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Hochspannungszelle der geschlossenen Bauweise Bei durch Wände begrenzten
elektrischen Anlagen ergaben sich beim Auftreten eines Störlichtbogens, d. h. eines
z. B. durch einen Kurzschluß zwischen den Sammelschienen eingeleiteten ungewollten
Lichtbogens, bisher immer größere Beschädigungen, die den Ausfall der Anlage zur
Folge hatten und in langwierigen Reparaturen ausgebessert werden mußten. Häufig
führten die Wirkungen des Störlichtbogens, nämlich ultraviolette Strahlung, gerichtete
Gasströmung und eine Druckerhöhung im Innern einer gekapselten Hochspannungsschalteinheit,
zur völligen Zerstörung der Anlage, vor allem zum Zersprengen der Wände. Abgesehen
von den Sachschäden, die sogar noch in den Nachbarzellen auftreten konnten, ergab
sich auch immer eine Gefährdung des Bedienungspersonals, das entweder beim Zersprengen
der Wände selbst oder durch das dann austretende heiße Gas oder durch Metallspritzer
verletzt werden konnte. Die gerichtete Gasströmung, die sich durch das z. B. aus
einem Spalt der zersprengten Wände strahlartig austretende heiße Gas ergab, konnte
nämlich auch noch in einiger Entfernung Verbrennungen hervorrufen.
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Man hat bereits versucht, die für die Zerstörung wesentliche Druckwirkung
durch das Anbringen von Kaminen und Druckentlastungsklappen bei gekapselten Hochspannungsschalteinheiten
abzubauen. Der erreichbare Schutz ist jedoch unzureichend, was mit darauf zurückzuführen
sein mag, daß z. B. Druckentlastungsklappen erst bei einem bestimmten überdruck
ansprechen.
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Es ist ferner bekannt, einzelne Anlagenteile bei elektrischen Schaltanlagen
durch Gitter voneinander abzutrennen. Bei solchen -Anlagen besteht zwar keine Explosionsgefahr,
jedoch muß damit gerechnet werden, daß die heißen Lichtbogengase, die praktisch
ungehindert abströmen können, in der Anlage beschäftigte Personen gefährden und
zu Schäden an benachbarten Anlagenteilen führen.
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Man hat ferner versucht, ein Zersprengen von Wänden in elektrischen
Anlagen dadurch zu verhindern, daß man die Wände aus luftdurchlässigen Faserstoffbahnen
aufgebaut hat. Solche Faserstoffbahnen sind aber empfindlich. Sie benötigen Versteifungen,
z. B. in Form von eingelegten Drahtgittern. Außerdem sind kräftige Rahmen erforderlich,
um die Bahnen zu spannen. Die Wände einer anderen bekannten elektrischen Anlage
sind als Hohlwände aus zwei parallelen Blechen aufgebaut, um eine große mechanische
Festigkeit zu erhalten. Die Festigkeit ist aber selbstverständlich nicht für alle
möglichen Drücke ausreichend. Daher besteht auch hier die Gefahr, daß die Schaltanlage
bei einem Lichtbogen durch Überdruck zerstört wird, weil keine Möglichkeit für den
Abzug der erhitzten Gase vorhanden ist.
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Im Gegensatz zu den vorgenannten Ausführungen ist bei einer Hochspannungszelle
der geschlossenen Bauweise, deren Wände auf allen Seiten mindestens zum Teil Gase
durchlassen, aber undurchlässig für Metallspritzer sind, das Auftreten der obengenannten
Nachteile dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die Wände aus an sich bekannten
doppelwandigen gelochten Metalltafeln bestehen, deren Löcher jedoch gegeneinander
versetzt sind. Das bei einem Störlichtbogen sich ausdehnende Gas kann dann durch
einen verteilten großen Austrittsquerschnitt entweichen, ohne daß sich ein starker
Druck aufbauen kann. Besondere Maßnahmen, wie Versteifungen und Rahmen, sind im
Gegensatz zu Wänden aus Faserstoffbahnen nicht erforderlich.
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Die Tafeln sind verhältnismäßig einfach, z. B. durch Stanzen, herzustellen
und haben die für den Aufbau größerer Wandflächen nötige Festigkeit. Die Löcher
wählt man so, daß die Platten einen möglichst geringen Strömungswiderstand bieten.
Gegebenenfalls kann man auch zwischen zwei gelochten Platten eine luftdurchlässige
körnige Füllmasse, z. B. groben Sand, einbringen.
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Bei einer freistehenden Schalttafel hat man das Schalttafelgerüst
aus kastenartigen gepreßten oder gebogenen Blechtafeln zusammengesetzt. Dabei hat
man, um die Montage von Leitungen, beispielsweise Meß-, Steuer- und Signalleitungen,
an der Schalttafel zu erleichtern, die Gerüstwände mit einer Lochung von gleichmäßiger
Anordnung versehen. Der dabei sich ergebende Austrittsquerschnitt wäre aber für
eine Gasabfuhr zu klein. Außerdem ist keine Gewähr dafür gegeben, daß Metallspritzer
diese
Wände nicht durchdringen, weil die Lochung gleichmäßig sein muß.
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Das gleiche gilt auch für eine bekannte Bauplatte für elektrische
Zwecke, die aus einer Isoliermasse mit beiderseitigem gelochtem Blechbelag besteht.
Die Löcher haben die Aufgabe, eine Verankerung mit der Isoliermasse zu ermöglichen,
und sollen zugleich zur Aufnahme von Klammern für die zu verlegenden Leitungen dienen.
Für eine Gasabfuhr reichen sie aber nicht aus.
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Das sich bei einem Störlichtbogen ausdehnende Gas kann bei der Erfindung
durch einen verteilt angeordneten großen Austrittsquerschnitt entweichen, ohne daß
sich ein größerer Druck aufbauen kann und Metallspritzer nach außen drängen. Diese
vorteilhafte Wirkung ergibt sich bereits, wenn nicht die gesamten Wandflächen, sondern
nur genügend große Teile gasdurchlässig sind. Vor allem wird man die gasdurchlässigen
Teile an besonders druckempfindlichen Stellen anordnen, dort also, wo die sonst
auftretenden Druckkräfte, z. B. als Biegemomente, besonders ungünstige Deformationen
hervorrufen würden. Man wird aber möglichst alle Wandflächen wenigstens zum Teil
gasdurchlässig ausführen, um einen gleichmäßigen Gasaustritt zu erhalten und eine
gerichtete Gasströmung zu vermeiden. Für den Fall, daß dies aus anderen Gründen
nicht möglich ist, z. B. weil die einem Bedienungsgang zugekehrte Fläche mit Meßinstrumenten
ausgestattet ist, wird man die Flächen der übrigen Wände möglichst ganz gasdurchlässig
ausführen. Auch in diesem Falle ergibt sich, wie noch gezeigt wird, nur eine geringe
Druckerhöhung beim Auftreten von Lichtbögen.
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Bei geschotteten Einheiten, bei denen das Innere durch Zwischenwände,
z. B. zwischen den Sammelschienen und dem Schalter, nochmals unterteilt ist, wird
man auch die Zwischenwände gasdurchlässig ausbilden. Man kann damit die Wirkungen
des Lichtbogens auf seine Entstehungsstelle beschränken. Durch die gleichmäßige
allseitige Gasabfuhr wird nämlich die erwähnte schädliche gerichtete Gasströmung
vermieden. Auch ein Wandern des Lichtbogens durch selbsterzeugte thermische Beblasung
kann dann nicht auftreten.
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In der F i g. 1 ist in einem Schaubild die Abhängigkeit des sich aufbauenden
Druckes von der Lichtbogenleistung für verschiedene schematisierte Hälle aufgezeichnet.
Dabei ist auf der Abszisse der sich ergebende Druck in ata in logarithmischem Maßstab
aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Anteil n der Lichtbogenleistung N aufgetragen,
der zur Druckerhöhung beiträgt. Er kann nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik
etwa zu n = 0,23 N bestimmt werden. Nach Eintritt des Energiegleichgewichtes, d.
h., wenn die durch die Lichtbogenwärme zugeführte Energie gleich der durch die austretenden
Gase abgegebenen Energie ist, stellt sich z. B. bei einer einseitig geöffneten Schalteinheit
ein Druck von 1,057 ata (Kurve 2), bei einer Schalteinheit mit einer geöffneten
Entlüftungsklappe ein Druck von 1,850 ata (Kurve 1) und bei einer Schalteinheit
mit gasdurchlässigen Wänden ein Druck von nur 1,024 ata (Kurve 4) ein. Die Werte
wurden für ein Einheitsvolumen von 1 mg bestimmt. Die Kurve 3 für eine Schalteinheit,
die eine gasundurchlässige Wand besitzt, zeigt, daß auch diese Ausführung den bekannten
Anordnungen mit einer Klappe oder einem Kamin überlegen ist.
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Die F i g. 2 a und 2 b zeigen in einem Vertikalschnitt bzw. einer
Ansicht die Anwendung der Erfindung bei einer gekapselten Hochspannungsschalteinheit.
Das mit 1 bezeichnete Gehäuse enthält den Schalter 2, der den Kabelabgang 3 mit
den Sammelschienen 4 verbindet. Die Wände des Gehäuses bestehen bis auf den oberen
Bereich 5' der Tür 5 aus gasdurchlässigen perforierten Metalltafeln. Dadurch steht
für den Fall eines Störlichtbogens praktisch die gesamte Oberfläche der Schalteinheit
für den Austritt des sich dann ausdehnenden Gases zur Verfügung. Durch die Zwischenwand
6 zwischen dem Sammelschienenraum und dem Raum für den Schalter kann man erreichen,
daß ein Störlichtbogen, der z. B. an den Sammelschienen auftritt, lokalisiert bleibt.
Die dabei gebildeten Gase können zwar auch durch die Zwischenwand 6 in den Schalterraum
eindringen, wodurch sich eine gleichmäßige Gasabfuhr ergibt. Sie werden jedoch beim
Durchtritt durch die Wand so weit abgekühlt, daß die Durchschlagsfestigkeit der
Luft im Schalterraum nicht herabgesetzt wird. Gleichzeitig ermöglichen die gasdurchlässigen
Wände eine gewisse Ventilation bei normalem Betrieb, so daß die durch hohe Stromstärken
verursachten Temperatursteigerungen nicht so- große Werte wie bei den üblichen gekapselten
Einheiten erreichen.