DE19612565A1 - Gasisolierte Mittelspannungs-Schaltanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gasisolierte Schaltanlage, insbesondere eine mit leitfähigem Werkstoff umkleidete, mehrfeldige Lastschaltanlage für Mittelspannungs- Verteilernetze.

Wenn hier von "Gas" gesprochen wird, dann wird im vor­ liegenden Zusammenhang darunter nicht nur solches mit erhöhten dielektrischen Eigenschaften (höhere Isolati­ onswerte), wie z. B. SF₆ oder Stickstoff verstanden, sondern auch spezialbehandelte, insbesondere von Feuch­ tigkeit und Staub gereinigte Luft.

Derartige Schaltanlagen müssen in ihrer Isolation so bemessen werden, daß sie nicht nur den normalen Be­ triebsspannungen standhalten, sondern auch den Bean­ spruchungen durch innere oder äußere Überspannungen ge­ wachsen sind. Wird der erforderliche Isolationspegel auch nur an einer einzigen Stelle unterschritten, so ist die Betriebssicherheit gefährdet; Überschläge oder Durchschläge können auftreten und zu Erdschlüssen oder Kurzschlüssen führen.

Es sind Schaltfelder bekannt, die als Isoliermittel SF₆-Gas enthalten, das alle Aktivteile, d. h. alle strom- und spannungsführenden Teile, z. B. Schaltkam­ mern, Sammelschienen, Anschlußstellen etc. umgibt. Da­ bei ist das Gas in metallische Behälter eingeschlossen, die lediglich Durchführungen für das Eintreten der elektrischen Leiter bzw. für die Stellglieder der An­ triebe der beweglichen Kontakte der Löschkammern be­ sitzen.

Die im Mittelspannungsbereich meist kubischen, metalli­ schen Behälter sind sehr aufwendig und teuer in der Herstellung. Sie werden aus abgekanteten Metallblechen hergestellt, die miteinander verschweißt sind.

Es ist außerdem aus der DE 28 24 623 A1 bekannt, die Kapselung dieser Schaltfelder bzw. der Schaltanlage aus leitfähigem Kunststoff herzustellen, wobei unter ande­ rem die Möglichkeit vorgeschlagen wird, die zugängli­ chen Oberflächen dieser Kunststoffteile mit einem leit­ fähigen Überzug zu versehen.

Wenngleich eine Kapselung aus leitfähigem Kunststoff zeitsparender und einfacher herzustellen ist als die vorerwähnten Metallbehälter, sind die mit einem leitfä­ higen Überzug beschichteten Kunststoffbehälter relativ teuer in der Herstellung. Zudem besteht die Gefahr, daß beim Ablösen der Beschichtung von der Oberfläche des Kunststoffbehälters kleine Spalte entstehen, in denen aufgrund der Spannungsverdrängung Teilentladungen stattfinden.

Schließlich wird mit der DE 31 51 406 A1 eine Isolier­ stoffkapselung für Anlagenteile einer elektrischen Mit­ telspannungs-Schalt- und -Verteileranlage vorgeschla­ gen, bei der eine aus schäumbarem Isolierstoff beste­ hende Kapselung mit einer dünnwandigen, gasdicht ge­ schlossenen Metallkapselung aus ziehfähigem Blech be­ legt wird. Auch dieser Aufbau ist aufwendig, denn die Blechformteile, die an ihren Berührungsstellen so aus­ geführt sein müssen, daß sie gasdicht zusammengefügt werden können, werden mit dem Schaumstoff ausgeschäumt, wodurch erst das eigentliche Isolierstoffteil gebildet wird. Alternativ kann nach diesem bekannten Vorschlag auch ein entsprechend geformtes Isolierstoffteil geson­ dert hergestellt und in die vorgeformten Blechformteile eingelegt werden, die in diesem Fall erst nach dem Ein­ legen des Isolierstoffteils gasdicht miteinander ver­ bunden werden.

Allen bekannten Ausführungen haftet der Nachteil an, daß die aufgrund der VDE-Vorschriften geforderten Iso­ lationspegel, z. B. für die Stoßspannungsfestigkeit und die Wechselspannungsfestigkeit, die Dimensionierung be­ stimmen, wobei die Abmessungen des Behälters weit über das Maß hinausgehen, das notwendig ist, um

• a) das Betreiben der Anlage bei Bemessungsspan­ nung zu ermöglichen und
• b) die aktiven Bauteile gegen das Eindringen kor­ rosiver bzw. fremdschichtbildender Umgebungs­ atmosphäre zu schützen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Erfül­ lung der gesetzlichen Vorschriften gegenüber bekannten Anlagen raumsparender baut und gleichzeitig billiger hergestellt werden kann.

Gelöst wird dieses Problem nach der Lehre des Hauptan­ spruchs durch eine Hybridisolation, wobei der zugrunde­ liegende Erfindungsgedanke darin besteht, die durch ihre spezielle Formgebung besonders empfindlichen Ak­ tivteile spannungsmäßig zu entlasten. Konkret wird diese Lehre durch ein aktive Schaltteile einschließen­ des Innengehäuse und ein dieses mit Abstand umgebendes Außengehäuse realisiert, wobei das Innengehäuse vor­ zugsweise aus Kunststoff und das Außengehäuse vorzugs­ weise aus leitfähigem Werkstoff besteht, bei dem es sich auch um einen leitfähigen Kunststoff, insbesondere einen außenseitig mit Metall beschichteten handeln kann. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, daß das In­ nengehäuse in seiner Dimensionierung auf die beim Be­ trieb auftretenden Spannungsbeanspruchungen - bezogen auf die Bemessungsspannung des Schalters - begrenzt werden kann und die Aktivteile spannungsentlastet sind, da die Spannung in einen Bereich gedrängt wird, in dem sich keine Aktivteile befinden, nämlich in den Raum zwischen den beiden Gehäusen.

Diese Verhältnisse sind insbesondere dann gegeben, wenn das Innengehäuse mit SF₆-Gas und der Raum zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse mit Luft gefüllt sind. Statt des SF₆-Gases kämen grundsätzlich auch andere Isoliergase bis hin zu spezialbehandelter Luft infrage, wobei auch in diesen Fällen dann der Raum zwischen dem Innen- und dem Außengehäuse mit "Normal"-Luft gefüllt ist. Die erfindungsgemäße Anlage besteht somit insbesondere aus anreihfähigen Schaltfeldern, die die jeweils notwendigen aktiven Bauteile, wie z. B. Lösch­ kammern, Stützelemente, Durchführungen, Sammelschienen usw. enthalten, welcher innere Bereich der Schaltanlage - wie erwähnt - mit SF₆-Gas gefüllt ist.

Die äußere, vorzugsweise aus Metall bestehende Kapse­ lung (äußeres Gehäuse) umgibt die innere Kapselung (inneres Gehäuse) im Abstand a und braucht lediglich staub- und schmutzdicht zu sein. Vorzugsweise ist das innere, die Aktivteile enthaltende Gehäuse baukastenmä­ ßig aufgebaut, d. h. feldweise, wobei die jeweiligen Feldeinheiten vorzugsweise aus zylinderförmigen Wand­ teilen gebildet werden, die über plattenförmige Feld­ trennwände miteinander verbunden sind.

Die Feldtrennwände sind in diesem Fall mit Ausnehmungen versehen, durch die die Sammelschienen ragen, die die einzelnen Felder miteinander verbinden. Die stirnseiti­ gen Endabschlüsse besitzen derartige Ausnehmungen nicht.

In besonders einfacher Weise wird das Innengehäuse durch einen Nut-Feder-Zusammenbau erzielt, bei dem es sich bewährt hat, im Randbereich jeder Trennwand eine umlaufende, vertikal zur Plattenebene offene Nut aus zu­ bilden, die in je einer wulstförmigen, umlaufenden Rippe eingelassen sein kann. Für eine ökonomische Mon­ tage können die Rippen einstückig mit den Trennwänden verbunden sein.

Bei einer üblichen dreifeldigen Anlage besteht das er­ findungsgemäße Innengehäuse dann aus zwei endseitigen Stirnwänden und zwei Zwischenwänden als Feldtrennwände mit Ausnehmungen für den Durchtritt der Sammelschienen.

Ein die Forderung nach einfacher und kostengünstiger Montage erfüllender Aufbau ist dann gegeben, wenn das Innengehäuse vom Außengehäuse getragen wird, und zwar durch mit beiden Gehäusen verbundene Isolierstützer, die für den rundum gewünschten Abstand zwischen beiden Gehäusen sorgen.

Als Werkstoffe für das Innengehäuse kommen Thermopla­ ste, Duroplaste und/oder Gießharze in Frage. Dieser Ab­ stand wird bei der erfindungsgemäßen Hybridisolation so gewählt, daß mit Sicherheit Teilentladungen in diesem Bereich ausgeschlossen sind.

Anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein bevorzug­ tes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Er­ findung nachfolgend näher beschrieben:
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine dreifeldige Anlage mit zwei Kabelfeldern 1 und 2 und einem Transformatorschaltfeld 3. Diese drei Felder 1 bis 3, die durch Anreihung weiterer Schaltfel­ der beliebig erweitert werden können, sind von einem Kunststoff-Innengehäuse 4 umgeben, dessen Aufbau im einzelnen später noch erläutert werden wird. Das Innen­ gehäuse 4 seinerseits ist mit allseitigem Abstand a von einem Außengehäuse 5 aus einem leitfähigen Werkstoff, insbesondere aus Metall umgeben. Das Außengehäuse muß lediglich staub- und schmutzdicht sein, während das In­ nengehäuse 4 gasdicht und mit SF₆-Gas gefüllt ist.

Der gewünschte Abstand zwischen dem Innen- 4 und dem Außengehäuse 5 wird durch mit beiden Gehäusen verbun­ dene, allseitig an verschiedenen Stellen angeordnete Isolierstützer 6 erreicht, wobei die Zeichnung zeigt, daß auch im oberen, luftisolierten Bereich Isolierstüt­ zer 6 angebracht sind, das Innengehäuse 4 also sowohl unterseitig abgestützt als auch oberseitig abgehängt ist.

Die einzelnen Felder 1, 2 und 3 haben einen üblichen Aufbau, so daß hier ihre Einzelteile nur summarisch er­ läutert zu werden brauchen. Jedes Feld 1, 2 und 3 ist mit einem Schaltgestänge (Schalterantrieb) 1a, 2a bzw. 3a ausgerüstet, deren Schaltstangen 1b, 2b bzw. 3b je­ weils in oberseitigen isolierten Führungen 1c, 2c bzw. 3c gelagert sind. Am unteren Ende der Schaltstangen 1b, 2b bzw. 3b befindet sich die Trennstrecke, die jeweils von einer üblichen Löschkammer 1d, 2d bzw. 3d umgeben ist.

Mit 1e, 2e bzw. 3e sind übliche Erder - hier in Form von Messern - bezeichnet, die gestrichelt ihre einge­ legte Position zeigen, während sie sich im Normalbe­ trieb in der durchgezogenen Position befinden. Im unte­ ren Bereich jedes Feldes 1, 2 und 3 befinden sich die Anschlüsse 1f, 2f und 3f für die Verbindungsleitungen, und zwar dienen im dargestellten Beispiel die An­ schlüsse 1f der Energieeinspeisung, während die An­ schlüsse 2f für das abgehende Kabel zur nächsten Schwerpunktstation vorgesehen sind; bei 3f unterhalb des Trafoschaltfeldes 3 sind Hochspannungssicherungen vorgesehen, wobei diese Anschlüsse für die Leitungen zum Verbraucher im luftisolierten Zwischenraum zwischen dem Innengehäuse 4 und dem Außengehäuse 5 liegen.

Die Schaltstangen 1b, 2b bzw. 3b der Schaltgestänge 1a, 2a bzw. 3a sind über Sammelschienen 7 in bekannter Weise miteinander verbunden.

Das Außengehäuse 5 ist bei 8 geerdet.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Innengehäuses 4 ist folgender: Das im Querschnitt rechteckige Innengehäuse ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut und besteht aus mehreren - im vorliegenden Fall drei - zylinderförmigen Kunststoffrohrsegmenten 9, die in fluchtender Lage an ihren einander zugekehrten Stirnseiten über plattenför­ mige Feldtrennwände 11 - hier zwei - miteinander ver­ bunden sind. Die Feldtrennwände 11 besitzen Ausnehmun­ gen 12 für den Durchtritt der Sammelschienen 7. Die Führungen 1c, 2c bzw. 3c sind an den oberen Wandberei­ chen der Segmente 9 angebracht, können jedoch auch ein­ stückig dort mit diesen verbunden sein.

Die stirnseitigen Endabschlüsse des Innengehäuses 4 werden durch zwei ebenfalls plattenförmige, jedoch durchtrittslose Stirnwände 13 gebildet.

Die Verbindung zwischen den einzelnen Wandteilen und Trennwänden wird durch besonders einfache Nutfederver­ bindungen erreicht, und zwar in Form von im Randbereich der Feldtrennwände 11 und der Stirnwände 13 umlaufenden Wulsten 14 mit eingelassenen Nuten, wobei die Wulste 14 bei den Feldtrennwänden 11 beidseitig vorgesehen sind, während sie sich bei den Stirnwänden 13 nur innenseitig befinden; in diese Nuten brauchen die Wandteile 9 zum Zusammenbau des Innengehäuses 4 lediglich eingeschoben zu werden, wie dies die beiliegende Figur deutlich zeigt.

Durch die Trennung des gasdichten Innengehäuses 4 mit der SF₆-Füllung vom äußeren, nicht absolut gasdichten Gehäuse aus Metall oder leitfähigem Werkstoff kann das innere Gehäuse in seiner Dimensionierung auf die beim Betrieb auftretenden Spannungsbeanspruchungen - bezogen auf die Bemessungsspannung des Schalters - begrenzt werden.

Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, daß durch die erfindungsgemäße Hybridisolation eine Anlage geschaffen wird, bei der der äußere, zwischen dem In­ nengehäuse 4 und dem metallischen Außengehäuse 5 gebil­ dete, mit Luft gefüllte Volumenbereich bei richtiger Wahl des Abstandes a aufgrund der Spannungsverdrängung in diesen Bereich hinein durch die unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten zwischen Luft und SF₆-Gas einen Teil der nach den Vorschriften geforderten Isola­ tion übernehmen kann. Gleichzeitig stellt der vorge­ schlagene Aufbau des Innengehäuses aus über Trennwände miteinander verbundenen Zylindersegmenten eine überra­ schende, besonders einfache und ökonomische Lösung dar. Im Ergebnis liegt eine besonders sichere, einfach und kostengünstig zu erstellende sowie in ihren Abmessungen optimierte Anlage vor.

Claims (19)

1. Gasisolierte Schaltanlage, insbesondere mit leitfä­ higem Werkstoff umkleidete, mehrfeldige Lastschalt­ anlage für Mittelspannungsverteilernetze, gekenn­ zeichnet durch eine Hybridisolation.

2. Schaltanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein aktive Schaltteile einschließendes Innengehäuse (4) und ein dieses mit Abstand umgebendes Außengehäuse (5).

3. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Innengehäuse (4) aus Kunst­ stoff und das Außengehäuse (5) aus leitfähigem Werkstoff besteht.

4. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (5) zu­ mindest außenseitig aus Metall besteht.

5. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (4) mit SF₆-Gas gefüllt ist.

6. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Innen- (4) und dem Außengehäuse (5) mit Luft ge­ füllt ist.

7. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch einen Baukastenaufbau des Innen­ gehäuses (4)

8. Schaltanlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch über plattenförmige Feldtrennwände (11) miteinander verbundene zylinderförmige Wandteile (9).

9. Schaltanlage nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Nut-Feder-Zusammenbau.

10. Schaltanlage nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch mindestens eine im Randbereich jeder Trenn­ wand (11) und jeder Stirnwand (13) umlaufende, ver­ tikal zur Plattenebene offene Nut.

11. Schaltanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Nut in je einer wulstförmigen, umlau­ fenden Rippe (14) eingelassen ist.

12. Schaltanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rippen (14) einstückig mit den Trenn­ wänden (11) und den Stirnwänden (13) verbunden sind.

13. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ge­ kennzeichnet durch zwei Stirnwände (13) und minde­ stens eine Zwischenwand als Feldtrennwände (11) für das Innengehäuse (4).

14. Schaltanlage nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Ausnehmungen in den Zwischenwänden (11).

15. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (4) vom Außengehäuse (5) getragen ist.

16. Schaltanlage nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch mit dem Innen- (4) und dem Außengehäuse (5) verbun­ dene Isolierstützer (6).

17. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 16, ge­ kennzeichnet durch ein Innengehäuse (4) aus einem Thermoplast, einem Duroplast und/oder einem Gieß­ harz.

18. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ge­ kennzeichnet durch Hochleistungssicherungen unter­ halb eines Trafofeldes.

19. Schaltanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Hochleistungssicherungen zwischen dem Innen- (4) und dem Außengehäuse (5) im luftiso­ lierten Bereich befinden.