DE1790134C3 - Metallumschlossene Schaltanlage für hohe Spannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine metallumschlossene Schaltanlage für hohe Spannung, deren metallene Umhüllung mindestens einen Druckgasschalter, einen an die Niederdruckseite dieses Schalters angeschlossenen Niederdruckraum, der mit SF₆-Gas niedrigeren Überdrucks für die Isolation zwischen den unter Spannung stehenden Teilen und der Umhüllung gefüllt ist, und einen an die Hochdruckseite dieses Schalters angeschlossenen Hochdruckraum, der mit wenigstens zum Löschen des Schaltbogens dienendem SF,,-Gas höheren Überdrucks gefüllt ist.

^:7 90

L-nihält, und welche Schaltanlage mit einem System für die Gasversorgung dieser Räume versehen ist, welches Gasversorgungssystem einen mindestens aus beiden Räumen, einer zwischen beiden Räumen geschalteten Leitung mit einem steuerbaren Ventil und einer zwischen beiden Räumen geschalteten Leitung mit einem steuerbaren Kompressor bestehenden Kreislauf, eine durch eine Gaszufuhrleitung mit einem steuerbaren Ventil an den Niederdruckraum angeschlossene äußere Gasversorgungsanlage, eine den »° Niederdruckraum mit dieser äußeren Gasversorgungsanlage oder mit der Außenluft verbindende Gasabfuhrleitung mit einem steuerbaren Ventil, einen auf die Druckdifferenz zwischen beiden Räumen ansprechenden Druckdifferenzwächter und einen auf die ¹S Gasdichte im Niederdruckraum ansprechenden Dichtewächter aufweist, welche Wächter diese Ventile und diesen Kompressor so steuern, daß diese Druckdifferenz möglichst konstant gehalten wild und die Gasmengen in diesen Räumen dem Betrieb angepaßt werden.

Bei mit SF₆-GaS gefüllten Schaltanlagen treten in der Gaswirtschaft häufig Zustandsänderungen infolge der Eigenschaften dieses Gases und des Betriebs der Schaltanlage auf. So können in der Schaltanlage ·>π- '5 lieh Temperaturunterschiede auftreten, welche die Folge des durch die Leiter fließenden Stroms und der sich immer ändernden Temperatur der Außenluft sind. Diese Temperaturunterschiede können im Betrieb in einem Bereich von -25° C bis +8S' C liegen. Zum Löschen des Schaltbogens und gegebenenfalls zum Antrieb der Schalter wird Gas aus dem Hochdruckraum gebraucht und unmittelbar oder auf Umwegen zum Niederdruckraum zurückgeführt. Weiter ist die durch eine Temperaturänderung auftretende Druckänderung einer SF₆-Gasmasse bestimm ten Volumens um so größer, je nachdem die Dichte dieser Masse größer ist, d.h. die Isochoren im Druck-Tempersatur-Diagramm sind bei größerer Dichte steller als bei kleinerer Dichte. Beim Betrieb der Schaltanlge können der Druck und die Temperatur des SF₆-Gases Werte erreichen, bei denen dieses Gas kondensiert. Das Gasversorgungssystem muß diesen Eigenschaften Rechnung tragen und gleichzeitig dafür sorgen, daß die Dichte des SF₆-Gases in keinem der Räume mit unter Spannung kommenden Teilen unterhalb eines bestimmten Wertes fällt, da sonst die Isolation gegenüber Erde gefährdet wird, und weiter, daß der Druckunterschied zwischen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum oberhalb des für eine gute Löschwirkung und gegenbenfalls für einen guten Antrieb der Schalter erforderlichen Minimalwertes bleibt.

Eine Schaltanlage der eingangs genannten Art, bei der verschiedenen der obenerwähnten Faktoren Rechnung getragen worden ist, ist aus der schweizerischen Patentschrift 413958 bekannt. Bei dieser Schaltanlage versucht das Gasversorgungssystem sowohl die gesamte in der Schaltan!age vorhandene Menge des SF₆-Gases als auch den Druckunterschied zwischen der Hochdruckgasmasse und der Niederdruckgasmasse soweit wie möglich konstant zu halten. Dies bedeutet, daß nicht nur während des Schaltvorgangs, sondern auch bei der Steigerung der Temperatur im stationären Zustand der Schaltanlage SF₆-GaS aus dem Hochdruckraum zum Niederdruckraum gefördert wird, wodurch der Druck im Niederdruckraum mehr, als es durch die Temperatursteigerung im Niederdruckraum der Fall sein würde, zunimmt. Diese zusätzliche Drucksteigerung im Niederdruckraum hat den Nachteil, daß die Umhüllung dieses Raumes, die wesentlich größer als diejenige des Hochdruckraums ist, stärker ausgeführt werden muß, und daß auch die Abdichtung und die Packung zwischen den trennbaren Teilen der Umhüllung des Niederdruckraumes höheren Drucken gewachsen sein müssen. Diese Abdichtung kann im Zusammenhang mit den großen Abmessungen der abzudichtenden Fugen zwischen diesen Umhüllungsteilen Schwierigkeiten bieten. Die stärkere Umhüllung und die schwerere Abdichtu; niachen die Kosten der Schaltanlage höher. Es wird oauei bemerkt, daß eine Vergrößerung der Dichte des SF
Gases im Niederdruckraum keinen wesentlichen Vor
teil bezüglich des sicheren Isolationszustands in der Schaltanlage bedeutet, da die Minimaldichte des Gases im Niederdruckraum, welche Dichte bei der bekannten Schaltanlage bei der zu erwartenden niedrigsten Temperatur von etwa — 25° C auftritt, bereits einen ausreichend sicheren Isolationszustand garantiert. Zwar ist bei der bekannten Schaltanlage vorgesehen, bei zu niedrigem oder zu hohem Gasdruck im Niederdruckkessel, z. B. durch Gasaustritt in die Umgebung bzw. infolge unbeabsichtigten Gaszusiroms aus anderen Teilen der Anlage, Gas selbsttätig in den Niederdruckkessel einzuführen bzw. aus diesem Kessel abzulassen Diese Reglung dient aber nur zum Zwecke, Gasverlust oder Gasüberschuß im Kreislaufsystem auszugleichen, d.h. die gesamte Gasmenge in diesem System konstant zu halten, was den gerade erwähnten Nachteil großer Druckunterschiede im Niederdruckkessel bei starken Temperaturanderungen mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Druckänderung im Niederdruckraum infolge einer Temperaturänderung wesentlich kleiner ist, so daß weniger hohe Drücke im Niederdruckraum zu erwarten sind und dadurch der diesen Raum enthaltende Kessel, der einen wesentlichen Teil der Schaltanlage bietet, leichter und billiger ausgeführt und leichter gasdicht gemacht werden kann. Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Druckdifferenzwächter und der Dichtewächter so zusammenarbeiten und so ausgeführt, geschaltet und eingestellt sind, daß bei Abweichungen von den Gassollwerten im Hochdruckraum und/oder im Niederdruckraum nicht nur die Druckdifferenz zwischen beiden Räumen, sondern auch die Gasdichte im Niederdruckraum durch Änderung der Gasmenge im Gesamtkreislauf Hochdruck-/Niede»druckraum soweit wie möglich auf einen im voraus bestimmten Wert konstant gehalten wird. Dies hat den Vorteil, daß bei einer Temperatursteigerung die Druckzunahme im Niederdruckraum nur von der Gastemperatur und nicht auch noch von der Zufuhr von Gas aus dem Hochdruckraum infolge der größeren Druckzunahme im Hochdruckraum und der Kostanthaltung der Druckdifferenz zwischen beiden Räumen abhängig und dadurch wesentlich kleiner als unter gleichen Umständen im bekannten System ist.

Im Gegensatz zum genannten bekannten System wird beim System nach der Erfindung die Gasmenge im Kreislaufsystem nicht konstant gehalten.

Eine andere mit SF₄ gefüllte und wirkende Schaltanlage mit Hoch- und Niederdruckräumen, bei der die gesamte Gasmenge im Kreislaufsystem und au-

Uerdem die Dichte des SF₆-Gases im Niederdruckraum konstant gehalten werden, ist aus der deutschon Auslegeschrift 1166878 bekannt. Bei dieser Schaltanlage wird also auch die Dichte des SF₆-Gascs im Hochdruckraum konstant gehalten. Dies hat die Folge, daß der Druckunterschied zwischen beiden Räumen und daher auch der Schaltvorgang stark von der Temperatur abhängig ist und daß bei großen Temperatursteigerungen im Hochdrucksystem hohe Drücke auftreten. Zwar wird die Gefahr eines zu hohen Drucks im Hochdruckraum durch die Anordnung zwischen beiden Räumen einer Leitung mit einem Sicherheitsventil vermieden, das Gas aus dem Hochdruckraum zum Niederdruckraum entweichen läßt, wenn der Hochdruck einen bestimmten Wert überschreitet, aber dadurch wird es, wie im erstgenannten bekannten System, möglich, daß bei einer Temperatursteigerung der Druck im Niederdruckraum stärker als derjenige zunimmt, der ausschließlich von der Temperatur bestimmt ist.

Da SF₆-GaS zu teuer ist, um ohne weiteres abgelassen zu werden, empfiehlt sich eine Anlage, bei der das aus der Schaltanlage abgelassene Gas in einem Vorratsgefäß gesammelt wird. Die Schaltanlage mit ihrem Gasversorgungssystem kann dann derart ausgeführt werden, daß eine Ablaßleitung über ein sich in der Richtung zum Niederdruckraum schließendes Rückschlagventil mit einem Niederdruckvorratsgefäß verbunden, eine Zufuhrleitung über ein Absperrventil an ein Hochdruckvorratsgefäß angeschlossen und zwischen beiden Vorratsgefäßen eine Leitung mit einem zweiten Kompressor angeordnet ist, und daß der auf die Dichte des Gases im Niederdruckraum wirkende Dichtewächter dieses Absperrventil öffnet und schließt, wenn die Dichte des Gases im Niederdruckraum um einen bestimmten Wert niedriger als die erforderliche Dichte bzw. dieser Dichte gleich wird, und daß zusätzliche Wächter angeordnet sind, die den zweiten Kompressor in Gang setzen, wenn das Niederdruckvorratsgefäß bei der in diesem Gefäß herrschenden Temperatur zuviel Gas enthält. Dadurch, daß Vorratsgefäße im Gasversorgungssystem geschaltet sind, geht, ausgenommen durch Leckage, kein SF₆-GaS verloren. Durch die Verwendung eines Hochdruckvorratsgefäßes im Kreislauf des Gases kann ein verhältnismäßig großer Vorrat des SF₆-Gases in einem verhältnismäßig kleinen Volumen gespeichert werden, und es ist möglich, die Isolationsräume der Schaltanlage sehr schnell mit Gas zu versehen, wenn darin die Dichte des Gases, aus welchem Grund auch, unterhalb eines für den Isolationszustand gefährlichen Wertes gefallen ist.

Ist jedes Schaltfeld der Schaltanlage mit einem Gasversorgungssystem mit eigenen Gasvorratsgefäßen versehen, so kann dieses System mit Vorteil derart ausgeführt werden, daß der auf die Dichte im Niederdruckraum wirkende Dichtewächter den zweiten Kompressor in und außer Wirkung setzt, wenn die Dichte des Gases in diesem Raum höher bzw. um einen bestimmten Wert niedriger als die erforderliche Dichte wird, und daß der Niederdruckraum und das Niederdruckvorratsgefäß an einen zweiten Druckdifferenzwächter angeschlossen sind, der den zweiten Kompressor in Gang setzt, wenn der Druck im Niederdruckvorratsgefäß höher als der Druck im Niederdruckraum wird. Der Druckdifferenzwächter zwischen dem Niederdruckraum und dem Niederdruckvorratsgefäß sorgt dafür, daß die Drücke in diesem Raum und diesem Gefäß nahezu gleich bleiben, ungeachtet dessen, daß die Temperatur des Gases im Vorratsgefäß, das nur die Temperatur der Außenluft annimmt, von der Temperatur des Gases im Niederdruckraum, wo de:r dieses Gas erwärmende Hauptstrom hindurchgeführt wird, wesentlich abweichen kann. Durch die Änderung dieses Temperaturunterschiedes, wodurch eine Änderung des Druckunterschiedes zwischen dem Niederdruckraum und dem

ίο Niederdruckvorratsgefäß auftritt, könnte das Gas aus dem Niederdruckraum dauernd durch die beiden Vorratsgefäße hindurch rundgepumpt werden. Der zweite Druckdifferenzwächter vermeidet das unnötige Rundpumpen des Gases im Niederdrucksystem.

»5 Die Schaltanlage kann wesentlich einfacher ausgeführt werden, wenn die Gasversorgungssysteme mehrerer Schaltfelder mit einem gemeinsamen Niederdruckvorratsgefäß, einem gemeinsamen Hochdruckvorratsgefäß und mit der zwischen diesen Vorratsge-

ao fäßen angeordneten Leitung mit dem zweiten Kompressor zusammenarbeiten. In diesem Fall kommt der zweite Druckdifferenzwächter in Fortfall, aber wird auch ein auf die Dichte des Gases im Niederdruckvorratsgefäß wirkender zweiter Dichtewäch-

»5 ter angeordnet, der den zweiten Kompressor in und außer Wirkung setzt, bei Dichtewerten, die derart höher als die Dichtewerte sind, bei denen der auf die Dichte des Gases im Niederdruckraum wirkende erste Dichtewächter das Absperrventil schließt und öffnet,

daß bei dem zu erwartenden maximalen Temperaturunterschied zwischen dem Gas im Niederdruckraum und dem Gas im Niederdruckvorratsgefäß der zweite Kompressor bei einem höheren Gasdruck als demjenigen, bei dem das Absperrventil geschlossen wird, in Gang und bei einem höheren Gasdruck als demjenigen, bei dem das Absperrventil geöffnet wird, außer Wirkung gesetzt wird. Wird der erste Dichtewächter in den Niederdruckräumen der Schaltfelder in dieser Weise in bezug auf den zweiten Dichtewächter im ge-

meinsamen Niederdruckvorratsgefäß eingestellt, so können die Gaswirtschaften dieser Schaltfelder keinen Einfluß aufeinander ausüben.

Wenn der Druckgasschalter mit einem Expansionsgefäß zum Sammeln des gebrauchten Löschgases ver-

sehen ist, so kann mit Vorteil das Expansionsgefäß über eine Leitung mit einem sich in der Richtung zu diesem Gefäß schließenden Rückschlagventil und einem Filter mit dem Niederdruckvorratsgefäß und über eine Leitung mit einem sich in der Richtung zum Nie-

derdruckraum schließenden Rückschlagventil mit diesem Raum verbunden werden, während des Schaltvorgangs gelangt dann das im Expansionsgefäß deionisierte und durch den Filter gereinigte Löschgas nicht unmittelbar, sondern auf Umwegen in den Nie-

derdruckraum, so daß im Niederdruckraum eine stoßweise Dichtevergrößerung vermieden wird, die verhältnismäßig nur langsam durch das Regelsystem aufgehoben werden könnte, und das gebrauchte, stark geheizte Löschgas Zeit genug hat, um abzukühlen, be-

vor es wieder in die Schaltanlage zurückgebracht wird. Vorzugsweise wird in der sich zwischen dem Expansionsgefäß und dem Niederdruckvorratsgefäß erstrekkenden Leitung ein Puffergefäß zwischen dem Rückschlagventil und dem Filter angeordnet. Dieses

6s Puffergefäß dämpft die Geschwindigkeit des während des Ausschaltvorgangs aus dem Expansionsgefäß entweichenden Löschgases, so daß es langsam durch den Filter hindurchströmt und daher gut gereinigt werden

kann. Die Leitung mit dem Rückschlagventil zwischen dem Niederdruckraum und dem Expansionsgefäß macht, daß im stationären Zustand der Schaltanlage der Druck im Expansionsgefäß ungefähr dem Druck im Niederdruckraum gleich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Temperatur-Druck-Diagramm des SF₆-Gases bei konstantem Volumen für das für eine Schaltanlage nach der Erfindung interessante Gebiet mit Linien bezüglich der konstanten Dichte (Isochoren),

Fig. 2 das Schema einer Ausführungsform des Gasversorgungssystems einer Schaltanlage nach der Erfindung,

Fig. 3 das Schema einer Variante des Gasversorgungssystems nach Fig. 2 und

Fig. 4 ein Druck-Temperatur-Diagramm zur Bestimmung der Einstellung der im Gasversorgungssystem nach Fig. 3 verwendeten Dichtewächter.

Aus dem Diagramm nach Fig. 1, in dem der Druck des SF₆-Gases vertikal und die Temperatur desselben horizontal aufgetragen ist, geht hervor, daß bei konstantem Volumen der Druck des Gases bei kleinerer Dichte weniger stark als bei größerer Dichte steigt. Die Linien 1 bezüglich der konstanten Dichte (Isochoren) zeigen daher eine größere Steilheit, je nachdem die Dichte des SF₆-Gases größer ist.

Die metallumschlossene Schaltanlage nach Fig. 2 enthält unter anderem einen in einem mit SF₆-GaS gefüllten Hochdruckraum 2 angeordneten Druckgasschalter 3 mit vie. Unterbrechungsstellen zum Unterbrechen des Hauptstromkreises, einen mit diesem Schalter in Reihe geschalteten Trennschalter 4 zum Unterbrochenhalten und zum Schließen des Hauptstromkreises, zwei mit dem Druckgasschalter 3 in Reihe geschaltete Sammelschienentrennschalter 5, 6, zwei zu verschiedenen Sammelschienensystemen gehörende Sammelschienen 7, 8, einen Kabelendverschluß 9, einen Erdungsschalter 10, einen Überspannungsableiter 11 und Stromwandler 12, 13 für die Messung und den Schutz.

Das Gefäß, das den Hochdruckraum 2 mit dem Druckgasschalter 3 umgibt, ist in einem durch eine mit Erde zu verbindende metallene Umhüllung umgebenen, ebenfalls mit SF₆-GaS gefüllten Niederdruckraum 14 angeordnet, in dem sich auch der Trennschalter 4, die beweglichen Kontakte der Sammelschienentrennschalter 5, 6, die Stromwandler 12, 13 und ein Expansionsgefäß 15 befinden, in das das während des Ausschaltvorgangs zum Löschen der Schaltbögen gebrauchte, aus dem Hochdruckraum 2 kommende Löschgas gesammelt und deionisiert wird. Die festen Kontakte der Sammelschienentrennschalter 5, 6, die Sammelschienen 7, 8, der Kabelendverschluß 9, der Erdungsschalter 10, der Überspannungsableiter 11 und die Verbindungsleiter zwischen dem Trennschalter 4 und dem Kabelendverschluß 9 und zwischen diesem Endverschluß und dem Überspannungsableiter 11 sind in gesonderten, mit SF₆-GaS gefüllten Niederdruckräumen 16 bis 24 untergebracht, die alle in nicht näher dargestellter Weise mit dem Niederdruckraum 14 in Verbindung stehen, so daß darin derselbe Druck herrscht und diese Räume ohne Bedenken als ein einziger Niederdruckraum betrachtet werden können. Das im Niederdruckraum vorhandene SF₆-Gas dient hauptsächlich für die Isolation zwischen den unter Spannung kommenden Leitern und Erde. Das SF₆-GaS im Hochdruckraum 2 wird an erster Stelle zum Löschen der Schaltbögen benutzt, aber es kanr auch für den pneumatischen Antrieb des Druckgasschalters 2 und der Trennschalter 4, 5,6 benutzt werden.

Entsprechend der Erfindung wird die Dichte des SF₆-Gases im Niederdruckraum 14 und daher auch in den übrigen Niederdruckräumen so weit wie möglieh konstant, z.B. auf dem Wert von 40 Gramm pei Liter, gehalten, welcher Wert im Diagramm nach Fig. 1 durch die dicke Isochore 25 dargestellt ist Weiter wird die Dichte im Hochdruckraum 2 derart geregelt, daß der Druckunterschied zwischen dem Hochdruckraum 2 und dem Niederdruckraum 14 ebenfalls nahezu konstant, z.B. auf einem Wert vor 10 kg/cm², gehalten wird. Um diesen Druckunterschied unter allen Umständen aufrechtzuerhalten muß die Dichte des Gases im Hochdruckraum bei dei Änderung der Temperatur entsprechend der dicken Linien 26 im Diagramm nach Fig. 1 geändert werden Für die beabsichtigte Gaswirtschaft in der Schaltanlage ist ein Gasversorgungssystem vorgesehen, das bei der Ausführungsform nach Fig. 2 im Prinzip wie folgt ausgeführt ist und wirkt:

Der Niederdruckraum 14 ist sowohl mit einer ein elektromagnetisches Absperrventil 28 aufweisender Zufuhrleitung 29, die an ein HochdruckvorratsgefäC 60 angeschlossen ist, als auch über die Leitung 27 mil einer ein Rückschlagventil 55 aufweisenden Ablaßleitung 32, die an ein Niederdruckvorratsgefäß 54 angeschlossen ist, verbunden. Zwischen dem Niederdruckraum 14 und dem Hochdruckraum 2 sind eine Leitung 33 mit einem elektromagnetischen Absperrventil 34 und eine Leitung 35 mit einem ersten Kompressoi 36 angeordnet. Das Expansionsgefäß 15 ist über eine Leitung 37 mit einem Rückschlagventil 56, einem Puffergefäß 57 und zwei Filtern 38, die der Reihe nach in Wirkung gesetzt und gereinigt werden können, mil

+0 dem Niederdruckvorratsgefäß 54 sowie über eine Leitung 39 mit einem sich in der Richtung zum Niederdruckraum 14 schließenden Rückschlagventil 4C mit dem Niederdruckraum 14 verbunden. Der Hochdruckraum 2 ist über eine Kondensatleitung 41 und

4.5 eine Dampfleitung 42 mit einem durch ein elektrisches Heizelement 43 heizbaren Verdampfer 44 verbunden Für die Regelung des Gasversorgungssystems ist im

Niederdruckraum 14 ein auf die Dichte des SF₆-Gases in diesem Raum wirkender Dichtewächter 45 mil Kontakten 46, 47 für die elektrische Steuerung des Ventils 28 und eines zwischen den beiden Vorratsgefäßen in einer Verbindungsleitung 58 vorgesehenen zweiten Kompressor 59 angeordnet, und ein Druckdifferenzwächter 48 mit Kontakten 49, 50 für die elektrische Steuerung des Absperrventils 34 und de« ersten Kompressors 36 ist an den Niederdruckraure 14 und das Expansionsgefäß 15 angeschlossen. Weitei ist im Verdampfer 44 ein auf den Spiegel des sich darin sammelnden Kondensates wirkender Wächter 51 mil einem Kontakt 52 für die Steuerung des Heizelements 43 angeordnet.

Bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur im Druck-Temperatur-Bereich, in dem die Schaltanlage wirkt, kann das SF₆-GaS kondensie ren. Diese Gefahr tritt allein im Hochdruckraum 2 auf. Da das Kondensieren des Gases und das Verdampfen des Kondensats einen störenden Einfluß aui die Aufrechterhalrung des Druckunterschiedes zwi-

709 611/73

sehen dem Hochdruckraum und dem Niederdruckraum haben, wird das Heizelement 43 eingeschaltet, sobald Kondensat zum Verdampfer44 fließt. Dadurch wird das SF₆-GaS im Hochdruckraum 2 bis oberhalb des Taupunktes erwärmt.

Eine Gasflasche 30 ist über eine Leitung 61 mit einem Absperrventil 62 an das Hochdruckvorratsgefäß 60 angeschlossen und dient dazu, um die Verluste des SF₆-Gases durch Leckage zu ergänzen. Die Verbindung des Druckdifferenzwächters 48 mit dem Expansionsgefäß 15 hat der unmittelbaren Verbindung dieses Wächters mit dem Niederdruckraum 14 gegenüber den Vorteil, daß der Druckdifferenzwächter 48 während des Ausschaltvorgangs sehr schnell anspricht und den Kompressor 36 schnell in Wirkung setzt, da der Druck im Expansionsgefäß 15 während einer Ausschaltung sich viel schneller als der Druck im Niederdruckraum 14 steigert.

Weiter ist zwischen dem Niederdruckraum 14 und dem Niederdruckvorratsgefäß 54 ein zweiter Druckdifferenzwächter 63 angeordnet, dessen Kontakt 64 den Kompressor 59 steuert. Dieses Gasversorgungssystem wirkt wie folgt:

Wird durch eine Temperatursteigerung in der Schaltanlage der Druck im Hochdruckraum 2 in bezug auf den Druck im Niederdruckraum 14 zu hoch, so wird durch den Druckdifferenzwächter 48 das Absperrventil 34 geöffnet. Dadurch strömt Gas aus dem Raum 2 zum Raum 14 und aus dem Raum 14 über die Leitung 32 mit dem Rückschlagventil 55 zum Niederdruckvorratsgefäß 54. Die Dichte im Niederdruckraum 14 nimmt dann zu, so daß der Dichtewächter 45 seinen Kontakt 47 schließt und den Kompressor 59 in Gang setzt, der den Gasüberschuß aus dem Niederdruckraum 14 und dem Niederdruckvorratsgefäß 54 wegsaugt und zum Hochdruckvorratsgefäß 60 fördert.

Wird durch eine Temperaturabnahme in der Schaltanlage der Druck im Hochdruckraum 2 in; bezug auf den Druck im Niederdruckraum 14 zu niedrig, so wird durch den Wächter 48 der Kompressor 36 in Gang gesetzt. Dadurch empfängt der Raum 2 Gas aus dem Raum 14 und die Dichte des Gases im Niederdruckraum 14 wird zu klein, so daß der Dichtewächter 45 seinen Kontakt 46 schließt, was die Folge hat, daß das Absperrventil 28 geöffnet wird und Gas aus dem Hochdruckvorratsgefäß 60 zum Niederdruckraum 14 strömt, um das Gasdefizit zu erganzen. Da kein Gas aus dem Niederdruckvorratsgefäß 54 zum Niederdruckraum 14 fließen kann, wird der Druck im Gefäß 54 vorübergehend höher als der Druck im Raum 14, so daß, in Abhängigkeit der Empfindlichkeit des zweiten Druckdifferenzwächters 63, der Kontakt 64 geschlossen und dadurch der Kompressor 59 eingeschaltet wird. Dieser Kompressor bleibt bis zu dem Zeitpunkt wirksam, bei dem die Drücke im Raum 14 und im Gefäß 54 wieder gleich sind. Von diesem Zeitpunkt ab werden der Niederdruckraum 14 und, über diesen Raum, die Leitung 27,32 und das Rückschlagventil 55, das Niederdruckvorratsgefäß 54 mit Gas aus dem Hochdruckvorratsgefäß 60 gespeist, bis das Gas im Niederdruckraum 14 die richtige Dichte wieder erreicht hat.

Im stationären Zustand der Schaltanlage herrscht im Expansionsgefäß 15 infolge der Verbindung durch die Leitung 39 mit dem Rückschlagventil 40 derselbe Druck wie im Niederdruckraum 14. Während des Schaltvorgangs läuft der Druck im Expansionsgefäß stark auf, und der Druck im Hochdruckraum 2 nimml dann ab. Dies hat die Folge, daß der Druckdifferenzwächter 48 unmittelbar in Wirkung tritt und über der Kontakt 50 den Kompressor 36 einschaltet. Dadurch nimmt die Dichte des Gases im Niederdruckraum 14 ab, so daß auch der Dichtewächter 45 in Wirkung tritl und über seinen Kontakt 46 das Absperrventil 23 öffnet. Dadurch strömt Gas aus dem Hochdruckvorratsgefäß 60 zum Niederdruckraum 14. Sowohl durch die Tatsache, daß die Dichte und der Druck im Niederdruckraum 14 anfänglich abnehmen, als auch durch die Tatsache, daß das Löschgas aus dem Expansionsgefäß 15 durch die Leitung 37, das Rückschlagventil 56, das Puffergefäß 57 und einen der Filter 38 hin-

¹S durch zum Niederdruckvorratsgefäß 54 strömt, wodurch der Druck im Gefäß 54 zunimmt, tritt dei Druckdifferenzwächter 63 in Wirkung, und der Kontakt 64 wird geschlossen, so daß der Kompressor 53 eingeschaltet und der Gasüberschuß im Niederdruck-

*° vorratsgefäß 54 zum Hochdruckvorratsgefäß gepumpt wird. Sobald der richtige Druckunterschied zwischen dem Hochdruckraum 2 und dem Niederdruckraum 14 wieder hergestellt worden ist und die Dichte in diesem Raum 14 den richtigen Wert wieder erreicht hat, keh-

»5 ren die Wächter 45, 48 und 63 zu ihrem Ruhestand zurück, so daß die Kompressoren 36 und 59 zum Stillstand kommen und das Absperrventil 28 geschlossen wird.

Die Vorratsgefäße 54 und 60 stehen außerhalb der

Schaltanlage und werden nicht vom elektrischen Strom durchflossen, so daß es große Temperaturunterschiede zwischen dem Gas in diesen Gefäßen und dem Gas in der Schaltanlage geben kann, die zu Störungen der stationären Gaswirtschaft führen können.

Ist die Schaltanlage längere Zeit stromlos, so werden die Temperaturen in der Schaltanlage und dem Niederdruckvorratsgefäß 54 gleich sein, so daß, da auch die Drücke gleich sind, die Gasdichten in den Räumen 14 und 54 gleich sein werden. Fließt dagegen Strom

durch die Schaltanlage, so wird die Temperatur im Niederdruckraum 14 höher als der Druck im Niederdruckvorratsgefäß 54 werden. Dies hat die Folge, daß bei gleichbleibendem Druck die Dichte im Vorratsgefäß 54 höher und im Niederdruckraum 14 niedriger

wird. Es findet dann Gastransport vom Raum 14 zum Vorratsgefäß 54 statt. Wird die Dichte im Raum 14 zu klein, so tritt der Dichtewächter 45 in Wirkung, der Kontakt 46 wird geschlossen, und das Absperrventil 28 wird geöffnet, so daß das Gasdefizit im Nie-

derdruckraum 14 durch Gas aus dem Hochdruckvorratsgefäß 60 ergänzt wird. Auch kann durch die im betrachteten Falle auftretende Herabsetzung der Dichte im Raum 14 der Druckunterschied zwischen dem Hochdruckraum 2 und dem Niederdruckraum 14

den Druckdifferenzwächter 48 in Wirkung setzen, wodurch das Absperrventil 34 sich öffnet bis zum Zeitpunkt, in welchem der erforderliche Druckunterschied wieder hergestellt ist Von diesem Zeitpunk) ab nimmt durch die Zufuhr von Gas aus dem Vorrats-

gefäß 60 der Druck im Niederdruckraum weiter zu, so daß der Wächter 48 aufs neue in Wirkung tritt und den Kompressor 36 einschaltet, bis bei der richtigen Dichte im Niederdruckraum 14 der richtige Dnickunterschied zwischen den Räumen 2 und 14 wieder er-

reicht worden ist. Wenn nach Beendigung dieser Regelung der Temperaturunterschied zwischen dem Gas in der Schaltanlage und dem Gas im Vorratsgefäß 54 wieder, entweder infolge einer unerwünschten Erwär-

'κ'

mung des Gefäßes 54 oder, was wahrscheinlicher ist, durch das Stromloswerden der Schaltanlage abnimmt, so ändert sich die Dichte im Niederdruckraum 14 nicht, aber ein Druckunterschied wird zwischen dem Vorratsgefäß 54 und diesem Raum 14 erzeugt, der den zweiten Druckdifferenzwächter 63 in Wirkung setzt, wodurch der Kompressor 59 eingeschaltet und der Druck im Gefäß 54 wieder dem Druck im Niederdruckraum 14 gleich gemacht wird. Dieselbe Regelung tritt auf, wenn die Temperatur im Vorratsgefäß 54 aus irgendwelchem Grund höher als diejenige im Niederdruckraum 14 werden würde.

Durch richtige Wahl der Empfindlichkeit der Wächter 45,48 und 63 wird verhindert, daß die Regelung instabil wird. Die Empfindlichkeit dieser Wachter bestimmt, in welchem Bereich die Dichte im Niederdruckraum 14 und der Druckunterschied zwischen den Räumen 2 und 14 konstant gehalten werden können. Es wird klar sein, daß ein genaues Konstanthalten dieser Größen nicht möglich ist.

Das Puffergefäß 57 hat den Zweck, die plötzliche Druckerhöhung im Expansionsgefäß 15 durch die Ausschaltung des Druckgasschalters 3 abzuflachen, so daß das durch den Schaltvorgang verunreinigte Löschgas mit geringer Geschwindigkeit durch den FiI-ter 38 hindurch zum Niederdruckvorratsgefäß 54 strömt. Der Effekt des Filters wird dadurch sehr vergrößert.

Bei der Schaltanlage nach Fig. 2 ist jedes Schaltfeld mit einem eigenen Satz von Vorratsgefäßen 54, 60 mit Zubehör versehen. In vielen Fällen ist es vorteilhafter, für mehrere Schaltfelder ein einziges Niederdruckvorratsgefäß und ein einziges Hochdruckvorratsgefäß zu gebrauchen. Dafür muß aber das Gasversorgungssystem so ausgeführt werden, daß Zu-Standsänderungen in einem Schaltfeld keinen Einfluß auf den Zustand in anderen Schaltfeldern der Schaltanlage haben. Ein Beispiel einer Schaltanlage mit mehreren Schaltfeldern, die parallel zu einem Satz von Vorratsgefäßen 54,60 angeschlossen sein können, ist in Fig. 3 dargestellt worden.

Das Gasversorgungssystem nach Fig. 3 unterscheidet sich darin von demselben nach Fig. 2, daß der Druckdifferenzwächtcr 63 fortgelassen, der Dichtewächter 45 im Niederdruckraum 14 nur mit dem Kontakt 46 versehen und im Niederdruckvorratsgefäß 54 ebenfalls ein auf die Dichte des Gases in diesem Gefäß wirkender Wächter 65 angeordnet ist. Dieser zweite Dichtewächter 65 öffnet und schließt den Kontakt 66 im Stromkreis des zweiten Kompressors 59.

Aus Fig. 4 geht hervor, daß der erste Dichtewächter 45 versucht, die Dichte des Gases im Niederdruckraum 14 durch das öffnen und das Schließen des Absperrventils 28 auf einen auf der Isochore 25 liegenden Wert, daher im vorliegenden Fall auf einen Wert von 40 g/Liter, zu halten. Ist dieser Wert erreicht, so öffnet der Wächter 45 den Kontakt 46, und das Absperrventil 28, das Gas aus dem Hochdruckvorratsgefäß 60 in den Raum 14 läßt, wird geschlossen. Bei der Temperatur T₁ geschieht dieses Schließen bei dem Druck, der zum Punkt 67 gehört, und bei der höheren Temperatur T₂ findet dieses Schließen bei dem zum Punkt 68 gehörenden höheren Druck statt. Der Dichtewächter 45 schließt den Kontakt 46, wenn der Druck im Niederdruckraum 14 um einen V₂ kg/cm² betragenden Wert niedriger als der durch die Isochore 25 bestimmte Druck wird. Bei der Temperatur T₁ wird daher das Absperrventil 28 geöffnet, wenn der Gasdruck im Raum 14 den zum Punkt 69 gehörendei Wert erreicht hat, aber bei der Temperatur T₂ öffne sich das Absperrventil 28 erst bei dem zum Punkt 7( gehörenden Druck. Der zweite Dichtewächter 65 in Niederdruckvorratsgefäß 54 ist auf höhere Dichte werte eingestellt. Bei der Temperatur T₁ wird de: Kontakt 66 des Wächters 65 geschlossen, und de; zweite Kompressor S9 wird in Gang gesetzt, wenn dit Dichte im Vorratsgefäß einen Wert erreicht hat, be dem der Druck in diesem Gefäß den beim Punkt 7] gehörenden Wert hat. Der Kontakt 66 wird wiedei geöffnet, und der Kompressor 59 wird wieder ausgeschaltet, wenn der Druck im Vorratsgefäß 54 durch diesen Kompressor auf den zum Punkt 72 gehörender Druck zurückgebracht worden ist, welcher Druck irr dargestellten Falle um V₂ kg/cm² niedriger als dei Druck beim Punkt 72 ist, der den Kompressor einschalten läßt. Die Einstellung des Dichtewächters 6£ ist nun derart gewählt, daß die Dichtewerte, die durch die parallelen Linien 73 und 74 gegeben sind und be denen der zweite Kompressor 59 ein- bzw. ausgeschaltet wird, um so viel höher als die durch die Isochore 25 und die dazu parallele Linie 75 gegebenen Dichtewerte sind, bei denen das Absperrventil 28 geschlossen bzw. geöffnet wird, daß selbst beim zu erwartenden maximalen Unterschied von z.B. 15° C zwischen der niedrigeren Temperatur des Gases im Niederdruckvorratsgefäß 54 und der höheren Temperatur des Gases im Niederdruckraum 14 der Wächter 65 den Kompressor 59 bei einem Druck in Gang setzt, der höher als der Druck ist, bei dem der erste Dichtewächter 45 das Absperrventil 28 schließt, und den Kompressor 59 wieder bei einem Druck ausschaltet, der höher als der Druck ist, bei dem der Wächter 45 das Absperrventil 28 öffnet. Dies bedeutet, daß im dargestellten Beispiel, bei dem die Temperaturen T₁ und T₂ um den unter Betriebsumständen zu erwartenden maximalen Wert von 15° C voneinander abweichen, der Punkt 71 höher als der Punkt 68 und der Punkt 72 höher als der Punkt 70 zu liegen kommen muß. Nur bei dieser Einstellung der Dichtewächter 45 und 65 ist die Regelung des Gasversorgungssystems jedes Schaltfeldes stabil, was aus dem Folgenden hervorgeht:

Geht man von dem Zustand aus, bei dem ein Schaltfeld keinen Strom führt, das Gas im Niederdruckraum 14 dieses Schaltfeldes die richtige, durch die Isochore 25 (Fig. 4) bestimmte Dichte hat und die Temperatur des Gases im Niederdruckraum 14 der Temperatur des Gases im Niederdruckvorratsgefäß 54 gleich ist, d.h. T₁ beträgt, so sind die Gasdichten und die Gasdrücke in diesem Raum 14 und diesem Vorratsgefäß 54 ebenfalls gleich. Der Gasdruck ist dann durch den Punkt 67 gegeben. Wird danach das Schaltfeld eingeschaltet, so daß Strom hindurchgeführt wird, so kann im ungünstigsten Fall die Temperatur im Niederdruckraum 14 mit 15° C auf einen Wert T₂ zunehmen, was die Folge hat, daß der Druck sich in diesem Raum 14 bis zum Punkt 68 steigert, und daß Gas aus dem Raum 14 über die Leitung 32 und das Rückschlagventil 55 zum Vorratsgefäß 54 strömt, bis der Druck im Gefäß 54 wieder dem Druck im Raum 14 gleich ist. Der Druck im Raum 14 ist dann etwas niedriger als der zum Punkt 68 gehörende Druck, und der Druck im Gefäß 54 ist dann etwas höher als der zum Punkt 67 gehörende Druck. Gibt es aus irgendeinem Grund einen weiteren Gasverlust im Raum 14, so daß der zum Punkt 70 gehörende

Druck erreicht wird, so wird das Absperrventil 28 durch den Wächter 45 geöffnet, bis die Drücke im Raum 14 und im Vorratsgefäß 54 wieder den zum Punkt 68 gehörenden Wert erreicht haben. Da der Punkt 71, bei dem der Kompressor 59 in Gang gesetzt wird, höher als der Punkt 68 liegt, bliebt dieser Kompressor außer Wirkung.

Wenn durch eine Ausschaltung des Druckgasschalters 3 Gas aus dem Hochdruckraum 2 zum Niederdruckvorratsgefäß 54 strömt, so kann der Druck darin den zum Punkt 71 gehörenden Wert überschreiten, so daß der Kompressor 59 in Gang gesetzt wird und gerade so lange Gas aus dem Niederdnickvorratsgef äß 54 zum Hochdruckvorratsgefäß 60 gepumpt wird, bis der Druck im Niederdruckvorratsgefäß 54 (daher auch der Druck im Niederdruckraum 14) den zum Punkt 72 gehörenden Wert erreicht hat. Da dieser Wert oberhalb des zum Punkt 70 gehörenden Wertes liegt, bei dem das Absperrventil 28 durch den Wächter 45 geöffnet wird, bleibt dieses Absperrventil geschlossen. Daraus geht hervor, daß der Kompressor 59 nicht in Gang gesetzt wird, wenn das Absperrventil 28 geöffnet ist, oder umgekehrt, daß weiter das Absperrventil 28 nicht geöffnet wird, wenn der Kompressor 59 wirkt, so daß der instabile Zustand, bei dem das Absperrventil 28 geöffnet ist und der Kompressor 59 wirkt und dadurch das Gas dauernd vom Niederdruckvorratsgefäß 54 zum Hochdruckvorratsgefäß 60 und von dort zum Niederdruckraum 14 und über die Leitung 32 wieder zum Niederdruckvorratsgefäß 54 rundgepumpt wird, nicht auftreten kann

Muß einem höheren maximalen Temperaturunterschied als z.B. 15° C Rechnung getragen werden, so müssen die Einstellungen des Dichtewächters 65 und diejenigen des Dichtewächters 45 noch mehr differieren, d.h. es müssen die Linien 73 und 74 höher, als in Fig. 4 dargestellt worden ist, oberhalb der Linien 25 und 75 zu liegen kommen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Metallumschlossene Schaltanlage fur hohe Spannung, deren metallene Umhüllung mindestens einen Druckgasschalter, einen an die Niederdruckseite dieses Schalters angeschlossenen Niederdruckraum, der mit SF₆-GaS niedrigeren Überdrucks für die Isolation zwischen den unter Spannung stehenden Teilen und der Umhüllung gefüllt ist, und einen an die Hochdruckseite dieses Schalters angeschlossenen Hochdruckraum, der mit wenigstens zum Löschen des Schaltbogens dienendem SF₆-GaS höheren Überdrucks gefüllt ist, enthält, und welche Schaltanlage mit einem System für die Gasversorgung dieser Räume verschen ist, welches Gasversorgungssystem einen mindestens aus beiden Räumen, einer zwischen beiden Räumen geschalteten Leitung mit einem steuerbaren Ventil und einer zwischen beiden Räumen geschalteten Leitung mit einem steuerbaren Kompressor bestehenden Kreislauf, eine durch eine Gaszufuhrleitung mil einem steuerbaren Ventil an den Niederdruckraum angeschlossene äußere Gasversorgungsanlage, eine den Nie-(.k-rdruckraum mit dieser äußeren GasversortMingsanlage oder mit der Außenluft verbindende Gasabfuhrleitung mit einem steuerbaren Ventil, einen auf die Druckdifferenz zwischen beiden Räumen ansprechenden Druckdifferenzwächter und einen auf die Gasdichte im Niederdruckraum ansprechenden Dichtewächter aufweist, welche Wächter diese Ventile und diestn Kompressor so steuern, daß diese Druckdifferenz möglichst konstant gehalten wird und die Gasmengen in diesen Räumen dem Beirieb angepaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdifferenzwachter (48) und der Dichtewächter (45) so zusammenarbeiten und so ausgeführt, geschaltet und eingestellt sind, daß bei Abweichungen von den Gassollwerten im Hochdruckraum (2) und odei in Niederdruckraum (14) nicht nur die Druckdifferenz zwischen beiden Räumen sondern auch die Gasdichte im Niederdruckraum (14) durch Änderung der Gasmenge im Gesamtkreislauf Hochdruck-/Niederdruckraum so weit wie möglich auf einen im voraus beslimmten Wert konstant gehalten wird.

2. Metallumschlossene Schaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablaßleitung (32) über ein sich in der Richtung zum Niederdruckraum (14) schließendes Rückschlagventil (55) mit einem Niedeidruckvorratsgefäß (54) verbunden, eine Zufuhrleitung (29) über ein Absperrventil (28) an ein Hochdruckvorratsgefäß (60) angeschlossen und zwischen beiden Vorratsgefäßen (54. 60) eine Leitung (58) mit einem zweiten Kompressor (59) angeordnet ist, und daß der auf die Dichte des Gases im Niederdruckraum (14) wirkende Dichtewächter (45) dieses Absperrventil (28) öffnet und schließt, wenn die Dichte des Gases im Niederdruckraum (14) um einen bestimmten Wert niedriger als die erforderliche Dichte bzw. dieser Dichte gleich wird, und daß zusätzliche Wächter (63,65) angeordnet sind, die den zweiten Kompressor (59) in Gang set2'.en, wenn das Niederdruckvorratsgefäß (54) bei der in diesem Gefäß herrschenden Temperatur zuviel

Gas enthält (Fig. 2, 3).

3. Metallumschlossene Schallanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtewachter (45) den zweiten Kompressor (59) in und außer Wirkung setzt, wenn die Dichte des Gases in diesem Raum (14) höher bzw. um einen bestimmten Wert niedriger als die erforderliche Dichte wird, und daß der Niederdruckraum (14) und das Niederdruckvorratsgefäß (54) mit einem

ίο zweiten Druckdifferenzwächter (63) verbunden sind, der den zweiten Kompressor (59) in Gang setzt, wenn der Druck im Niederdruckvorratsgefäß (54) höher als der Druck im Niederdruckraum (14) wird (Fig. 2).

4. Metallumschlossene Schaltanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Dichte des Gases im Niederdruckvorratsgefäß (54) wirkender zweiter Dichtewächter (65) angeordnet ist, der den zweiten Kompressor (59) in

so und außer Wirkung setzt bei Dichtewerten, die derart höher als die Dichtewerte sind, bei denen der auf die Dichte des Gases im Niederdruckraum (14) wirkende erste Dichtewächter (45) das Absperrventil (28) schließt und öffnet, daß bei dem

zu erwartenden maximalen Temperaturunterschied zwischen dem Gas im Niederdruckraum (14) und dem Gas im Niedeidruckvorratsgefäß (54) der zweite Kompressor (59) bei einem höheren Gasdruck als demjenigen, bei dem das Absperrventil (28) geschlossen wird, in Gang, und bei einem höheren Gasdruck als demjenigen, bei dem das Absperrventil (28) geöffnet wird, außer Wirkung gesetzt wird (F i p. 3).

5. Metallumschlossene Schaltanlage nach Anspruch 2, 3 oder 4 mit einem Druckgasschalter, der ein Expansionsgefäß zum Sammeln des gebrauchten Löschgases aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsgefäß (15) über eine Leitung (37) mit einem sich in der Richtung zu

diesem Gefäß schließenden Rückschlagventil (56) und einem Filter (38) mit dem Niederdruckvorratsgefäß (54) und über eine Leitung (39) mit einem sich in der Richtung zum Niederdruckraum (14) schließenden Rückschlagventil (4(9) mit diescm Raum (14) in Verbindung steht.

6. Metallumschlossene Schaltanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der sich zwischen dem Expansionsgefäß (15) und dem Niederdruckvorratsgefäß (54) erstreckenden Leitung (37) ein Puffergefäß (57) zwischen dem Rückschlagventil (56) und dem Filter (38) angeordnet ist.