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Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Halterung nach Art einer Aufhängung für eine Vakuumschaltröhre und ein Verfahren zum Haltern einer Vakuumschaltröhre in einem säulenförmigen Isolator des Hochspannungsleistungsschalters. Die Vakuumschaltröhre ist in dem säulenförmigen Isolator angeordnet und über die Halterung räumlich fixiert sowie elektrisch mit einem äußeren Anschluss des Hochspannungsleistungsschalters verbunden.
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Hochspannungsleistungsschalter sind ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von bis zu 1200 kV Spannung und im Bereich von bis zu einigen tausend Ampere Strom. Dabei werden Schaltgase wie z. B. SF6 verwendet, welche klimaschädlich sind und/oder giftige Komponenten enthalten. Eine langzeitstabile, gasdichte Isolation der Hochspannungsleistungsschalter, welche sicher ein Entweichen von Gasen verhindert, ist aufwendig und erhöht die Kosten bei der Wartung. Schalter mit alternativen Schaltgasen, wie z. B. Clean Air, d. h. trockener, gereinigter Luft, sind bei gleicher Bauweise und bei gleichen maximalen Schaltspannungen bzw. zu schaltenden Strömen, in den Dimensionen größer auszuführen, um eine sichere elektrische Isolation zwischen den elektrisch leitenden Komponenten zu gewährleisten, was die Kosten erhöht. Die Verwendung von Vakuumschaltröhren in Hochspannungsleistungsschaltern, in Verbindung mit Clean Air als Isoliergas, ist eine alternative zu z. B. gasisolierten Schaltern mit Nenn- und Lichtbogenkontakten, umfassend Schaltgase wie z. B. SF6.
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Die Vakuumschaltröhren sind in einem äußeren Isolator angeordnet, welcher z. B. säulenförmig, mit kreisförmig umlaufenden Rippen am äußeren Umfang ausgebildet ist, um die elektrische Isolation entlang der äußeren Mantelfläche in Richtung der Längsachse zu erhöhen. Der Isolator ist ein oder mehrteilig, insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildet, und z. B. aus Keramik, Silikon und/oder einem Verbundwerkstoff. Der Isolator ist im Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters aufrechtstehend angeordnet, z. B. auf einem Traggestell bzw. auf einem Träger mit Fundament. Eine oder mehr Vakuumschaltröhren sind z. B. entlang der Längsachse des Isolators insbesondere koaxial mit der Längsachse des Isolators angeordnet und mechanisch fest im Isolator fixiert. Im Weiteren wird von einer Vakuumschaltröhre ausgegangen, wobei der Hochspannungsleistungsschalter mehr als eine Vakuumschaltröhre in Reihe und/oder parallel verschaltet umfassen kann.
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Die Vakuumschaltröhre ist mechanisch stabil und elektrisch leitend zwischen wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen angeordnet und geschaltet, wobei die elektrischen Anschlüsse z. B. in Form von Anschlussfahnen zum Anschluss von Hochspannungsleitungen, Stromerzeugern und/oder Stromverbrauchern ausgebildet sind. Bei hohen zu schaltenden Spannungen und/oder Strömen am Hochspannungsleistungsschalter kann ein Stromfluss zu großer Wärmeentwicklung an elektrisch leitenden Komponenten des Hochspannungsleistungsschalters führen. Die Überschusswärmemenge muss vom Hochspannungsleistungsschalter gut an die Umgebung abgegeben werden, um eine zuverlässige Funktion langzeitstabil zu gewährleisten und um Zerstörungen zu vermeiden. Um geringe elektrische Verluste über den Hochspannungsleistungsschalter im eingeschalteten Zustand zu gewährleisen, womit die Wärmeentwicklung reduziert und Kosten im Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters minimiert werden, müssen stromtragende Komponenten einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen.
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Clean Air als Isoliergas im Hochspannungsleistungsschalter muss in seiner Zusammensetzung langzeitstabil erhalten bleiben, wozu z. B. Filtermaterial dienen kann. Das Filtermaterial kann z. B. Feuchtigkeit binden, welche insbesondere bei Temperaturänderungen durch Kondensation am Isolator zu einer Verschlechterung der isolierenden Eigenschaften führen würde. Das Filtermaterial ist im Inneren des Isolators derart zu lagern, das ein guter Kontakt zum Isoliergas besteht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Halterung nach Art einer Aufhängung für eine Vakuumschaltröhre und ein Verfahren zum Haltern einer Vakuumschaltröhre in einem säulenförmigen Isolator des Hochspannungsleistungsschalters anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe einen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Halterung für eine Vakuumschaltröhre anzugeben, welche einen hohen Stromfluss mit geringen elektrischen Verlusten ermöglicht, eine gute Wärmeleitung über die Halterung ermöglicht, mechanisch stabil die Vakuumschaltröhre räumlich im Hochspannungsleistungsschalter fixiert, kostengünstig ist und eine zuverlässige Funktion des Hochspannungsleistungsschalters gewährleistet.
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Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Halterung nach Art einer Aufhängung für eine Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, und/oder durch ein Verfahren zum Haltern einer Vakuumschaltröhre in einem säulenförmigen Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalter, gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters mit einer Halterung nach Art einer Aufhängung für eine Vakuumschaltröhre und/oder des Verfahrens zum Haltern einer Vakuumschaltröhre in einem säulenförmigen Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalter, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.
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Ein erfindungsgemäßer Hochspannungsleistungsschalter mit einer Halterung nach Art einer Aufhängung für eine Vakuumschaltröhre umfasst, dass die Vakuumschaltröhre in einem säulenförmigen Isolator angeordnet ist und die Vakuumschaltröhre über die Halterung in dem Isolator räumlich fixiert und elektrisch mit einem äußeren Anschluss des Hochspannungsleistungsschalters verbunden ist. Die Halterung umfasst einen hohlzylinderförmigen Bereich, mit einer Wandung, welche wenigstens eine Öffnung aufweist.
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Über die Halterung mit hohlzylinderförmigem Bereich ist ein hoher Stromfluss mit geringen elektrischen Verlusten möglich. Die Halterung mit hohlzylinderförmigem Bereich ermöglicht eine gute Wärmeleitung, insbesondere von der Vakuumschaltröhre zum äußeren Anschluss des Hochspannungsleistungsschalters hin. Die Halterung ermöglicht mechanisch stabil die Vakuumschaltröhre räumlich im Hochspannungsleistungsschalter zu fixieren, ist kostengünstig und ermöglicht eine langzeitstabile, zuverlässige Funktion des Hochspannungsleistungsschalters.
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Die Vakuumschaltröhre und der säulenförmige Isolator können eine gemeinsame Längsachse aufweisen, welche insbesondere parallel zur Gravitationskraft angeordnet ist. Durch die Anordnung des säulenförmigen Isolators und der Vakuumschaltröhre im Isolator senkrecht zum Untergrund bzw. zur horizontalen Ebene, wirken auf die Vakuumschaltröhre, an der Halterung aufgehängt, nur Kräfte, insbesondere Gewichtskräfte, entlang einer Richtung parallel zur Längsachse. Dadurch wird es möglich, einfach und kostengünstig die Vakuumschaltröhre langzeitstabil im säulenförmigen Isolator an der Halterung zu fixieren, insbesondere ohne belastende Scherkräfte, welche die Stabilität der Vakuumschaltröhre gefährden.
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Die Halterung kann topfförmig ausgebildet sein, mit einem kreiszylinderförmigen Bereich, welcher durch einen Boden abgeschlossen ist, an dem insbesondere die Vakuumschaltröhre mechanisch befestigt ist. Dabei kann die Vakuumschaltröhre z. B. mit einem ihrer elektrischen Kontakte an dem Boden in flächigem Kontakt verbunden sein, insbesondere angeschraubt, gelötet und/oder geschweißt. Dadurch kann ein guter mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen der Halterung und der Vakuumschaltröhre erreicht werden, wodurch im Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters hohe elektrische Verluste verhindert werden können und eine langzeitstabile Fixierung bzw. Halterung der Vakuumschaltröhre im Isolator erreicht werden kann, insbesondere um einen langlebigen, zuverlässigen Hochspannungsleistungsschalter bereitzustellen.
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Die Halterung kann topfförmig ausgebildet sein, mit einem Verschlussdeckel, über den der hohlzylinderförmige Bereich der Halterung und/oder der Isolator auf einer Seite fluiddicht verschlossen ist, wobei der Verschlussdeckel insbesondere eine Berstscheibe (11) umfasst. Der Verschlussdeckel kann einen elektrischen Anschluss des Hochspannungsleistungsschalters umfassen und durch die Berstscheibe wird verhindert, dass bei Überdruck der Isolator bersten kann. Bei einem Bersten des Isolators können Personen, z. B. Wartungspersonal im Umkreis des Hochspannungsleistungsschalters, verletzt werden. Um dies zu verhindern, kann eine Berstscheibe am oberen Ende des Hochspannungsleistungsschalters einen Überdruck im Hochspannungsleistungsschalter durch Bersten nach oben hin ableiten, ohne Personen zu gefährden. Der Überdruck kann z. B. durch Erwärmung im Betrieb, infolge eines Störlichtbogens, oder durch Umwelteinflüsse wie z. B. Temperaturänderungen, Druckänderungen in der Umgebung oder Sonneneinstrahlung entstehen.
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Die Halterung kann eine Abschirmung für einen elektrisch kontaktierten Endbereich der Vakuumschaltröhre umfassen, insbesondere eine hohlzylinderförmige Abschirmung an einem unteren Ende der Halterung. Durch die Abschirmung kann das elektrische Feld in der Umgebung der elektrischen Kontaktakte der Vakuumschaltröhre abgeschirmt werden und es können elektrische Überschläge und Kurzschlüsse insbesondere über die Innenwand der Isolierung unterbunden werden.
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Die Wandung kann verstärkte Bereiche aufweisen, welche eine größere Wandungsdicke umfassen als Bereiche, welche nicht verstärkt sind. Dadurch können elektrische Verluste reduziert werden, insbesondere in Bereichen mit Feldüberhöhungen z. B. durch Ecken- und/oder Kanten, welche insbesondere abgerundet sein können um Feldüberhöhungen zu reduzieren. Weiterhin kann die mechanische Stabilität erhöht werden und somit die Haltbarkeit der Halterung.
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Der hohlzylinderförmige Bereich der Halterung kann ein Filtermaterial umfassen, insbesondere zur Absorption von Flüssigkeiten und/oder gasförmigen Verunreinigungen. Das Filtermaterial kann z. B. ein Trockenmittel sein, welches insbesondere Wasser und/oder andere Flüssigkeiten absorbiert. Dadurch wird die Qualität von z. B. Clean Air dauerhaft aufrechterhalten, und eine Kondensation von Flüssigkeit an der Innenwandung des Isolators und/oder der Außenwandung der Vakuumschaltröhre wird unterbunden, welche zu einer Reduzierung der isolierenden Wirkung und somit zu elektrischen Überschlägen führen könnte. Insbesondere bei Ausbildung der Halterung topfförmig kann im Inneren der Topfform, d. h. im Inneren des hohlzylinderförmigen Bereichs der Halterung, Filtermaterial gelagert werden, insbesondere mit gutem Kontakt zum Isoliergas.
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Als Isoliergas kann Clean Air umfasst sein, insbesondere im Inneren des Isolators. Clean Air ist nicht klimaschädlich, bei einem Entweichen aus dem Hochspannungsleistungsschalter im Betrieb oder nach Entsorgung des Hochspannungsleistungsschalters ist Clean Air umweltfreundlich und nicht giftig. Es ist gut geeignet Kontakte der Vakuumschaltröhre und/oder äußere Kontakte des Hochspannungsleistungsschalters im Inneren des Isolators voneinander elektrisch zu isolieren, auch bei hohen Spannungen.
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Wenigstens eine Öffnung kann im Boden der Halterung ausgebildet sein, insbesondere für eine Wärmeabfuhr von Abwärme eines Kontaktes der Vakuumschaltröhre. Die Halterung kann topfförmig ausgebildet sein, mit einem kreiszylinderförmigen Bereich, welcher durch einen Boden abgeschlossen ist, und im Boden oder im Bereich zwischen Boden und Mantelfläche des kreiszylinderförmigen Bereichs, kann eine oder mehrere Öffnung z. B. durch Bohrung ausgebildet sein. Abwärme im Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters, welche sich z. B. an elektrischen Kontakten der Vakuumschaltröhre bildet, insbesondere bei hohen Stromflüssen, kann durch Konvektion des Isoliergases über die wenigstens eine Öffnung abgeführt werden, in andere Bereiche des Hochspannungsleistungsschalters, z. B. in den Bereich der inneren Wandung des Isolators, wo das Isoliergas abgekühlt werden kann. Dadurch kann die Vakuumschaltröhre, insbesondere ein von der Abschirmung abgeschirmter Kontakt der Vakuumschaltröhre, gekühlt werden und eine Überhitzung bzw. eine Beschädigung oder Zerstörung der Vakuumschaltröhre durch zu hohe Temperaturen verhindert werden.
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Wenigstens eine Öffnung kann in der Wandung der Halterung ausgebildet sein, insbesondere für eine fluidische Verbindung des Gasraums zwischen Isolator und Halterung mit dem hohlzylinderförmigen Bereich im Inneren der Halterung. Bei einer topfförmig ausgebildeten Halterung mit kreiszylinderförmigem Bereich, dessen Kreiszylindermantel von der Wandung gebildet wird, können die Öffnungen im Kreiszylindermantel ausgebildet sein. Z. B. Isoliergas aus dem Gasraum bzw. Bereich zwischen Isolator und Halterung kann in den hohlzylinderförmigen Bereich im Inneren der Halterung durch die wenigstens eine Öffnung hinein und/oder heraus strömen, z. B. zur Kühlung des hohlzylinderförmigen Bereichs im Inneren der Halterung, einem Abführen von Überdruck und/oder für einen guten Gaskontakt mit z. B. Filtermaterial.
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Wenigstens zwei äußere elektrische Anschlüsse nach Art einer Anschlussfahne können vom Hochspannungsleistungsschalter umfasst sein, insbesondere jeweils wenigstens ein äußerer elektrischer Anschluss des Hochspannungsleistungsschalters an jedem Ende des säulenförmigen Isolators, wobei wenigstens ein äußerer elektrischer Anschluss über die Halterung elektrisch mit einem elektrischen Festkontakt der Vakuumschaltröhre verbunden ist, insbesondere direkt verbunden ist. Die wenigstens zwei äußeren elektrischen Anschlüsse nach Art einer Anschlussfahne können zum Anschluss von Hochspannungsleitungen, Stromerzeugern und/oder Stromverbrauchern am Hochspannungsleistungsschalter ausgebildet sein, und der Hochspannungsleistungsschalter kann eine Strombahn zwischen Hochspannungsleitungen, Stromerzeugern und/oder Stromverbrauchern schließen und/oder öffnen. Somit schaltet der Hochspannungsleistungsschalter Hochspannungsleitungen, Stromerzeuger und/oder Stromverbraucher elektrisch zusammen und/oder trennt diese elektrisch, insbesondere bei Spannungen im Bereich von 35 kV, 145 kV und/oder von bis zu 1200 kV.
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Die Halterung kann monolithisch ausgebildet sein. Dadurch können elektrische Verluste bei Stromfluss über die Halterung, insbesondere bei Strömen im Bereich von einigen hundert Ampere, vermieden werden, welche bei einer mehrteiligen Ausbildung der Halterung an den Verbindungsstellen der Teile auftreten könnten. Durch die Reduktion von elektrischen Verlusten kann ebenfalls die Wärmeentwicklung bzw. Abwärme des Hochspannungsleistungsschalters in Betrieb reduziert werden, was die Betriebssicherheit und Langlebigkeit erhöht, und Beschädigungen bis hin zu Zerstörungen durch hohe Temperaturen verhindert.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Haltern einer Vakuumschaltröhre in einem säulenförmigen Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalter, umfasst, dass die Vakuumschaltröhre über eine hohlzylindrische Halterung in dem Isolator räumlich fixiert und elektrisch mit einem äußeren Anschluss des Hochspannungsleistungsschalter verbunden wird, und die Vakuumschaltröhre an der Halterung nach unten hängt.
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Die Halterung kann im Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters eine hohe Wärmemenge von der Vakuumschaltröhre an die Umgebung des Hochspannungsleistungsschalters ableiten, insbesondere aus dem Inneren des Isolators nach außen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Haltern einer Vakuumschaltröhre in einem säulenförmigen Isolator eines Hochspannungsleistungsschalters, insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsleistungsschalter, gemäß Anspruch 13 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalters mit einer Halterung nach Art einer Aufhängung für eine Vakuumschaltröhre gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in den 1 bis 5 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei zeigen die
- 1 schematisch in Schnittansicht einen erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter 1 mit einer Halterung 2 für eine Vakuumschaltröhre 3 von einer Seite betrachtet, und
- 2 schematisch in Schnittansicht die Halterung 2 der 1 vergrößert, und
- 3 schematisch in Schnittansicht die Halterung 2 der 2 mit Öffnungen 7 im Boden 9 zur Kühlung der Vakuumschaltröhre 3 durch Isoliergaszirkulation, und
- 4 schematisch, vergrößert in Schnittansicht eine Abschirmung 12 an der Halterung 2 der 3, zum Abschirmen eines elektrischen Kontakts 17 der Vakuumschaltröhre 13, und
- 5 schematisch in Schnittansicht die Halterung 2 der 3, mit einer Berstscheibe 11 in einem Verschlussdeckel 10 des Hochspannungsleistungsschalters 1.
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In 1 ist in Schnittansicht ein erfindungsgemäßer Hochspannungsleistungsschalter 1 von einer Seite betrachtet gezeigt. Der Hochspannungsleistungsschalter 1 umfasst eine Vakuumschaltröhre 3 in einem säulenförmigen Isolator 4, welche an einer Halterung 2 des Hochspannungsleistungsschalters 1 befestigt ist. Die Vakuumschaltröhre 3 ist im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet, mit einer Längsachse koaxial zur Längsachse des säulenförmigen Isolators 4, welcher ebenfalls im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet ist. Der säulenförmigen Isolators 4 ist hohlzylinderförmig, mit ringförmig um den äußeren Umfang verlaufenden Rippen, welche die elektrische Isolation entlang der Längsachse des Isolators 4 erhöhen, durch Verlängerung des Weges für Kriechströme auf dem äußeren Umfang des Isolators 4 entlang seiner Längsachse. Der Isolator 4 ist z. B. aus Keramik, Silikon und/oder einem elektrisch isolierenden Verbundwerkstoff.
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Der zylinderförmige Hohlkörper des Isolators 4 ist an seinen Enden, d. h. auf der Grund- und Deckfläche des Zylinders, gasdicht verschlossen und jeweils mit einem äußeren elektrischen Anschluss 5 in Form einer Anschlussfahne des Hochspannungsleistungsschalters 1 versehen. Am oberen Ende des Isolators 4 dient ein Verschlussdeckel 10 dem gasdichten Verschluss des Isolators 4. Am unteren Ende ist der Isolator 4 auf einem Träger angeordnet, welcher der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, auf dem der säulenförmige Isolator 4 mit seiner Längsachse senkrecht zum Untergrund bzw. parallel zur Gravitationskraftrichtung angeordnet ist.
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Der Hochspannungsleistungsschalter 1 umfasst wenigstens einen Antrieb und Elemente einer kinematischen Kette, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Über den Antrieb und die Elemente der kinematischen Kette wird beim Schalten des Hochspannungsleistungsschalters 1 ein beweglicher Kontakt in der Vakuumschaltröhre 3 angetrieben, wodurch ein Strompfad über die Vakuumschaltröhre 3 zwischen den äußeren elektrischen Anschlüssen 5 getrennt bzw. geöffnet oder verbunden bzw. geschlossen wird. Durch Schließen oder Öffnen des Strompfads schaltet der Hochspannungsleistungsschalter 1 insbesondere mit den Anschlüssen 5 verbundene Hochspannungskabel, Stromerzeuger und/oder elektrische Verbraucher ein oder aus. Der Hochspannungsleistungsschalter 1 ist insbesondere ausgebildet zum Schalten von Spannungen im Bereich von 35 kV, 145 kV und bis hin zu 1200 kV.
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Am oberen Ende des Isolators 4, welches mit dem Verschlussdeckel 10 gasdicht verschlossen ist, ist die Halterung 2 für die Vakuumschaltröhre 3 im Isolator 4 angeordnet. Die Halterung 2 ist z. B. zwischen einem Flansch am Ende des Isolators 4 und dem Verschlussdeckel 10 eingeklemmt, verschraubt, verschweißt, verlötet und/oder verklebt. Eine Krempe bei hutförmiger Halterung 2 dient der Befestigung der Halterung 2 zwischen dem Flansch am Isolator 4 und dem Verschlussdeckel 10. Der elektrische Anschluss 5 ist in Form einer Anschlussfahne direkt an der Krempe außerhalb des Isolators 4 an der Halterung 2 angeordnet und gut elektrisch leitend insbesondere direkt mit der Halterung 2 verbunden.
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Die Halterung 2 ragt mit einem hohlzylindrischen Mantel als Wandung 6, koaxial mit dem säulenförmigen Isolator 4 angeordnet, in den Innenraum des Isolators 4 hinein, und ist am gegenüberliegenden Ende zur Krempe mit einem Boden 9 als Kreiszylindergrundfläche verschlossen. In 2 ist schematisch in Schnittansicht die Halterung 2 im Isolator 4 angeordnet, und mit dem Verschlussdeckel 10 nach oben hin gasdicht verschlossen, vergrößert dargestellt. Am Boden 9 ist ein elektrischer Kontakt, im Ausführungsbeispiel der Figuren der Festkontakt 17 der Vakuumschaltröhre 3, gut elektrisch leitend befestigt. Der Boden 9 ist mit zusätzlichem Material verstärkt ausgebildet, d. h. weist eine größere Dicke auf als die zylinderförmige Wandung 6 der Halterung 2. Der verstärkte Bereich 15 verringert elektrische Verluste bei hohen Stromstärken.
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Der Festkontakt 17 der Vakuumschaltröhre 3 ist in flächigem elektrischen Kontakt mit dem Boden 9 der Halterung 2 verbunden, z. B. verlötet, verschweißt, angeschraubt, und/oder verklebt. Von der Halterung 2 ausgehend, erstreckt sich die Vakuumschaltröhre 3 entlang der Längsachse des Isolators 4 bzw. der Vakuumschaltröhre 3 nach unten, mit dem Festkontakt 17, einem deckelförmigen, insbesondere metallischen Verschluss und einem zylinderförmigen z. B. keramischen Isolator, einem zylinderförmigen z. B. metallischen Verbindungsteil und einem wenigstens zweiten zylinderförmigen z. B. keramischen Isolator, welcher am unteren Ende mit einem deckelförmigen, insbesondere metallischen Verschluss für eine vakuumdichte Vakuumschaltröhre 3 verschlossen ist. Durch den unteren deckelförmigen Verschluss ist eine Antriebsstange z. B. über einen Faltenbalg vakuumdicht, beweglich gelagert in die Vakuumschaltröhre 3 geführt, um beim Schalten in der Vakuumschaltröhre 3 den beweglichen Kontakt antreiben zu können. Derartige Vakuumschaltröhren sind aus dem Stand der Technik bekannt und in den Figuren nur schematisch von außen dargestellt.
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Am unteren Ende ist die Vakuumschaltröhre 3 z. B. durch eine hohlzylinderförmige Halterung in dem Isolator 4 mechanisch fest, insbesondere unbeweglich, koaxial zum Isolator 4 befestigt. Die Halterung kann die Vakuumschaltröhre 3 nach oben hin mechanisch abstützen. Am gegenüberliegenden Ende ist die Vakuumschaltröhre 3 an der Halterung 2 aufgehängt, wodurch eine mechanisch und zeitlich stabile Anordnung der Vakuumschaltröhre 3 in dem Isolator 4 erfolgt, selbst bei Krafteinwirkungen auf die Vakuumschaltröhre 3 beim Schalten.
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Die Halterung 2 weist, wie z. B. im Ausführungsbeispiel der 2 gezeigt ist, in Bereichen der Verbindung von zylinderförmigen Mantel bzw. Wandung 6 der Halterung 2 und Boden 9 sowie in Bereichen der Verbindung von zylinderförmigen Mantel bzw. Wandung 6 der Halterung 2 und Krempe der hutförmigen Halterung 6, durch zusätzlichen Material verstärkte Bereiche 15 auf. Die Materialdicke der Halterung 2 ist in den verstärkten Bereichen 15 dicker, insbesondere doppelt bis dreimal so dick, als die Dicke der Wandung 6 im zylinderförmigen Mantelbereich der Halterung 6. Durch die verstärkten Bereiche 15 können bei hohem Stromfluss über die Halterung 6, zwischen Festkontakt 17 der Vakuumschaltröhre und äußerem elektrischem Anschluss 5 des Hochspannungsleistungsschalters 1, elektrische Verluste verringert werden.
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Im zylinderförmigen Mantel bzw. in der Wandung 6 der Halterung 2 sind im Ausführungsbeispiel der 2 Öffnungen 8 vorgesehen, welche z. B. rund oder elliptisch sind, durchgehend durch die Wandung ausgebildet. Diese können z. B. als Bohrung, durch Stanzen oder bei einem Gießen der Halterung 2 in die Wandung 6 eingebracht werden. Es können z. B. zwei, vier oder sechs durch die Wandung 6 durchgehende Öffnungen 8 ausgebildet sein, insbesondere jeweils zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Wandung 6. Die Öffnungen 8 verbinden fluidisch den inneren Bereich der hohlzylinderförmigen Halterung 2 mit dem isoliergasgefüllten Bereich zwischen Halterung 2 und Isolator 4. Über die Öffnungen 8 ist ein Gasaustausch, insbesondere von Clean Air, zwischen dem inneren Bereich der hohlzylinderförmigen Halterung 2 und dem Bereich zwischen Halterung 2 und Isolator 4 möglich.
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Wie im Ausführungsbeispiel der 3 im Detail gezeigt ist, können im Boden 9 und/oder im verstärkten Bereich 15 zwischen Boden 9 und zylinderförmigen Mantel 6 der Halterung 2, Öffnungen 7 vorgesehen sein. Analog den Öffnungen 8 in der Wandung 8, können z. B. zwei, vier oder sechs durchgehende Öffnungen 7 ausgebildet sein, insbesondere jeweils zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Wandung 6, z. B. durch Bohren. Die Öffnungen 7 verbinden fluidisch den inneren Bereich der hohlzylinderförmigen Halterung 2 mit dem isoliergasgefüllten Bereich zwischen Halterung 2 und Vakuumschaltröhre 3 am unteren Ende 14 der Halterung 2. Über die Öffnungen 7 ist ein Gasaustausch, insbesondere von Clean Air, zwischen dem inneren Bereich der hohlzylinderförmigen Halterung 2 und dem Bereich zwischen Halterung 2 und Vakuumschaltröhre 3 möglich. Wärme, welche insbesondere bei hohem Stromfluss am Festkontakt 17 und/oder am mechanischen Kontakt zur Halterung 2 entsteht, kann z. B. durch Konvektion von Gas durch die Öffnungen 7 und 8 an die Umgebung abgegeben werden und von der Vakuumschaltröhre 3 abgeführt werden.
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In 4 ist schematisch, vergrößert in Schnittansicht ein Ausschnitt des unteren Endes 14 der Halterung 2 der 3 dargestellt. Zum Abschirmen des elektrischen Kontakts 17 und/oder des Endbereichs 13 der Vakuumschaltröhre 13 ist zylinderförmig umlaufend eine Abschirmung 12 an der Halterung 2 angeordnet. Die Abschirmung 12 umfasst als Deckfläche den Boden 9 der Halterung 2 und weist einen etwas größeren Umfang auf als den Umfang der Vakuumschaltröhre 3. Die Abschirmung 12 ist über den Endbereich 13 der Vakuumschaltröhre 13 gestülpt und schirmt diese elektromagnetisch gegenüber der Umgebung ab, insbesondere gegenüber der Innenwand des Isolators 4. Überschläge und Kriechströme zwischen den Kontakten der Vakuumschaltröhre 3, insbesondere über die Innenwand des Isolators 4, werden dadurch reduziert bzw. verhindert. Die innere Form der Abschirmung 12 entspricht vergrößert der äußeren Form des Endbereichs 13 der Vakuumschaltröhre 13, mit konstantem Abstand zwischen der Abschirmung 12 und dem Endbereich 13 der Vakuumschaltröhre 13 entlang dem Kreisumfang, insbesondere im Bereich von Millimetern oder wenigen Zentimetern.
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In 5 ist schematisch in Schnittansicht der Hochspannungsleistungsschalter 1 im Bereich der Halterung 2 entsprechend der 3 dargestellt, mit einer Berstscheibe 11 in einem Verschlussdeckel 10 des Hochspannungsleistungsschalters 1. Bei einem vordefinierten Überdruck im Inneren des Hochspannungsleistungsschalters 1 kann die Berstscheibe 11 brechen bzw. bersten, und einen Druckausgleich zwischen Umgebung und dem Inneren des Hochspannungsleistungsschalters 1 ergeben. Ein Überdruck kann z. B. bei Temperaturerhöhung im Hochspannungsleistungsschalters 1 über das Isoliergas entstehen, insbesondere durch Erwärmung von Elementen des Hochspannungsleistungsschalters 1 bei hohem Stromdurchfluss und/oder Sonneneinstrahlung. Durch die Berstscheibe 11 wird der Überdruck in eine Richtung senkrecht zur Erdoberfläche abgeleitet und ein Bersten des Isolators 4 zur Seite hin verhindert. Personen, insbesondere Wartungspersonal wird dadurch vor Verletzungen durch herumfliegende Trümmerteile des Isolators 4 geschützt. Öffnungen 7, 8, insbesondere Öffnungen 8, können derart dimensioniert werden, dass ein Druckausgleich z. B. zwischen dem Bereich zwischen der Halterung 2 und dem Isolator 4 und dem Inneren der Halterung 2 vorbestimmt erfolgt, und ab einer bestimmten Innendruckänderung die Berstscheibe 11 bersten kann.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So kann z. B. die Berstscheibe 11 unterschiedliche Materialien, z. B. Blech und/oder Kunststoff umfassen. Abhängig vom maximal erlaubten Innendruck im Hochspannungsleistungsschalter 1 kann die Dicke und/oder Fläche der Berstscheibe 11 ausgelegt sein. Die Halterung 2 ist aus einem gut elektrisch- und wärmeleitenden Material, z. B. Kupfer, Stahl und/oder Aluminium, welches eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Über die Halterung 2 können hohe Stromstärken, insbesondere im Bereich von einigen hundert Ampere fließen, ohne dass eine starke Wärmeentwicklung erfolgt. Wärme der Vakuumschaltröhre 3 kann über die Halterung gut an die Umgebung abgeführt werden. Dazu kann insbesondere die Wandung 6 mit einer gleichmäßigen Dicke im Bereich von Zentimetern ausgebildet sein. Es können auch verstärkte Bereiche 15 der Halterung 2 mit doppelter bis hin zu mehrfacher Dicke der Dicke der Wandung 6 vorgesehen sein.
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Die Vakuumschaltröhre 3 kann über Schrauben im Boden 9 der Halterung 2 befestigt sein, insbesondere hängend mit einer Kraftrichtung der Gewichtskraft in Richtung bzw. parallel der Längsachse der Vakuumschaltröhre 3. Es können auch andere Befestigungsmittel und/oder Verfahren zum Befestigen der Vakuumschaltröhre 3 am Boden 9 der Halterung 2 verwendet werden, z. B. Nieten, Bolzen, Schweißen, Löten und/oder Kleben. Insbesondere am Boden des Hochspannungsleistungsschalters 1 abgestützt kann die Vakuumschaltröhre 3 über die Halterung 2 koaxial im Isolator 4 fixiert sein, auch bei geneigter Anordnung des Isolators 4. Eine einteilige bzw. monolithische Ausführung der Halterung 2 kann Stromverluste bzw. Leistungsverluste im Betrieb des Hochspannungsleistungsschalters 1 verringern, alternativ kann die Halterung 2 auch mehrteilig aufgebaut sein, insbesondere mit gutem elektrischen Kontakt zwischen den Einzelteilen bzw. Elementen der Halterung 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochspannungsleistungsschalter
- 2
- Halterung
- 3
- Vakuumschaltröhre
- 4
- säulenförmiger Isolator
- 5
- äußerer elektrischer Anschluss
- 6
- Wandung
- 7
- Öffnung im Boden
- 8
- Öffnung in der Wandung
- 9
- Boden
- 10
- Verschlussdeckel
- 11
- Berstscheibe
- 12
- Abschirmung
- 13
- Endbereich der Vakuumschaltröhre
- 14
- unteres Ende der Halterung
- 15
- verstärkte Bereiche
- 16
- Filtermaterial
- 17
- elektrischer Festkontakt der Vakuumschaltröhre
