-
Isolierende Umhüllung für unter Spannung zu betätigende Schalt-, Trenn-
oder Anschlußstellen einer Hochspannungsanlage Die Erfindung betrifft isolierende
Umhüllungen für unter Spannung zu betätigende Schalt-, Trenn-oder Anschlußstellen
von Hochspannungsanlagen.
-
Es sind Anordnungen bekannt, bei denen für Schalt-, Trenn- und Anschlußstellen
Luft die Isolation spannungführender Teile gegeneinander bewirkt. Solche Anordnungen
haben den Nachteil, daß bei hohen Spannungen große Abstände nötig sind.
-
Bei anderen Anordnungen für Schalt-, Trenn- und Anschlußstellen werden
Flüssigkeiten zur Isolation verwendet, um kleinere Abmessungen verwirklichen zu
können. Bei Verwendung von Flüssigkeiten treten verschiedene Nachteile auf. Diese
bestehen insbesondere darin, daß Schwierigkeiten bei der Abdichtung auftreten, daß
aus unvermeidlichen Leckstellen Flüssigkeit austritt und daß für verbrauchte Flüssigkeit
eine Nachfüllmöglichkeit vorgesehen werden muß.
-
Es sind Anschlußstellen bekanntgeworden, bei denen langgestreckte
Leitungen konzentrisch in rohrförmigen Behältern angeordnet sind und die Behälter
sowie die Leiter quer zur Längsrichtung auftrennbar sind und in den Fugen elastische
Isolierstoffringe verpreßt werden können.
-
Um bei Leitern, die mit Isolierstoff, z. B. Gießharz, umhüllt sind,
eine Anschlußstelle quer zur Leitungsführung zu erhalten, ist vorgeschlagen worden,
die elektrische Festigkeit der dabei entstehenden Quertrennfuge im Isolierstoff
durch Ablenkung des an sich zur Fuge parallel verlaufenden Feldes in eine Richtung
senkrecht dazu zu verbessern.
-
Eine solche Ablenkung ist aber stets nur auf einem Teil einer solchen
Fuge möglich.
-
Ganz allgemein haben diese Anschlußstellen mit Querdichtflächen (Fugen)
den Nachteil, daß die voneinander getrennten Leiter an ihrer Stirnfläche nicht isoliert
sind. Die Verbindung derartiger Anordnungen kann also nicht aufgetrennt werden,
ohne daß die Gefahr von überschlägen zu in der Nähe befindlichen leitenden Teilen
entsteht. Ferner erlauben die bekannten isolierenden Umhüllungen nicht, den Leiter
relativ zur Umhüllung zu bewegen, um z. B. eine Schaltverbindung herzustellen.
-
Aufgabe der Erfindung war es, eine isolierte Schalt-, Trenn- oder
Anschlußstelle zu finden, bei der nach dem Ausschalten zwei mechanisch von einander
unabhängige, mit elastischen oder plastischen Stoffen isolierte Teile vorhanden
sind, die jeder für sich unter Spannung stehen können und gegeneinander und gegen
Erde isoliert sind. Die Aufgabe wird ; erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens
einer der miteinander verbindbaren Leiter einer Schalt-, Trenn- oder Anschlußstelle
eine gesonderte, plastisch oder elastisch verformbare, bewegliche Isolierstoffumhüllung
besitzt, die wenigstens eine an eine Gegenfläche aus Isolierstoff andrückbare Querdichtfläche
aufweist (zum Schließen der Isolation senkrecht zur Leiterachse, z. B. zwischen
Leiter und Erde) und von deren Innenfläche ein Teil zur Bildung einer Längsdichtung
vorgesehen ist (zum Schließen der Isolation in Richtung der Leiterlängsachse, z.
B. bei ausgeschalteter Schalt- oder Trennstelle zwischen den Leitern einer Phase).
-
Als Werkstoff für die Umhüllung ist ein elastisch verformbarer Isolierstoff
besonders geeignet, da bei ihm ein gutes Anschmiegen der dichtenden Flächen an die
Gegenflächen erzielt werden kann. Durch die an eine Gegenfläche andrückbare Querdichtfläche
der Isolierstoffumhüllung wird im Zusammenwirken mit der Gegenfläche, die von einer
Wandung oder einer anderen Isolierstoffumhüllung gebildet sein kann, eine Stoßstelle
hoher elektrischer Festigkeit geschaffen, durch die ein überschlag zu seitlich der
umhüllten Elektrode liegenden Bauteilen verhindert wird. Andererseits sorgt die
Längsdichtung, die von der Innenfläche der Umhüllung gebildet werden kann und die
sich im allgemeinen in Verlängerung des umhüllten Leiters erstreckt, dafür, daß
auch in Längsrichtung des umhüllten Leiters keine überschläge auftreten. Ist die
Längsdichtung gebildet, so stellt die ursprünglich rohrförmige Umhüllung einen haubenförxnigen
Isolierstoffabschluß des Leiters dar.
-
Es ist zweckmäßig, eine Schalt- oder Trennstelle so auszubilden, daß
sich beim Einschalten zuerst die Querdichtung schließt, dann eine Durchtrittsöffnung
für
die Elektroden gebildet (Längsdichtung geöffnet) und danach der Kontakt geschlossen
wird.
-
Die neuartige Anordnung wird im allgemeinen als Doppelanordnung ausgebildet,
bei der die festen und beweglichen Schalt-, Trenn- oder Anschlußelemente von je
einer stirnseitig gegeneinander druckbaren Umhüllung umgeben sind, so daß wenigstens
eine Elektrode in ihrer Lage zur zugehörigen Umhüllung beweglich ist. Beim Öffnen
der Schalt- oder Trennstelle wird zuerst wenigstens ein Kontaktstück wegbewegt,
während der Druck für die Querdichtfläche so lange aufrechterhalten bleibt, bis
die Längsdichtung zuverlässig geschlossen ist. Durch Verschieben der Elektrode in
axialer Richtung sind zwei Betriebsstellungen möglich. Entweder die Umhüllung überragt
die Elektrode derart, daß die Elektrodenspitze nicht mehr von ihrer zugehörigen
Umhüllung umgeben ist, oder die Elektrode ist in die Umhüllung so weit zurückgezogen,
daß die Elektrodenspitze sich innerhalb der Umhüllung befindet. Um in letztgenannter
Stellung den von der Elektrodenspitze befindlichen Teil der Umhüllung zu schließen,
müssen Kräfte in Richtung normal zur Längsachse der Anordnung auf den genannten
Teil der Umhüllung einwirken, die die Innenflächen der Umhüllung in diesem Teil
aufeinanderpressen. Dadurch erhält die Umhüllung erst die Gestalt einer Haube, welche
die Elektrode, insbesondere auch die Spitze, umschließt.
-
Die Elektrode der zweiten Umhüllung kann längsverschieblich oder mit
dieser fest verbunden sein. Wenn sie fest mit ihrer Umhüllung verbunden ist, befindet
sich die Kontaktstelle bei geschlossenem Zustand innerhalb dieser Umhüllung.
-
Für Schaltstellen ist es zweckmäßig, die Dichtungsflächen für die
Längsdichtung aus einem gasabgebenden Stoff herzustellen. Beim Ausschalten schützt
die Umhüllung durch Gasabgabe vor Erwärmung durch den Lichtbogen. Die für die Längsdichtung
vorgesehenen Innenflächen werden vom durch den Lichtbogen hervorgerufenen Gasdruck
so lange auseinander gehalten, bis der Strom seinen Nulldurchgang erreicht hat und
damit der Gasdruck verschwindet. Durch die Verwendung elastischer Stoffe für die
Umhüllung wird der Raum, den sich der Lichtbogen durch seinen Gasdruck offenhält,
nur klein sein und sich den für den Lichtbogen erforderlichen Abmessungen anpassen.
Der Weg, den die Umhüllungsteile zum Schließen der Längsdichtung beim Nullwerden
des Stromes zurückzulegen haben, ist deshalb sehr kurz, so daß die Schließung sehr
schnell erfolgt. Zur Abführung des entstehenden Gases werden bei einer solchen Schaltstelle
zweckmäßig Durchströrnöffnungen in den Elektroden vorgesehen, die die Gase nach
außen abführen.
-
Für Trennstellen muß bei den bekannten Konstruktionen, die Luft zur
Isolation verwenden, der Abstand der Elektroden für hohe Spannungen groß gemacht
werden. Bei erfindungsgemäßer Anordnung "verden die Elektroden dagegen durch die
Umhüllung unmittelbar nach dem Lösen der Verbindung elektrisch dicht umschlossen,
wobei die isolierenden Teile nur kleine Abmessungen haben. Um nun eine sichtbare
Trennstelle zu schaffen, ist nur noch eine kleine Bewegung der Umhüllung in axialer
Richtung notwendig, so daß ein sichtbarer Abstand zwischen den Stirnflächen entsteht.
Zur Erhöhung der Sicherheit kann bei einer Trenn- oder Anschlußstelle eine geerdete
Metallplatte vorgesehen werden, die nach dem öffnen der Querdichtfläche in dem entstandenen
freien Raum zwischen den Umhüllungen bzw. vor die Stirnfläche der Umhüllung, die
zur im ausgeschalteten Zustand spannungführenden Elektrode gehört, bewegt wird.
Selbst bei Versagen der Isolation durch die Umhüllung, z. B. hervorgerufen von hohen
tberspannungen, ist so sichergestellt, daß keine umliegenden Teile spannungführend
werden können.
-
Die Stirnflächen der Umhüllungen sind ballig ausgeführt. Zweckmäßig
steht die Umhüllung in einer der Betriebsstellungen unter Einwirkung eines Längsdruckes.
-
Im eingeschalteten Zustand einer Schalt- oder Trennstelle und bei
geschlossener Querdichtung kann die vorhandene Längsöffnung im Querschnitt rund,
oval oder spaltförmig ausgebildet sein. Um den Dichtungsweg zu vergrößern, können
die Dichtflächen z. B. mit ineinandergreifenden Rippen und Rillen versehen werden.
Zum Einleiten der Kräfte für das Öffnen und Schließen der Dichtungen können ferner
feste, wenig verformbare Teile in die Umhüllung aus verformbarem Material eingebaut
werden, die sich beim Nähern der Kontaktstücke unter Einwirkung des Längsdruckes
spreizen und so die Längsdichtung öffnen und bei Abnahme des Längsdruckes wieder
schließen.
-
Bei Schalt- und Trennstellen wird die elektrische Festigkeit dadurch
erhöht, daß wenigstens einer der Leiter innerhalb der Umhüllung mit einem elektronegativen
Gas, z. B. Schwefelhexafluorid, umgeben ist. Dazu sind dann zweckmäßig zwischen
Schaltkontakten und Umhüllung Durchströmöffnungen für das dem Lichtbogen zuzuführende
Gas und in den Schaltkontakten Durchströmöffnungen für das abzuführende Gas vorgesehen.
-
Zur Potentialsteuerung sind Maßnahmen vorgesehen, bei denen die innere
Fläche der Isolierstoffumhüllungen außerhalb der Längsdichtungsfläche metallisiert
ist und die Außenoberfläche der Umhüllung mit metallisch geerdeten Belägen versehen
ist. Die Durchschlagsfestigkeit wird durch Hemmschichten verbessert.
-
Bei den bisher bekannten Konstruktionen für Anschlußstellen, z. B.
an Kabeln, wird ein Endverschluß verwendet, bei dem die herausgeführten Elektroden
einen großen, durch die Festigkeit der Luftstrecke bedingten Abstand haben. Die
erfindungsmäßige Ausbildung ermöglicht wesentlich geringere Abstände der spannungführenden
Teile. Wenn die Anschlußstelle nicht benutzt ist, so bewirken die Umhüllungen eine
zuverlässige Isolation der Anschlußstelle auf kleinem Raum. Dies wird insbesondere
dadurch bewirkt, daß keine spannungführenden Teile freiliegen. Die Verbindung mit
einer Gegenelektrode kann ohne größeren Arbeitsaufwand hergestellt werden. Durch
öffnen der Längsdichtung wird die anschließende Elektrode eingeführt. Für die Längsdichtung
sind zweckmäßig besondere Teile, z. B. Preßrollen, vorgesehen, die durch allseitigen
Druck oder durch Druck von zwei Seiten die Längsdichtung schließen und durch Wegbewegen
die Längsdichtung freigeben können. Die anzuschließende Elektrode ist zweckmäßig
ebenfalls rohrförmig von einer Umhüllung umgeben, so daß die Umhüllungen im eingeschalteten
Zustand der Schalt-, Trenn- oder Anschlußstelle an der Querdichtfläche miteinander
elektrisch dicht verbunden sind und die Elektroden gegenüber umliegenden Teilen
isolieren.
Durch den Verzicht auf Flüssigkeiten wird eine wartungsfreiere
Anordnung erstellt, die durch geeignete Werkstoffwahl (insbesondere hohe elektrische
Festigkeit) für die Umhüllungen einen engen Aufbau ermöglicht.
-
Die Abbildungen zeigen Beispiele für die Ausbildung einer erfindungsgemäßen
Anordnung.
-
A b b. 1 bis 4 zeigen eine Anordnung mit gleichartig ausgebildeten
Umhüllungen in verschiedenen Stellungen während eines Schalt-, Trenn- oder Anschlußvorganges;
in A b b. 5 bis 7 sind verschiedene Formen für die Längsöffnung im offenen und geschlossenen
Zustand dargestellt; A b b. 8 zeigt eine andere Ausführungsform der Dichtflächen;
in A b b. 9 und 10 sind zwei Anordnungen zum Schließen und Öffnen der Längsdichtung
gezeichnet; A b b. 11 stellt eine Ausbildung als Schalter mit Durchströmöffnungen
für ein Löschmittel dar; A b b. 12 zeigt eine unsymmetrische Anordnung; in A b b.
13 ist die Umhüllung mit Metallisierungen versehen; A b b. 14 stellt eine Anordnung
mit Hemmschichten dar.
-
In den Abbildungen sind mit 1 und 2 die Elektroden und mit 3 und 4
die Umhüllungen bezeichnet, welche beim Anpressen an Gegenflächen Ouerdichtflächen
5 bilden.
-
In A b b. 1 ist der eingeschaltete Zustand einer Schaltanordnung dargestellt.
Die Elektroden 1 und 2 stehen in leitender Verbindung. Mit 3 und 4 sind die Umhüllungen
bezeichnet, die mit ihrer Stirnseite unter der Einwirkung eines Längsdruckes aneinandergepreßt
sind und die Querdichtfläche 5 bilden. Der erste Schritt zum Ausschalten ist das
Zurückziehen wenigstens einer Elektrode. A b b. 2 zeigt die Anordnung, nachdem dies
geschehen ist. Der zweite Schritt besteht im Schließen der Längsdichtung. Hierzu
sind in Längsrichtung der Elektroden verschiebliche Rollen 6 vorgesehen. Die Rollen
üben über die Platten 7 aus festem, wenig verformbarem Stoff einen Druck auf die
Umhüllungsteile aus, so daß die Längsdichtungen 8 und 9 der beiden Umhüllungen geschlossen
werden. A b b. 3 zeigt den so entstandenen Schaltzustand. Nun sind die Elektroden
dicht verschlossen, so daß ohne die Gefahr von überschlägen die Querdichtfläche
aufgehoben werden kann, indem die beiden Teile der Anordnung voneinander entfernt
werden (A b b. 4).
-
Die Stirnflächen der Umhüllungen sind ballig ausgeführt, damit beim
Schließen der Querdichtung für einen Einschaltvorgang Lufteinschlüsse innerhalb
der Querdichtung vermieden werden.
-
Der elektrisch dichte Verschluß der Elektroden durch die Umhüllung
erlaubt beliebig weites Entfernen der Elektroden voneinander. Im Beispiel der A
b b. 1 bis 4 sind beide Umhüllungen gleichartig ausgebildet. Das ergibt erstens
im geschlossenen Zustand der Schaltstrecke eine hohe Durchschlagsfestigkeit zwischen
einem Leiter und den in seiner Umgebung befindlichen leitenden Teilen und zweitens
im geöffneten Zustand der Schaltstrecke hohe Durchschlagsfestigkeit zwischen einem
der getrennten Kontaktstücke und dem Gegenkontakt sowie den in der Nähe befindlichen
Bauteilen anderen Potentials.
-
A b b. 5 a zeigt eine runde Längsöffnung und A b b. 6 a eine ovale
Öffnung, die beide im Aussehaltzustand im Querschnitt als Linie (A b b. 6 b) erscheinen.
A b b. 7 a gibt eine spaltförmige Öffnung wieder, die ebenfalls im Ausschaltzustand
im Querschnitt als Linie zu sehen ist (A b b. 7 b).
-
A b b. 8 zeigt eine Isolierumhüllung, die im Bereich der Dichtflächen
mit ineinandergreifenden Rippen 10 und Rillen 11 versehen ist. Diese Ausbildung
führt zu größeren Dichtungswegen zwischen den Umhüllungen. Außerdem werden auf diese
Weise Bereiche gebildet, in denen die elektrische Feldstärke normal oder annähernd
normal zur Dichtfläche verläuft. Die elektrische Festigkeit wird dadurch vergrößert.
-
Zum Schließen der Längsdichtung wird man zweckmäßig eine besondere
Druckeinrichtung vorsehen, die nach den A b b. 1 bis 4 in Form der bereits genannten
Druckrollen ausgebildet ist, welche den nötigen Dichtungsdruck ausüben. Diese können
z. B. über ein Gestänge pneumatisch oder hydraulisch angetrieben werden. Eine andere
Konstruktion zum Schließen der Längsdichtung zeigt A b b. 9. Die Umhüllung ist hier
ringförmig von einem Hohlwulst umgeben, der mit einem Gas oder einer Flüssigkeit
gefüllt und unter Druck gesetzt werden kann. Die äußeren Wände 12 des Hohlwulstes
sind aus einem wenig dehnbaren Material hergestellt. Ein Überdruck im Hohlwulst
bewirkt dabei das Zusammendrücken der Längsdichtungsfläche.
-
Zum Einleiten der Kräfte für das öffnen und Schließen der Dichtungen
können auch feste, wenig verformbare Teile in die Umhüllung eingebaut werden. A
b b. 10 zeigt hierzu ein Beispiel. Es befinden sich in der Umhüllung 3 Stäbe 13,
die an einem Ring 14 gelenkig befestigt sind. Ein Zugband oder eine Feder
15 umschließt die Umhüllung ringförmig. Im dargestellten Zustand drückt das
Zugband die Umhüllung fest zusammen. Wird nun zu Beginn eines Einschaltvorganges
die Umhüllung mit ihrer Stirnfläche gegen eine z. B. gleich ausgebildete zweite
Umhüllung gedrückt, so werden die Stäbe gespreizt, und die Längsdichtung wird geöffnet.
Auch hier bleibt sichergestellt, daß zuerst die Querdichtfläche geschlossen und
dann die Längsdichtung geöffnet wird. Die Schließung der Längsdichtung kann dabei
durch allseitig einwirkenden Druck erfolgen, oder durch einen Druck auf zwei gegenüberliegende
Stellen bewirkt werden.
-
Zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit, insbesondere zur Verhinderung
von Vorentladungen im von der Umhüllung umschlossenen Raum, kann sich innerhalb
dieses Raumes ein Gas hoher elektrischer Festigkeit befinden, beispielsweise Schwefelhexafluorid.
-
A b b. 11 zeigt eine derartige Anordnung, bei der ein zugeführtes
Gas zugleich zum Löschen eines Lichtbogens vorgesehen ist. Im Zwischenraum zwischen
der Elektrode 2 und ihrer Umhüllung 3 wird das Gas eingeführt, das durch die Innenbohrung
in der Elektrode 2 entweichen kann.
-
Die gestrichelt eingezeichnete Elektrodenstellung stellt den Schalter
im eingeschalteten Zustand, die ausgezogenen Linien den ausgeschalteten Schalter
vor Schließung der Längsdichtung dar. Während der Ausschaltung findet eine Gasströmung
in dem durch Pfeile bezeichneten Sinne statt. Zweckmäßig wird man dafür sorgen,
daß die Schließung der Längsdichtung gleichzeitig den Gasstrom unterbricht. Beim
Schließen der Längsdichtung wird sich der Teil der Umhüllung im Bereich der Elektrodenspitze
verengen.
Durch geeignete Wahl der Abmessungen kann dieses Verengen
ein Schließen des Zuströmkanals im Bereich des in A b b. 11 rechts liegenden Teiles
der Elektrode 2 bewirken. Zweckmäßig wird man auch hier ein Gas mit hoher Durchschlagfestigkiet
verwenden, z. B. Schwefelhexafluorid. Die Schließung der Umhüllung nach Öffnung
des Schalters erfolgt beim Beispiel nach A b b. 11 über pneumatisch oder hydraulisch
betätigte Einrichtungen, deren Zylinder mit 16 und deren Kolben mit 17 bezeichnet
sind.
-
A b b. 12 gibt ein Beispiel für eine unsymmetrische Anordnung wieder.
Die Stirnfläche der Umhüllung 3 wird im Einschaltzustand nicht gegen eine weitere
Umhüllung, sondern gegen eine feste Wand 18 gepreßt. Eine solche Anordnung kann
z. B. bei Anschluß eines Einleiterkabels Anwendung finden oder auch in anderen Fällen,
wenn nur auf einer Seite der Schalt-, Trenn- oder Anschlußstelle Isolation auf engem
Raum erforderlich ist.
-
Eine weitere Ausbildungsform der Anordnung zeigt A b b. 13. Hier ist
die innere Fläche der Umhüllung 3, die der Elektrodenoberfläche bei haubenförmigem
Zusammenschluß benachbart ist, mit einer Metallisierung 20 versehen. Außerdem ist
die äußere Oberfläche mit einem geerdeten metallischen Belag 19 ausgerüstet. Zur
Potentialsteuerung können noch weitere metallische Schichten innerhalb der Umhüllung
vorgesehen sein.
-
Um die elektrische Beanspruchung der Umhüllung zu vermindern, die
im eingeschalteten Zustand nur in radialer Richtung, im ausgeschalteten Zustand
dagegen auch in axialer Richtung erfolgt, können gemäß dem Ausführungsbeispiel der
A b b. 14 in der Umhüllung der Anordnung Hemmschichten 21 zur Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit
vorgesehen sein. Es hat sich gezeigt, daß durch den Einbau von Zwischenlagen, die
z. B. hohe elektrische Festigkeit haben oder aus Metallstücken bestehen, die die
Spitzenwirkung an einem vorwachsenden Entladungskanal aufheben. die Durchschlagfestigkeit
einer Anordnung beträchtlich heraufgesetzt werden kann. Die Hemmschichten sind in
die Rippen und Rillen hineingeführt und so angeordnet, daß ein vorwachsender Entladungskanal
sowohl im eingeschalteten als auch im dargestellten ausgeschalteten Zustand auf
eine Hemmschicht treffen muß. Die Umhüllung der Gegenelektrode, die nicht dargestellt
ist, ist dabei so auszubilden, daß die Rippen 10 und Rillen 11 der Stirnflächen
ineinandergreifen, wobei zweckmäßig auch die Umhüllung der Gegenelektrode in gleicher
Weise mit Hemmschichten versehen ist.