DE1909642C3 - Druckgasisolierte Hochspannungschaltanlage - Google Patents
Druckgasisolierte HochspannungschaltanlageInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
- H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
- H02B13/035—Gas-insulated switchgear
- H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects
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- H02B13/035—Gas-insulated switchgear
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- H02B13/0655—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects through monitoring changes of gas properties
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Description
Die Erfindung betrifft eine druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlage, deren spannungsführende Teile,
wie Sammelschienen, Leistungs- und Trennschalter, Wandler etc, zusammen mit den Verbindungsleitern in
gegeneinander durch im wesentlichen scheibenförmige Isolatoren gasdicht abgeschotteten Einzelabteilen einer
geerdeten Metallkapselung untergebracht sind, wobei wenigstens die jeweils benachbarten Einzelabteile über
Druckentlastungseinrichtungen miteinander verbindbar sind, die je ein flächenförmiges gasdichtes Absperrorgan aufweisen, dessen mechanische Festigkeit derart
bemessen ist, daß sein Berstdruck wesentlich kleiner als derjenige der Kpaselung aber größer als der Betriebsdruck innerhalb der Kapselung ist, und bei Überschrei
ten dieses Berstdruckes infolge Berstens des Absperrorgans zwischen den benachbarten Einzelabteilen der
Metallkapselung eine Verbindung großen Querschnittes hergestellt wird, und gegebenenfalls in der Kapselungswand zusätzliche nach außen wirksame Druckentla-
stungsvorrichrungen angeordnet sind.
Bei derartigen Anlagen mit gasdicht abgeschotteten Einzelabteilen, die ein relativ kleines Gasvolumen
aufweiseil, steigt der Innendruck verhältnismäßig rasch
ίο an, wenn im betreffenden Einzelabteil durch irgendeine
Störung ein ungewollter Lichtbogen auftritt, z.B.
zwischen spannungsführenden Teilen und geerdeter Metallkapselung oder als Stehlichtbogen über den
Schaltkontakten von Schaltern bei deren Überlastung.
Ais Folge davon kann es zu einer Explosion der Metallkapselung mit den bekannten Auswirkungen auf
Menschen und benachbarte Einrichtungen kommen.
Gegen die im Störungsfall auftretende Druckerhöhung in der Kapselung ist ei bekannt, als Bruchglieder
Sicherheitsmembrane an der Metallkapselung vorzusehen (Sonderdruck VDE-Fachber, Febr. 1967, S. 7 oder
DE-GM 17 26 876). Solche Sicherheits- bzw. Druckentlastungsmembranen sind jedoch technisch unbefriedigend, vor allem, wenn eine Vielzahl von Einzelabteilen
geschützt werden muß, was eine zumindest stellenweise Durchbrechung der Kapselung mit dem damit verbundenen konstruktiven und festigungstechnischen Aufwand erfordert, und ergeben deshalb unwirtschaftliche
Lösungen.
Um gekapselte Hochspannungsschaltanlagen vor Zerstörungen durch auftretende Fehler zu schützen, ist
hierfür aus der CH-PS 4 02 116 auch die Verwendung des Differentialschutzes bekannt Insbesondere wird
nach dieser Druckschrift bei selektiver Abschaltung die
aus leitendem Material bestehende Kapselung in
mehrere, voneinander und gegen Erde isoliert angeordnete Abschnitte aufgeteilt, die jeweils über ein
Erdschlußrelais an Erde gelegt sind, bei dessen Ansprechen alle an der gleichen Sammelschiene
liegenden Leistungsschalter über einen Hilfsstromkreis abgeschaltet werden. Es handelt sich hierbei demnach
vor allem um eine Schutzeinrichtung gegen Erd- und Kurzschlüsse mit einem erheblichen konstruktiven und
apparatmäßigen Aufwand.
Aus dem DE-GM 19 57 603 ist weiter ein mit Isoliergas gefülltes Gehäuse für Hochspannungsschaltanlagen mit einer Druckentlastungseinrichtung an der
Gehäusewand bekannt. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um eine Gehäusewandscheibe aus leicht
so splitterndem Stoff und einer diese Scheibe zerstörende Vorrichtung mit Auslöseeinrichtung mit all dem damit
verbundenen apparativen Aufwand.
In der US-PS 22 23 300 ist eine gasgefüllte metallgekapselte elektrische Leitung beschrieben, die durch ein
oder mehrere großflächige Ventile druckentlastbar ist. Bei diesen Ventilen handelt es sich im wesentlichen
zumindest um Abschnitte einer ebenen Kapselungswand, die unter der Wirkung der insbesondere durch
einen Kurzschlußlichtbogen hervorgerufenen Drucker
höhung des Gases im Leitungsinneren gegen die
Wirkung von Federn von der übrigen Kapselung vorübergehend abgehoben werden, um dadurch eine
Druckentlastung nach außen, also in die äußere Umgebung der Kapselung zu erreichen. Hierbei handelt
b5 es sich also um ein großflächiges öffnen und wieder
Schließen einer Kapselung mit dem damit verbundenen Nachteil u. a. eines relativ großen Gasverlustes, wobei
außerdem auch noch auf die Dichtungsproblematik
hinzuweisen ist
Ein nicht näher erläutertes Sicherheitsventil bei einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage ist auch aus
der DE-PS 6 77 051 vorbekannt. Dieses ist an der Kapselung der Anlage angeordnet, um die zum
einwandfreien Arbeiten der pneumatischen Steuerorgane erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Betriebsund dem Isolationdsdruck aufrechtzuerhalten. Ein
flächenförrniges Absperrorgan ist hierbei nicht ersichtlich.
In der GB-PS 2 93 805 ist weiters ein fahrbarer
elektrischer Schalter beschrieben, dessen Kapselungsdeckel zusammen mit diesen gegen die übrige
Kapselung drückenden bzw. ziehenden Federn als Überdruckventil dient Eine funktionale Abhängigkeit
zwischen dem Auslösedruck dieses Ventils und einem Berstdruck der Zwischenwand des Schalters ist hierbei
nicht angegeben.
Die bereits vorerwähnten Druckentlastungsmembrane (DE-GM 17 26 876), die mit besonderem Vnrteil an
den Ecken oder Enden von Stromschienenkanälen angeordnet sind, weisen eine bedeutend geringere
Festigkeit als die übrige Kanaikonstruktion auf, um beim Entstehen innerer Oberdrücke Entlastungsöffnungen nach außen freizugeben. Hierbei handelt es sich
ebenfalls nicht um zusätzliche Ventile, deren Auslösedruck zum Berstdruck einer Kanalzwischenwand in
bestimmter Relation steht
Aus den Brown, Boveri-Mitteilungen vom Dezember 1967, insbesondere Seite 770, ist es bekannt, bei
SFe-isolierten gekapselten Hochspannungsschaltanlagen, die Anlagen aus gasdicht geschotteten Abteilen zu
erstellen. Die Schonung besteht hierbei aus Kunstharz-Durchführungsisolatoren, die gleichzeitig die konzentrische Abstützung für die rohrförmigen Stromleiter
bilden.
Solche Stützisolatoren sind bereits aus den Brown, Boveri-Mitteilungen vom April/Mai 1966, Seite 346,
bekannt, wo darauf hingewiesen ist, daß die kegelförmigen Stützisolatoren sowohl am äußeren Aluminiumflansch als auch innen am Stromleiter mit Dichtungen
versehen sind und dadurch eine gasdichte Schottung der einzelnen Abschnitte ergeben. Um nun bei solchen
Hochspannungsschaltanlagen die Isolation des Schaltaggregats zu koordinieren, ist jeder Abzweig mit einer
SFe-Funkenstrecke ausgerüstet (Seite 348). Die Funkenstrecken sind hierbei so ausgeführt, daß nach Ansprechen der einstellbaren Oberschlagstrecke der sich
bildende Erdschlußlichtbogen durch selbsttätig schließende Kontakte metallisch kurzgeschlossen wird.
Dadurch wird der Druckanstieg als Folge des Lichtbogens in der geschotteten metallischen Kapselung der Funkenstrecke begrenzt und diese explosionssicher gemacht Für Teile, in denen Störungen auftreten
können, ohne daß es unmittelbar zu einem Erdschluß kommt, ist ein pneumatischer Fehlerschutz vorgesehen
(Seite 349). Im Falle einer Störung mit raschem Druckanstieg wird hierbei durch einen Druckanstiegwächter der zugehörige Leistungsschalter zum Ausschalten gebracht und eine Störungsmeldung ausgelöst.
Es sind demnach besondere Einrichtungen zur Sicherung der geschotteten gekapselten Anlagen erforderlich. Selbst bei Verwendung eines besonderen Erdungsschalters mit einer Steuerung durch eine Schutzeinrichtung zum Kurzschließen des Lichtbogens sind nicht alle
möglichen Störungsfälle erfaßbar. Auch das Abschalten des Lichtbogens durch schnelle Schalter in Verbindung
mit einem raschen Schutz ehe ein gefährlicher
Druckanstieg auftreten kann, ist insofern problematisch,
als bei einem Versagen von Schalter oder Schutz Explosionsgefahr für die Kapselung besteht
Eine Hochspannungsschaltanlage der -eingangs genannten Art ist nun bereits Gegenstand des älteren
deutschen Patentes 16 65 265. Bei diesem Gegenstand ist eine Sicherheitsschalteinrichtung vorgesehen, um
dessen spannungsführende Teile vom Netz abzutrennen, bevor der höchstzulässige Gasdruck in der durch
ίο gasdichte Schottungsisolatoren in mehrere dauernd mit
einer Isoliergas-Versorgungsleitung in Verbindung stehende Abteilungen von sehr unterschiedlichem
Volumen geteilten, Druckentlastungsöffnungen mit brechbaren Schutzmembranen aufweisenden Umhül
lung erreicht ist Benachbarte Abteilungen weisen
hierbei Druckentlastungsöffnungen auf, die mit Hilfe von Verbindungskanälen mit ausreichend großem
Querschnitt miteinander verbunden sind, so daß das Volumen der Innenräume derart verbundener Abteilun
gen ausreicht, um den Druckstoß des Isoliergases bei
Auftreten eines Störlichtbogens kurzzeitig bis zum Wirksamwerden der vorgenannten Sicherheitsschaheinrichtung aufzufangen. Jeder Verbindungskanal ist
hierbei mit einer durch den Druckstoß des Isoliergases
brechbaren Membrane abgesperrt, die gegebenenfalls
eine Drosselöffnung aufweisen kann. Die Verbindungskanäle mit den Membranen bilden hierbei separate
Einrichtungen, die außerhalb der mit Isoliergas gefüllten
vorgenannten Umhüllung der Hochspannungsschaltan
lage angeordnet sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Hochspannungsschaltanlage die erstrebte Explosionssicherheit der Metallkapselung auf
einfachere und billigere Weise zu erreichen, und hierbei
ohne zusätzliche komplizierte Einrichtungen auszukommen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schottungsisolatoren als die Absperrorgane der
Druckentlastungseinrichtungen zwischen den benach
harten Einzelabteilen dienen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem in der besonderen Einfachheit einer derartigen
explosionssicheren Hochspannungsschaltanlage. Bei raschem starkem Ansteigen des Gasdruckes in einem
Einzelabteil besteht die Möglichkeit, daß nicht nur einer sondern beide dieses Einzelabteil mitbegrenzenden
Schottungsisolatoren bersten und dadurch das Einzelabteil zusammen mit den beiden benachbarten Einzelabteilen in kurzer Zeit ein gemeinsames relativ großes
Volumen bilden, wodurch meistens eine hinreichende Druckentlastung eintreten kann. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, daß bei Bestehenbleiben des den Druckstoß des Isoliergases hervorrufenden ungewollten
Lichtbogens der vorbeschriebene Vorgang des Berstens
der Schottungsisolatoren sich an den das gemeinsame
relativ große Volumen mit begrenzenden Schottungsisolatoren wiederholen kann, um dadurch auch schwere
Störungsfälle ohne Explosion der Metallkapselung sicher zu beherrschen.
bo Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochspannungsschaltanlage nach Patentanspruch 1 sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Durch die Ausbildung nach Patentanspruch 2 ist in vorteilhafter Weise erreichbar, daß der Schadensbe-
b", reich a-jf vorbestimmbare Gruppen von Einzelabteilen
eingegrenzt wird. Durch Anordnung von zusätzlichen nach außen, d. h. über die Metallkapselung hinaus
wirksamen Druckentlastungsvorrichtungen gemäß Pa-
tentanspruch 3 wird weiter in vorteilhafter Weise erreicht, daß auch in extremen Störungsfällen der
Schadensbereich auf die betroffene Gruppe von Einzelabteilungen sowie die einbezogene äußere Umgebung
der Metallkapselung beschränkt bleibt. Durch Anordnung von Druckentlastungsvorrichtungen in
Form von Druckentlastungsventilen gemäß Patentanspruch 4 an mechanisch keinen anderen Belastungen
unterworfenen Stellen der Hochspannungsschaltanlagen ist es außerdem in vorteilhafter Weise durch
geeignete Ausführung und Kennzeichnung dieser wenigen Stellen möglich, eine Gefährdung von Personal
auszuschließen, und können selbst im Katastrophenfall an keiner unvorhersehbaren und unerwünschten Stelle
der Metallkapselung Auswirkungen nach außen auftreten.
Anhand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wiedergibt, wird diese näher
erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine einpolige schematisch dargestellte Anlage mit Sammelschiene und Abzweigen, während die
Fig.2 eine Druckskala der für die Erläuterung massgebenden Druckstufen wiedergibt.
In F i g. 1 ist die Sammelschiene als Ganzes mit 1 bezeichnet. Die Metallkapselung 10 ist mit isolierendem
Druckgas, z. B. SF6, gefüllt. Durch Schottungsisolatoren
8 ist eine gasdichte Unterteilung in Einzelabteile la, Ii),
Ic... vorgenommen, die den als Ganzes mit 2 bezeichneten Abzweigen zugeordnet sind. Im gewählten
Beispiel enthält der Abzweig 2 eine Anzahl Einzelabteile, und zwar Abteil 5 für den Leistungsschalter,
zwei Trennerabteile 4, das Stromwandlerabteil 6, ein Kabelendverschlußabteil 7 sowie mehrere Abteile 3, die
als Verbindungsstücke dienen. Die gasdichte Abschottung erfolgt hier ebenfalls durch Schottungsisolatoren 8.
Die Festigkeit der Schottungsisolatoren 8 ist, wie in F i g. 2 skizziert, so bemessen, daß ihr durch die Linien
14 und 15 begrenzte Berstdruckbereich wesentlich unter der durch die Linie 16 angedeuteten unteren Berstdruckgrenze
der Metallkapselung 10 liegt, z. B. etwa bei einem Drittel davon. Andererseits ist die untere
Berstdruckgrenze 14 der Schottungsisolatoren 8 so gewählt, daß sie in ausreichendem Abstand z. B. um den
Faktor 4, über der Linie 13 liegt, die ihrerseits etwa dem betriebsmäßigen Innendruck der Metallkapselung 10
entspricht. Tritt nun in einem Einzelabteil ein Störlichtbogen auf und erfolgt dadurch in diesem Abteil ein
rasches starkes Ansteigen des Druckes, so bricht zunächst einer oder beide der das Abteil begrenzenden
Schottungsisolatoren 8. Infolge der damit verbundenen Volumenvergrößerung tritt eine Druckentlastung ein,
und die Druckspitze wird abgebaut Brennt der Lichtbogen weiter, so kommt es wieder zu einem
diesmal zwar langsameren Ansteigen des Druckes, weil das Volumen inzwischen größer geworden ist. In
schweren Fällen kann sicii der Vorgang an den nächsten Schottungsisolatoren wiederholen.
Zur Eingrenzung des Schadenbereiches kann man an gewissen Stellen, so wie in F i g. 1 die Schottungsisolatoren
9 an der Übergangsstelle des Abganges 2 zur Sammelschiene 1, diese für einen dem Berstdruck der
Metallkapselung 10 etwa gleichen Berstdruck auslegen.
Des weiteren kann den so gebildeten Gruppen 1,2 von Einzelabteilen la—c bzw. 3—7 an geeigneten Stellen
jeweils eine zusätzlich, nach außen wirksame Druckentlastungsvorrichtung, deren Ansprechdruck annähernd
dem Berstdruck der Schottungsisolatoren entspricht, zugeordnet werden. Im gewählten Beispiel befinden sich
am Sammelschienenende bzw. am Kabelendverschlußabteil 7 Druckentlastungsvorrichtungen in Form von
Ventilen 11 bzw. 12 großen Querschnitts. Je nach Aufbau der Anlage wird man solche Stellen dafür
wählen, die praktisch keinen anderen mechanischen Belastungen unterliegen, wobei sich durch geeignete
Ausführung und Kennzeichnung dieser wenigen Stellen eine Gefährdung des Personals vermeiden läßt
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
- Patentansprüche:L Druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlage, deren spannungsführende Teile, wie Sammelschienen, Leistungs- und Trennschalter, Wandler etc, zusammen mit den Verbindungsleitern in gegeneinander durch im wesentlichen scheibenförmige Isolatoren gasdicht abgeschotteten Einzelabteilen einer geerdeten Metallkapselung untergebracht sind, wobei wenigstens die jeweils benachbarten Einzelabteile über Druckentlastungseinrichtungen miteinander verbindbar süul die je ein flächenförnüges gasdichtes Absperrorgan aufweisen, dessen mechanische Festigkeit derart bemessen ist, daß sein Berstdruck wesentlich kleiner als derjenige der Kapselung aber größer als der Betriebsdruck innerhalb der Kapselung ist, und bei Oberschreiten dieses Berstdruckes infolge Berstens des Absperrorgan zwischen den benachbarten Einzelabteilen der Metalikapselung eine Verbindung großen Querschnittes hergestellt wird, und gegebenenfalls in der Kapselungswand zusätzliche nach außen wirksame Durckentlastungsvorrichtungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottungsisolatoren (8) als die Absperrorgane der Druckentlastungseinrichtungen zwischen den benachbarten Einzelabteilen (la, Ib,.., 3 bis 7) dienen.
- 2. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottungsisolatoren (9) an Stellen zwischen gewissen Gruppen von Einzelabteilen, wie z. B. an der Übergangsstelle eines Abganges (2) zur Sammelschiene (1), angenähert den gleichen Berstdruck aufweisen wie die Metallkapselung (10).
- 3. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Gruppen (1,2) von Einzelabteilen jeweils eine der zusätzlichen, nach außen wirksame Druckentlastungsvorrichtungen (U, 12) in der Kapselungswand zugeordnet ist, deren Ansprechdruck annähernd dem Berstdruck der Schottungsisolatoren (8) der Einzelabteile (la—c; 3—7) der Gruppe (1,2) entspricht
- 4. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen wirksame Druckentlastungsvorrichtung als Druckentlastungsventil (11, 12) großen Querschnitts ausgebildet ist, das sich jeweils an einem mechanisch unbelasteten Ende einer Gruppe (1, 2) von Einzelabteilen, z.B. am Kabelendverschluß, Sammelschienenende, befindet
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