DE10357407A1 - Elektrische Schalteinrichtung mit einem elektrisch isolierenden Stoffgemisch - Google Patents

Abstract

Eine Unterbrechereinheit einer elektrischen Schalteinrichtung (1), beispielsweise eine Vakuumschaltröhre (2), ist in einen Isolierstoff eingebettet. Der Isolierstoff ist Teil eines Stoffgemisches (10), das weiterhin Füllkörper (11) aufweist. Die Füllkörper (11) bestehen im Wesentlichen aus alkalifreiem kugelförmigem Glas.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schalteinrichtung mit einer Unterbrechereinheit, welche von einem Isolierstoff und Füllkörper aufweisenden, elektrisch isolierenden Stoffgemisch umgeben ist.
• Aus der deutschen Patentschrift DE 101 39 624 C1 ist beispielsweise ein elektrisches Schaltgerät bekannt, welches eine Unterbrechereinheit aufweist, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist. Die dortige Unterbrechereinheit ist von einem elektrisch isolierenden Stoffgemisch umgeben. Das Stoffgemisch weist einen Isolierstoff auf, welcher beispielsweise gelförmig ist. In den Isolierstoff sind Füllkörper eingebracht. Diese Füllkörper bestehen beispielsweise aus Polyethylen. Diese Füllkörper verbessern die Wärmeleitfähigkeit des elektrisch isolierenden Stoffgemisches und tragen so dazu bei, eine unzulässige Erwärmung des elektrischen Schaltgerätes zu vermeiden.
• Eine Herstellung von Polyethylenfüllkörpern ist vergleichsweise aufwendig, da an die Qualität der Füllkörper hohe Anforderungen gestellt werden. So ist es beispielsweise notwendig, dass die Füllkörper frei von Fremdkörpereinschlüssen oder Hohlräumen sind. Des Weiteren ist die Oberfläche der Füllkörper in einer derartigen Güte auszuführen, dass der Isolierstoff sich möglichst hohlraumfrei an die Füllkörper anschmiegt. Außerdem muss das Füllkörpermaterial derart beschaffen sein, dass chemische Reaktionen mit dem Isolierstoff oder mit in dem Isolierstoff eingeschlossenen Sauerstoffanteilen oder Fremdmaterialien ausgeschlossen sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stoffgemisch für eine elektrische Schalteinrichtung anzugeben, dessen Füllkörper preiswert sowie über einen langen Zeitraum in ihren physikalischen sowie chemischen Eigenschaften stabil sind.
• Die Aufgabe wird bei einer elektrischen Schalteinrichtung mit einem Stoffgemisch der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Füllkörper aus Glas sind.
• Glas ist ein guter elektrischer Isolator, welcher in großen Mengen bei einer guten Qualität preiswert herstellbar ist. Aufgrund seiner guten elektrisch isolierenden Eigenschaften wird die Isolationsfestigkeit des Stoffgemisches nicht negativ beeinträchtigt. Dadurch ist es möglich, die Unterbrechereinheit einer elektrischen Schalteinrichtung in der bekannten Weise mit dem elektrisch isolierenden Stoffgemisch zu umgeben. Die Füllkörper aus Glas können an beliebigen Stellen innerhalb des Gesamtvolumens des Stoffgemisches angeordnet sein. Zur Gewährleistung der geforderten chemischen sowie physikalischen Eigenschaften der Füllkörper ist die Verwendung von alkaliarmen bzw. alkalifreien Glas, sogenanntem Elektroglas, vorzusehen. Dieses Glas ist weitgehend chemisch inaktiv, so dass auch langfristig eine Beeinflussung der Isolierung einer Unterbrechereinheit einer elektrischen Schalteinrichtung nahezu ausgeschlossen werden kann.
• Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Unterbrechereinheit eine Vakuumschaltröhre aufweist.
• Vakuumschaltröhren weisen Kontaktstücke auf, die innerhalb eines evakuierten Röhrenkörpers angeordnet sind. Da das im Innern der Vakuumschaltröhre herrschende Vakuum ausreichende Reserven hinsichtlich seiner Spannungsfestigkeit aufweist, wird die Bauhöhe der Vakuumschaltröhre im Wesentlichen durch die Gestaltung der Isolation an ihrem Äußeren bestimmt. Um einen äußeren Überschlag zu vermeiden, kann die Vakuumschaltröhre mit dem Stoffgemisch umgeben werden. Evakuierte Vakuumschaltröhren sind in einfacher Weise mit einem Stoffgemisch ummantelbar. Dadurch ist es möglich, die Vakuumschaltröhre selbst in einer kompakten Bauform auszugestalten. Daraus ergeben sich kleine Abmessungen bei dem Einsatz der Vakuumschaltröhren bei höheren Spannungen, beispielsweise bei Spannungen oberhalb 30 kV, wie beispielsweise 72,5, 123, 245 oder 550 kV.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Unterbrechereinheit innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, welches mit dem Stoffgemisch befüllt ist.
• Elektrisch isolierende Stoffgemische mit einem fluiden Charakter sind einfach an der Vakuumschaltröhre anzuordnen, um diese unabhängig von den jeweiligen Betriebszuständen stets ausreichend zu umhüllen. Als Gehäuse bieten sich beispielsweise Isolierstoffgehäuse an, aber es kann auch vorgesehen sein, dass Gehäuse aus elektrisch leitenden Materialien eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung eines Gehäuses besteht darin, ein gallertartiges Isolierstoffgemisch an seiner Oberfläche zu vernetzen, so dass ein ggf. elastischer jedoch formbeständiger Gehäusekörper entsteht, der in seinem Inneren das gallertartige Isolierstoffgemisch aufweist.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisch isolierendes Stoffgemisch anzugeben, welches qualitativ hochwertige und preiswerte Füllkörper aufweist.
• Die Aufgabe wird bei einem elektrisch isolierenden Stoffgemisch der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Füllkörper aus Glas sind.
• Wie bereits obenstehend beschrieben, sind Füllkörper aus Glas in einer ausreichenden Qualität zu günstigen Preisen beziehbar. Die gläsernen Füllkörper erfüllen die Anforderungen hinsichtlich chemischer sowie physikalischer Eigenschaften. Alkaliarmes oder alkalifreies Elektroglas unterliegt auch über sehr lange Zeiträume, beispielsweise mehrere Jahrzehnte, kaum einer chemischen bzw. physikalischen Alterung.
• Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Füllkörper kugelförmig sind.
• Die Kugelform gestattet es dem Isolierstoff sich nahezu spaltenfrei um die Kugel herum anzulegen. Etwaige Kanten oder Vorsprünge an den Füllkörpern sind vermieden. Weiterhin sind kugelförmige Füllkörper in ein Gehäuse leicht einfüllbar und innerhalb des Gehäuses leicht verschiebbar. Unabhängig von einer Rotation oder Verschiebung der Füllkörper während des Einbringens in den Isolierstoff ist von außen stets eine Kugelform gegeben. Bei einem Aufeinandertreffen mehrerer Kugelkörper ergeben sich zwangsweise symmetrische Anordnungen der Füllkörper.
• Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass dass die Füllkörper einen Durchmesser von bis zu 3 mm, insbesondere bis zu 1 mm aufweisen.
• Füllkörper mit Durchmessern bis zu 3 mm, insbesondere bis zu 1 mm, gestatten es, das Stoffgemisch auch in dünnen Lagen zu verarbeiten. Weiterhin ist mit derartig kleinen kugelförmigen Füllkörpern auch ein Befüllen von engen Kanälen oder verschachtelten Volumina mit einem Stoffgemisch möglich. Bei einer entsprechend homogenen Durchmischung des Isolierstoffes mit den Füllkörpern ist so eine Isolation herstellbar, welche dielektrisch hoch belastbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die kugelförmigen Füllkörper einen Durchmesser von ca. 0,2 mm bis ca. 1 mm aufweisen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass alle Füllkörper denselben Kugeldurchmesser aufweisen oder auch dass innerhalb eines Stoffgemisches Füllkörper verschiedener Durchmesser vorliegen. So ist es möglich, je nach zu befüllendem Volumen oder zu ummantelndem elektrischen Gerät, das geeignetste Stoffgemisch zu verwenden.
• Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Stoffgemisch einen größeren Volumenanteil Füllkörper als Isolierstoff aufweist.
• Bei einem gegenüber dem Isolierstoff vergrößerten Volumenanteil der Füllkörper ist es möglich, die Wärmeleitung innerhalb des Stoffgemisches positiv zu beeinflussen. Bei dem Vorsehen von großen Mengen von Füllkörpern innerhalb des Stoffgemisches besteht die Möglichkeit, dass viele Füllkörper miteinander unmittelbar in Oberflächenkontakt sind bzw. nur sehr schmale Stege von Isolierstoff zwischen den Füllkörpern angeordnet sind. Dadurch sind Wärmebrücken gebildet, welche es ermöglichen, über die Füllkörper beispielsweise die innerhalb einer Unterbrechereinheit entstehende Wärme durch das Stoffgemisch hindurch nach außen zu leiten. Dadurch wird die Lebensdauer des Stoffgemisches erhöht, da Erwärmungen, insbe sondere lokale Überhitzungen, eines elektrisch isolierenden Stoffgemisches dessen Struktur schädigen und so das Isoliervermögen des Stoffgemisches beeinträchtigen.
• Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Füllkörper und der Isolierstoff in einem Volumenverhältnis von z.B. 3:2 vorliegen.
• Ein derartiges Mischungsverhältnis gestattet es, das Stoffgemisch gut zu verarbeiten und gleichzeitig mit einem geringen Anteil Isolierstoff auszukommen. Insbesondere bei der Verwendung eines zähen, beispielsweise eines zähflüssigen, Isolierstoffes sind die zwischen den Füllkörpern entstehenden Freiräume derart bemessen, um in ausreichendem Maße mit dem Isolierstoff befüllt zu werden.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass der Isolierstoff gelförmig ist.
• Ein gelförmiger Isolierstoff weist eine ausreichende Eigenklebrigkeit auf, so dass in diesen Isolierstoff eingebrachte Füllkörper innerhalb des gelförmigen Isolierstoffes kaum zu einem Absinken neigen. Zumindest für die Herstellung bzw. Verarbeitung sind so günstige Voraussetzungen geschaffen, ein homogenes Stoffgemisch zu nutzen.
• Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Isolierstoff ein Silikongel ist.
• Silikongele sind großtechnisch leicht herstellbar. Weiterhin weisen sie gute elektrische Isoliereigenschaften auf. Darüber hinaus ist es möglich, die Silikongele während der Verarbeitung zähfließend vorliegen zu haben. Innerhalb eines vorgeb baren Zeitraumes können diese Silikongele dann aushärten. Da Silikongele eine hohe Eigenklebrigkeit aufweisen, bleiben die Füllkörper auch während des „Aushärtens" des Gels in ihren Positionen angeordnet.
• Weiterhin kann ein elektrisch isolierendes Stoffgemisch vorteilhaft verwendet werden, um eine Baugruppe einer Hochspannungsanordnung elektrisch zu isolieren.
• Hochspannungsanordnungen können beispielsweise elektrische Schalter, Kabelmuffen, elektrische Leitungen, Durchführungen, Wandler, Transformatoren, Schaltanlagen usw. sein. Derartige Hochspannungsanordnungen weisen verschiedene Baugruppen mit verschiedenen elektrischen Potentialen auf. Die verschiedenen Potentiale sind voneinander zu trennen. Durch das Stoffgemisch sind entsprechende Schichten zwischen den Baugruppen anzuordnen, die eine entsprechende Potentialtrennung sicherstellen.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
• Dabei zeigt die Figur eine elektrische Schalteinrichtung mit einer Unterbrechereinheit, welche mit einem elektrisch isolierenden Stoffgemisch umgeben ist.
• Die Figur zeigt eine elektrische Schalteinrichtung 1, welche ein Hochspannungsleistungsschalter ist. Als Unterbrechereinheit weist die elektrische Schalteinrichtung 1 eine Vakuumschaltröhre 2 auf. Die Vakuumschaltröhre 2 weist ein erstes feststehendes Kontaktstück 3 sowie ein zweites bewegbares Kontaktstück 4 auf. Die beiden Kontaktstücke 3, 4 sind inner halb eines Isolierzylinders 5 angeordnet. Der Isolierzylinder 5 ist stirnseitig mit Deckplatten verschlossen. Durch die Deckplatten ist das zweite bewegbare Schaltkontaktstück 4 abgedichtet hindurchgeführt. Die Vakuumschaltröhre 2 ist innerhalb eines Kapselungsgehäuses 6 angeordnet. Das Kapselungsgehäuse 6 ist zu wesentlichen Teilen aus einem Isolierrohr gebildet. Das Isolierrohr weist an seiner Außenseite eine Verrippung auf. Stirnseitig ist das Isolierrohr des Kapselungsgehäuses 6 mit einer ersten Anschlussarmatur 7 sowie einer zweiten Anschlussarmatur 8 abgeschlossen. Das gesamte Kapselungsgehäuse ruht auf einer elektrisch isolierenden Trageinrichtung 9. Die erste Anschlussarmatur 7 dient der Halterung der Vakuumschaltröhre 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Vakuumschaltröhre 2 „hängend" an der ersten Anschlussarmatur 7 angeordnet. Weiterhin ist das erste feststehende Kontaktstück 3 über die erste Anschlussarmatur 7 elektrisch kontaktierbar. Die zweite Anschlussarmatur 8 weist eine Durchbrechung auf, durch welche die Antriebsstange für das bewegbare Schaltkontaktstück 4 hindurchgeführt ist. Die Durchbrechung ist zum einen als elektrische Kontaktstelle zwischen dem zweiten bewegbaren Schaltkontaktstück 4 und der zweiten Anschlussarmatur 8 ausgebildet. Zum Anderen ist die Durchbrechung abgedichtet, so dass ein im Innern des Kapselungsgehäuses 6 angeordnetes Stoffgemisch 10 nicht austreten kann. Das Stoffgemisch 10 weist eine Vielzahl von gläsernen kugelförmigen Füllkörpern 11 auf. Die Zwischenräume zwischen den kugelförmigen Füllkörpern 11 sind mit einem gelförmigen Isolierstoff befüllt. Dieser gelförmige Isolierstoff kann beispielsweise ein Silikongel sein. Dadurch entsteht ein zähes Stoffgemisch, welches in einen gewissen Umfange elastisch sowie plastisch verformbar ist. Im vorliegenden Beispiel liegt ein Volumenverhältnis von etwa 3 Volumenteilen Füllkörpern und etwa 2 Volumenteilen Isolierstoff vor. Mittels des Stoffgemisches 10 ist die Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre 2 längs der äußeren Mantelfläche des Isolierzylinders 5 erhöht.

Claims (11)

1. Elektrische Schalteinrichtung (1) mit einer Unterbrechereinheit, welche von einem Isolierstoff und Füllkörper (11) aufweisenden, elektrisch isolierenden Stoffgemisch (10) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (11) aus Glas sind.
2. Elektrische Schalteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechereinheit eine Vakuumschaltröhre (2) aufweist.
3. Elektrische Schalteinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechereinheit innerhalb eines Gehäuses (6) angeordnet ist, welches mit dem Stoffgemisch (10) befüllt ist.
4. Elektrisch isolierendes Stoffgemisch (10), welches einen elektrischen Isolierstoff und Füllkörper (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (11) aus Glas sind.
5. Elektrisch isolierendes Stoffgemisch (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (11) kugelförmig sind.
6. Elektrisch isolierendes Stoffgemisch (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (11) einen Durchmesser von bis zu 3 mm, insbesondere bis zu 1 mm aufweisen.
7. Elektrisch isolierendes Stoffgemisch (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoffgemisch (10) einen größeren Volumenanteil Füllkörper (11) als Isolierstoff aufweist.
8. Elektrisch isolierendes Stoffgemisch (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkörper (11) und der Isolierstoff in einem Volumenverhältnis von etwa 3:2 vorliegen.
9. Elektrisch isolierendes Stoffgemisch (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoff gelförmig ist.
10. Elektrisch isolierendes Stoffgemisch (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoff ein Silikongel ist.
11. Verwendung eines Stoffgemisches (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 10 für eine elektrische Isolierung einer Baugruppe einer Hochspannungsanordnung.