenden Gases von der gasisolierten Schaltanlage ausgebildet ist. Die Druckausgleichseinrichtung ermöglicht im Fehlerfall ein Ausströmen des Gases aus dem Innenraum des Ableitergehäuses nach außen und ist beispielsweise als eine Membran ausgebildet, die bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes einreißt. Auf diese Weise wird eine Explosion des Ableiters im Fehlerfall verhindert. Die Gasablenkeinrichtung in an der Druckausgleichseinrichtung angeordnet und lenkt das ausströmende Gas in eine vordefinierte Richtung um, damit keine Personen oder Betriebsmittel durch das austretende Gas geschädigt werden. Die Gasablenkeinrichtung kann z.B. als eine sog. „Ausblaschute“, ein ohrenartig aufgewölbtes Bauteil, ausgebildet sein. Die Ausrichtung der Gasablenkeinrichtung bzw. der Ausblaschute ist dabei so gewählt, dass ausströmendes Gas von der GIS weg strömt. Wenn auch bei der GIS eine Druckausgleichseinrichtung mit einer Gasablenkeinrichtung bzw. einer Ausblaschute vorgesehen wird, so wird diese Gasablenkeinrichtung derart ausgerichtet, dass ausströmendes Gas nicht auf den Überspannungsableiter trifft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist zwischen dem Überspannungsableiter und der gasisolierten Schaltanlage eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen. Die Sicherheitseinrichtung bildet eine mechanische Barriere aus, die bei einem Fehlerfall beide Komponenten - GIS und Ableiter - von einander abschirmt, so dass Beschädigungen an der jeweils anderen Komponente verhindert werden. Beispielsweise kann die Sicherheitseinrichtung als eine elektrisch nicht leitende Trennwand ausgebildet sein, deren Material zumindest anteilig einen glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) aufweist. Dies ist ein Vorteil, weil GFK nicht-leitend, kostengünstig und einfach zu verarbeiten ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist das luftbasierte Isoliergas für die gasisolierte Schaltanlage im Wesentlichen 80 % Stickstoff und 20 % Sauerstoff auf und die gasisolierte Schaltanlage ist in ihren Isolationsabständen für das luftbasierte Isoliergas ausgelegt. Diese Zusammensetzung ist vorteilhaft, weil sie im Wesentlichen der Zusammensetzung herkömmlicher Luft entspricht. Dadurch kann Luft, die überall verfügbar ist, ggf. nach Trocknung und einer Reinigung von Partikeln, Schadstoffen und Luftfeuchtigkeit, eingesetzt werden. Eine solche gereinigte Luft ist unter der Bezeichnung „Clean-Air“ von der Siemens AG als luftbasiertes Isoliergas bekannt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist die Schaltanlage eine Vakuumschalteinrichtung auf. Bisher werden im Hochspannungsbereich auf Grund hoher Isolationsfestigkeiten der eingesetzten Betriebsmittel mit SF6 als Isoliergas und der geringen Verbreitung des Vakuumschaltprinzips lediglich für Transformatoren Ableiterbeschaltungen zur Reduzierung von Schaltüberspannungen notwendig. Durch die Reduzierung von Schaltüberspannungen direkt am Entstehungsort wird der Einsatz von alternativen Isoliergasen, wie Luft, bei ansonsten gleichen Geräteabmessungen möglich. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, weil es durch das Schalten im Vakuum zu Stromabrissen und Wiederzündungen - und damit verbundenen hohen Überspannungen kommen kann. Bisher wurde das Vakuumschaltprinzip hauptsächlich in der Mittelspannung genutzt; dabei hat sich gezeigt, dass solche problematischen Überspannungen entstehen können. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Einsatz des Ableiters in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Schaltanlage beherrscht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Überspannungsableiter für dreiphasige Hochspannung ausgebildet, wobei der Überspannungsableiter ein fluiddichtes Gehäuse zur Aufnahme eines elektrisch isolierenden Isoliergases und drei Ableitersäulen mit Metalloxidwiderstandselementen aufweist. Dies ist ein Vorteil, weil solche sog. Kapselableiter im Hochspannungsbereich lange bekannt und erprobt sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Isoliergas luftbasiert. Dies ist ein Vorteil, weil damit auch der Überspannungsableiter besonders umweltschonend ausgebildet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist das luftbasierte Isoliergas für den Überspannungsableiter im Wesentlichen 80 % Stickstoff und 20 % Sauerstoff auf und der Überspannungsableiter ist in seinen Isolationsabständen für das luftbasierte Isoliergas ausgelegt. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für den Einsatz dieses Gasgemisches für die GIS dargestellt. Bei herkömmlicher Bauweise ergibt sich für den Überspannungsableiter aufgrund der im Vergleich zu SF6 schlechteren Isolationseigenschaften des luftbasierten Isoliergases eine Vergrößerung des Überspannungsableiters, weil größere Isolationsabstände einzuhalten sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weisen die Metalloxidwiderstandselemente einen Durchmesser von mindestens 90 mm auf. Bei bisherigen Überspannungsableitern in dreiphasiger Bauweise werden die Metalloxidwiderstandselemente i.d.R. als Scheiben mit einem Durchmesser von ca. 60 mm ausgebildet. Erfindungsgemäß sollen Metalloxidwiderstandselemente als Scheiben mit einem Durchmesser von mindestens 90 mm eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind Durchmesser von 95 bis 120 mm. Dies ist ein Vorteil, weil bei ansonsten gleichem Energieeintrag der Ableiterschutzpegel und damit die dielektrische Spannungsfestigkeit sowohl des Ableitergehäuses als auch der angeschlossenen GIS abgesenkt werden kann. Widerstände mit größerem Durchmesser haben vergleichsweise geringere spezifische Leckströme und ein verbessertes Temperaturverhalten, d.h. einen geringeren Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit bei Erwärmung. Diese Variante hat folglich den Vorteil, dass der Ableiter auch bei Einsatz von luftbasierten Isoliergasen anstatt von SF6 nicht vergrößert werden muss, was Platz und Kosten einspart. Der Durchmesser ist quer zu einer Längsachse durch eine Ableitersäule bestimmt. Anders ausgedrückt gestattet es diese Ausführungsform, einen besonders niedrigen Schutzpegel des Ableiters umzusetzen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Ableitersäulen in einer Neptunschaltung verbunden. Ein Leiter-Erde-Überspannungsschutz mit Überspannungsableitern ist bekannt. Dies ist jedoch mit dem Nachteil eines hohen Schutzpegels für Leiter-Leiter-Isolation (zwei Leiter-Erde-Ableiter in Reihe) behaftet. Reduzierte Leiter-Leiter-Schutzpegel werden bisher durch zusätzliche Leiter-Leiter-Ableiter (sog. klassische 6-Ableiter-Schaltung) erzielt. Bei GIS-Anwendungen ist die 6-Ableiterschaltung sehr platzaufwendig durch die Verschaltung der Ableiter untereinander und wird bei aktuellen SF6-Anwendungen, insbesondere aufgrund vorhandener, hoher Isolationspegel, nicht angewendet.
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Durch eine Absenkung der Steh-Blitz- und Schaltstoßspannung der Geräte und Anlagen zwischen Leiter und Erde mit Hilfe von Ableitern mit besonders niedrigem Schutzniveau bei Verwendung von luftbasierten Isoliermedien ist ein zusätzlicher Überspannungsschutz zwischen den Leitern erforderlich. Dies kann durch eine sogenannte Neptunschaltung erfolgen, wobei je ein Teil-Ableiter zwischen Leiter und virtuellem Sternpunkt (nicht im Sinne eines klassischen Sternpunkt-Ableiters) sowie ein Teil-Ableiter zwischen dem virtuellem Sternpunkt und der Erde angeordnet ist. Zur Optimierung der Schutzpegel können erfindungsgemäß die einzelnen Teil-Ableiter angepasst werden, z.B. wie eingangs erläutert durch Widerstände mit größerem Energieaufnahmevermögen und/oder durch Mehrsäuligkeit.
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Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, die Ableitertechnik im Hochspannungsbereich zur Reduzierung der Anforderungen an Stehspannungsfestigkeit von GIS-Anlagen, Wandlern, Leistungsschaltern und Transformatoren in Verbindung mit einem zusätzlichen Überspannungsschutz zwischen den Leitern in Form einer Neptunschaltung fortzubilden. Mit einem entsprechend ausgeführten 3-phasigen Ableiter wird ein platz- und gleichzeitig kostenoptimierter Aufbau bei konstanter Feldteilung erreicht.
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Mit anderen Worten erlaubt die Kombination einer Neptunschaltung in einem Hochspannungsableiter mit vergrößerten Widerstandselementen, einen Überspannungsableiter trotz des Einsatzes eines umweltfreundlichen luftbasierten Isoliergases ohne eine wesentliche Vergrößerung des Platzbedarfs für den Ableiter umzusetzen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung verlaufen in einem ersten Längsabschnitt des Überspannungsableiters drei Ableitersäulen und verläuft in einem zweiten Längsabschnitt des Überspannungsableiters eine vierte Ableitersäule, wobei die drei Ableitersäulen durch ein Kontaktmittel untereinander und mit der vierten Ableitersäule elektrisch leitend verbunden sind. Der virtuelle Sternpunkt wird z.B. durch eine feldmäßig optimale Platte gebildet. Die Plate liegt dabei einerseits zwischen den Teil-Ableitern, die zwischen dem Hochspannungsanschluss und virtuellem Sternpunkt liegen, und andererseits zwischen dem Teilableiter, der sich zwischen dem virtuellen Sternpunkt und Erde befindet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung verlaufen in dem ersten Längsabschnitt die die drei Ableitersäulen parallel zueinander. Sie können dabei z.B. in einer Draufsicht in dreiecksform angeordnet sein, d.h. je eine Säule steht auf einer Ecke des Dreiecks.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung verlaufen in dem ersten Längsabschnitt die die drei Ableitersäulen derart, dass der Abstand zwischen ihnen in Richtung des Kontaktmittels kleiner wird. D.h. beispielsweise, dass je eine Säule auf einer gedachten Kants eines Pyramidenstumpfes ausgerichtet ist, wobei die Pyramide die Grundfläche eines gleichschenkeligen Dreiecks aufweist. Dies ist ein Vorteil, weil das Ableitergehäuse in einem mittleren Bereich besonders schmal ausgebildet werden kann, was Platz einspart.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung verlaufen in dem ersten Längsabschnitt die die drei Ableitersäulen derart, dass sie zumindest an einem Ende des ersten Längsabschnitts mit einem ihrer Enden auf einer gedachten Linie angeordnet sind. Dies ist ein Vorteil, weil eine solche Anordnung in Reihe nebeneinander mit einem ovalen Gehäuse ausgestattet werden kann, was in einer Richtung einen verringerten Platzbedarf für den Überspannungsableiter bedeutet. Dies vereinfacht insbesondere Nachrüstungen in bestehenden elektrotechnischen Installationen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung verläuft die vierte Ableitersäule als eine Fortsetzung einer der ersten drei Ableitersäulen in dem zweiten Längsabschnitt. Dies ist ein Vorteil, weil nur drei Ableitsäulen hergestellt werden müssen, nämlich eine lange und zwei vergleichsweise kürzere Ableitsäulen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist die vierte Ableitersäule in dem zweiten Längsabschnitt derart angeordnet, dass sie auf einer Mittelpunktsachse zentral und achsenparallel zu den ersten drei Säulen verläuft. Dies ist ein Vorteil, weil durch die symmetrische Anordnung der zentralen Achse besonders große Schutzabstände zur Gehäusewand realisiert werden können, was die Sicherheit erhöht. Alternativ kann das Gehäuse in dem zweiten Längsabschnitt schmaler ausgebildet werden als in dem ersten Längsabschnitt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind der erste und der zweite Längsabschnitt im Wesentlichen gleich lang ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Kontaktmittel zwischen dem ersten und dem zweiten Längsabschnitt angeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Kontaktmittel im Wesentlichen als eine Metallplatte ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist das Kontaktmittel Stege auf, die sternförmig von einer Mittelpunktsachse in Längsrichtung des Überspannungsableiters in Querrichtung nach außen hin verlaufen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind die gasisolierte Schaltanlage und der Überspannungsableiter in einem gemeinsamen fluiddichten Gehäuse angeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist die gasisolierte Schaltanlage mindestens ein Eingangsfeld auf, und der Überspannungsableiter ist dem Eingangsfeld vorgeschaltet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist die gasisolierte Schaltanlage mindestens ein Ausgangsfeld auf, und der Überspannungsableiter ist dem Ausgangsfeld nachgeschaltet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist die gasisolierten Schaltanlage mehrere Sammelschienen auf, und der Überspannungsableiter ist einer Sammelschiene zugeordnet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Sammelschienen über ein Kopplungsfeld verbindbar, und der Überspannungsableiter ist räumlich an dem Kopplungsfeld angeordnet. Dies ist ein Vorteil, weil an dem Kopplungsfeld im Vergleich zu anderen Feldern häufig noch ausreichend Platz für einen Überspannungsableiter vorhanden ist, so dass im Idealfall sogar der Raumbedarf der GIS insgesamt nicht erhöht wird (Standfläche, Breite, Höhe bleiben unverändert).
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Ausgehend von bekannten elektrischen Anlagen stellt sich ferner an die Erfindung die Aufgabe, eine Anordnung mit einer elektrischen Anlage anzugeben, die vergleichsweise kostengünstig und gleichzeitig platzsparend ist.
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Einer alternativen Ausgestaltung des Ansatzes der Erfindung folgend kann mittels des Überspannungsableiters die Stehspannungsfestigkeit anderer elektrischer Anlagen erhöht werden, so dass diese kleiner dimensioniert werden können.
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Dabei kann diese Ausgestaltung der Erfindung problemlos mit den eingangs geschilderten Ausführungsformen der Anordnung mit einer gasisolierten Schaltanlage, die mit einem luftbasierten Isoliergas betrieben wird, kombiniert werden, um neue vorteilhafte Ausführungsformen zu erzeugen.
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Diesen erfinderischen Gedanken folgend ist eine Anordnung mit einer elektrischen Anlage und einem Überspannungsleiter vorgesehen, um den Schutzpegel der Anlage derart abzusenken, dass die Anlage im Vergleich zu einer Anlage ohne Einsatz eines Überspannungsableiters kleinere Isolationsabstände aufweist.
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In einer bevorzugten Variante dieser alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Anlage mindestens eines der folgenden Betriebsmittel auf: Spannungswandler, Leistungsschalter, Transformator.
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Einer anderen alternativen Ausgestaltung des Ansatzes der Erfindung folgend kann mittels des Überspannungsableiters bei einer Weiterverwendung von SF6 als Isoliergas die Anlagengröße verringert werden. Entsprechend ist eine Anordnung mit einer gasisolierten Schaltanlage, die zur Befüllung mit Schwefelhexafluorid ausgebildet ist, und mit einem Überspannungsleiter vorgesehen, um den Schutzpegel der gasisolierten Schaltanlage derart abzusenken, dass die Schaltanlage im Vergleich zu einer gasisolierten Schaltanlage ohne Einsatz eines Überspannungsableiters kleinere Isolationsabstände aufweist.
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Dabei kann auch diese Ausgestaltung der Erfindung problemlos mit den eingangs geschilderten Ausführungsformen der Anordnung mit einer gasisolierten Schaltanlage, die mit einem luftbasierten Isoliergas betrieben wird, kombiniert werden, um neue vorteilhafte Ausführungsformen zu erzeugen.
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Zur besseren Erläuterung der Erfindung zeigt in schematischer Darstellung die
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, und
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Überspannungsableiters, und
- 3 ein Ausführungsbeispiel für ein Schaltbild einer GIS mit Überspannungsableitern.
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Die 1 zeigt eine Anordnung 20 mit einer gasisolierten Schaltanlage 21, die zur Befüllung mit einem luftbasierten elektrischen Isoliergas 23 ausgebildet ist. Es ist ein Überspannungsleiter 22 vorgesehen, um den Schutzpegel der gasisolierten Schaltanlage 21 derart abzusenken, dass die Schaltanlage 21 im Vergleich zu einer mit Schwefelhexafluorid isolierten Schaltanlage höchstens gleich große Isolationsabstände 27 aufweist. Der Überspannungsableiter 22 ist in unmittelbarer Nähe der Schaltanlage 21 angeordnet und über elektrische Verbindungsstücke 24,25 mit dieser verbunden.
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Die 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter für eine dreiphasige Hochspannungsanwendung, wobei das fluiddichte Gehäuse zur Aufnahme eines luftbasierten elektrisch Isoliergases nicht dargestellt ist. Vier Ableitersäulen 6,7,8,9 sind in einer Neptunschaltung verbunden. Die Ableitersäulen 6,7,8,9 weisen Metalloxidwiderstandselemente 10 auf, die einen Durchmesser 12 von mindestens 90 mm aufweisen. Der Durchmesser 12 ist quer zu einer Längsachse 13 durch den Ableiter bestimmt. Hochspannungsseitig ist ein erster Gehäusedeckel 1 und erdspannungsseitig ist ein zweiter Gehäusedeckel 2 vorgesehen. Jede Ableitsäule ist jeweils mittels Verspannstäben 11 zwischen zwei Endarmaturen zusammen gepresst (Endarmaturen nicht dargestellt).
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Drei Ableitersäulen 6 ,7,8 sind hochspannungsseitig in einem ersten Längsabschnitt 3 jeweils mit gleichem Abstand zueinander angeordnet, so dass sich im Querschnitt eine Dreiecksgrundform ergibt. Der erste Längsabschnitt 3 endet mit einem Kontaktmittel 5, das die drei Ableitersäulen 6,7,8 untereinander und mit der vierten Ableitersäule 9 elektrisch leitend verbindet. In einem zweiten Längsabschnitt 4 ist eine vierte Ableitersäule 9 derart angeordnet, dass sie auf einer Mittelpunktsachse bzw. Längsachse 13 zentral und achsenparallel zu den ersten drei Säulen 6,7,8 verläuft. Das Kontaktmittel 5 ist im Wesentlichen als eine Metallplatte ausgebildet und zwischen dem ersten und dem zweiten Längsabschnitt angeordnet.
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Der Ableiter ist in seinen Isolationsabständen für das luftbasierte Isoliergas mit im Wesentlichen 80 % Stickstoff und 20 % Sauerstoff ausgelegt.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schaltbild einer GIS mit Überspannungsableitern. Ein Schaltbild mit einer Feldaufteilung einer typischen GIS ist aus Seite 16 der Produktbroschüre „Gas-insulated switchgear type series 8DN8 up to 170 kV, 63 kA, 4000 A“ der Siemens AG, 2012, Order No. E50001-G620-A122-V1-4A00, bekannt. Beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist dieser Schaltplan um Überspannungsableiter 34,35,37,38,39,40 ergänzt worden. Die Gasisolierte Schaltanlage weist eine Länge 31 von 15130 mm bei insgesamt 14 Eingangs- und Ausgangsfeldern 41-54 auf. Die Felder 41-54 sind an zwei Sammelschienen 32,33 angeschlossen und über ein Kopplungsfeld 36 verbindbar.
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Dabei ist es vorgesehen, einzelne oder alle Eingangsfelder der GIS mit Überspannungsableitern zu schützen, damit von außen kommende Überspannungen die GIS nicht beschädigen. Insbesondere ist es bei Eingang von Freileitung wegen der Gefahr durch Blitzüberspannungen nötig, Ableiter vorzuschalten. Bei Kabeleingängen könnte es in Abhängigkeit von der Auslegung der Anlage notwendig werden, auch hier Ableiter einzusetzen.
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Auch bei einigen oder allen Ausgangsfeldern ist es sinnvoll, Überspannungsableiter einzusetzen, weil damit beispielsweise Schaltüberspannungen, die insbesondere bei Vakuumschalttechnik auftreten können, beherrscht werden. Somit werden Schäden an der GIS nachgeschalten Betriebsmitteln vermieden.
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Wie aus der o.g. Broschüre ersichtlich weist eine typische GIS heutzutage bereits einen großen Raumbedarf auf. Die Installation von Überspannungsableitern ist daher besonders gut dort möglich, wo das entsprechende Feld der GIS nicht vollständig mit anderen Baugruppen befüllt ist. Beispielsweise ist im Kopplungsfeld i.d.R. noch relativ viel Platz, um beispielsweise die Überspannungsableiter 34,35 und/oder den Überspannungsableiter 37 aufzunehmen, ohne dass die Standfläche der GIS wesentlich vergrößert werden muss.
