DE2138456A1

DE2138456A1 - Metallgekapselte hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE2138456A1
Application number: DE2138456A
Authority: DE
Inventors: Willi Olsen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-29
Filing date: 1971-07-29
Publication date: 1973-02-08
Also published as: FR2147044A1; DE2138456C3; JPS5755710Y2; JPS5649028U; DE2138456B2; CH546494A; FR2147044B1; US3784771A; JPS5229824B1; GB1383563A

Description

Metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage

Aus der deutschen Patentschrift 955 794 ist eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einem im Innern der Kapselung längs der Kapselungsachse verlaufenden Leiter bekannt, der mit scheibenförmigen Isolatoren gegenüber der Kapselung abgestützt ist. Mit scheibenförmig ist in diesem Zusammenhang gemeint, daß die Isolatoren den Querschnitt der Kapselung an ihrer Stelle vollständig ausfüllen und damit die Kapselung in gas- und flüssigkeitsdicht getrennte Räume unterteilen*. Die Unterteilung dient dazu, durch eine wechselweise Beaufschlagung der Räume die Bewegung eines als bewegliches Schaltstück eines Trennschalters dienenden Leiterteiles zu erreichen* der mit einem beweglichen, scheibenförmigen Isolator an der Innenseite der Kapselung geführt ist. .

Der bewegliche Isolator wirkt als Kolben für das bewegliche . Schaltstück des Trennschalters. Dies ergibt beträchtliche mechanische Beanspruchungen. Zugleich ist er für die volle . Spannung zwischen der üblicherweise geerdeten Metallkapselung und dem Hochspannung führenden Leiter zu isolieren. Diese Aufgabe wird noch dadurch erschwert, daß der an der Kapselung entlang gleitende Kolben durch den unvermeidlichen Abrieb die Oberflächen der Isolierkörper verunreinigen kann*

Aus der deutschen Patentschrift 913 915 ist es zwar auch bekannt, den Schubtrennschalter einer metallgekäpselten Hochspannungsschaltanlage mit einem Ringkolben im Innern der Kapselung zu bewegen. Der Ringkolben verkleinert aber den für die Isolierung zur Verfügung stehenden Abstand zwischen Leiter und Kapselung.

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Bei wieder anderen Anordnungen v/ird ein dreh- oder verschiebbarer Antriebsisolator zum Betätigen des Schalters eingesetzt. Aus der einseitigen Anordnung des Isolators ergeben sich aber Verzerrungen des an sich rotationssymmetrischen koaxialen elektrischen Feldes _f so daß auch hier nicht die optimale dielektrische Festigkeit erreicht werden kann.

Ziel der Erfindung ist eine Anordnung, bei der die im wesentlichen aus Gründen der mechanischen Beanspruchung entstehenden Schwierigkeiten der Anordnung nach der deutschen Patentschrift 955 794 vermieden werden können, ohne" daß eine Verschlechterung der angestrebten, rein rotationssymmetrischen koaxialen Anordnung erforderlich ist. Dieses Ziel läßt sich gemäß der Erfindung durch feststehende Isolatoren und einen dem beweglichen Schaltstück zugeordneten Kolben im Innern des hohl ausgebildeten, als Zylinder wirkenden Leiters erreichen, der durch die Beaufschlagung der Räume mit dem isolierenden Druckmittel gefüllt wird.

Beim Schalter nach der Erfindung wird wie bei dem eingangs genannten bekannten Schalter der durch die scheibenförmigen Isolatoren abtrennbare eine Teil der Kapselung mit dem Druckmittel beaufschlagt. Der Zwischenraum zwischen der Kapselung und dem Leiter dient dabei aber nur als Übertragungsleitung, durch die das Druckmittel in den hohl ausgebildeten Leiter gelangt. Dort erst ist der Kolben für das bewegliche Schaltstück vorgesehen. Der Kolben liegt also nur auf Hochspannungspotential, so daß er vollständig aus Metall hergestellt wer-.den kann. Ein eventuell auftretender Abrieb, der im übrigen wegen des wesentlich geringeren Durchmessers nur unerheblich sein dürfte, spielt dielektrisch keine Rolle, da im Innern des Leiters ein feldfreier Raum vorliegt. Andererseits bleibt_s wie gewünscht, die rein rotationssymmetrische koaxiale An-Ordnung erhalten. Der dafür erforderliche, etwas erhöhte Auf~ wand an Druckgas für die Betätigung des Trennschalters spielt

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insbesondere bei Systemen mit einem geschlossenen Gaskreis, also bei metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen mit einem Zweidruckgasschalter als Leistungsschalter, keine Rolle. Hinzu kommt, daß die Druckunterschiede auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung nur verhältnismäßig klein zu sein brauchen, weil die zum Schalten erforderlichen Kräfte gering sind und weil der Durchmesser des Leiters noch eine durchaus beachtliche Kolbenflache bietet.

Zweckmäßigerweise weist der Kolben eine mit Vorsprüngen unl/ oder Verbindungen im Leiterinneren zusammenwirkende Verrastung, auf. Die Verrastung kann z.B. als unter Federdruck stehende Kugel ausgeführt sein. Sie braucht nur geringe Kräfte zu halten, v/eil es nur darauf ankommt, die Endstellungen des beweglichen Schaltstückes gegen eine durch Erschütterungen oder dergleichen ausgelöste Verschiebung zu sichern; Bei Anordnungen mit einem in vertikaler Richtung beweglichen Schaltstück hat die Verrastung außerdem das Gewicht des beweglichen Schaltstückes aufzunehmen.

Im Leiter und im beweglichen Schaltstück kann man mit Vorteil an einzelnen Stellen korrespondierende Ausnehmungen vorsehen. Dadurch läßt sich die Stellung des Trennschalters' überwachen. Man kann zu diesem Zweck den Ausnehmungen Beobachtungsöffnungen in der Kapselung zuordnen. Ferner kann man durch Strahlungsquellen, insbesondere Lichtquellen, an den Ausnehmungen die Beobachtung der Schaltstellung verbessern. Mit Hilfe der genannten Ausnehmungen läßt sich auch eine automatische Beobachtung zur Steuerung eines Stellungsmeldesignals oder einer Verriegelung erreichen, bei der z.B. durch Lichtquellen und lichtempfindliche Halbleiter eine stellungsabhängige Betätigung von Relais oder Sperriegeln bewirkt wird. Eine andere vorteilhafte AuGführungsform der Erfindung benutzt einen quer zur. Loiterachse/bewegbaren Erdung?;schaltetift zur Verriegelung des Kolbons'in der Ausschaltstellung des Trennschalters.

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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei ist in der etwas vereinfachten Zeichnung eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage in einem Längsschnitt 'durch die Achse gezeichnet.

Die zylindrische, geerdete Metallkapselung 1 ist aus mehreren Abschnitten 2, 3, 4, 5 usw. zusammengesetzt. Die Abschnitte sind mit Flanschen 6 und 7 versehen, die durch Schrauben 8 gasdicht zusammengepreßt werden. Das innere der Kapselung ist zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit mit Schwefelhexafluorid (SFg) unter einem Druck von 1 bis 2 ata gefüllt. Zwischen den Flanschen 6, 7 sitzen scheibenförmige Isolatoren 10, die den als Ganzes mit 11 bezeichneten, in der Achse der Kapselung verlaufenden zylindrischen Hochspannungsleiter tragen. Der Hochspannungsleiter gehört beispielsweise zu einem Drehstromsystem mit 110 oder mehr kV in einphasiger Kapselung.

Im Zuge des Leiters 11 ist ein Trennschalter 12 angeordnet. Der Trennschalter umfaßt ein feststehendes Schaltstück 13, das am freien Ende 14 des Leiters 11 angeordnet ist und mit einer äußeren Abschirmung 15 versehen ist. Für den Stromübergang sind im Innern der Abschirmung federnde Kontaktfinger 16 untergebracht. ■...·"'

Dem feststehenden Schaltstück 13 steht am anderen Ende 17 des Leiters 11 ein Gleitkontakt 18 gegenüber, der ebenfalls eine Abschirmung 19 besitzt und mit Kontaktlamellen 20 versehen ist. Die Kontaktlamellen 20 wirken in¹der dargestellten Ausschaltstellung des Trennschalters mit einem im Innern des Hochspannungsleiters 11 untergebrachten beweglichen .Schaltstift 22 zusammen, das an seinem dem feststehenden Schaltstück 13 abgekehrten Ende einen Kolben 23 aufweist.

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Der Kolben 23 läuft, wie die Figur zeigt, im Innern 24 des Leiters 11, der als Zylinder wirkt. Eine Dichtungsnut 25 im Kolben 23, die einen Rundschnurring o.dgl. aufnehmen kann, ergibt bei Bedarf eine vollständige Abdichtung zwischen KoI-,ben und Zylinder.

Der Kolben 23 enthält ferner eine aus einer Kugel 26 und einer Feder 27 bestehende VerrastungseinricTxtung 28, die mit Ausnehmungen im Innern des Leiters 11 zusammenwirkt,, um den Schaltstift 22 in den Endlagen der Schaltbewegung festzulegen. Z.B. ist die Ringnut 30 der Einschaltsxellung zugeordnet, in der die strichpunktiert gezeichnete Schaltstiftspitze zwischen die Kontaktfinger 16 greift. Für die Ausschaltstellung gibt es eine entsprechende Ringnut bei 31.

Die scheibenförmigen Isolatoren 10, die im Bereich des Trennschalters 12 im einzelnen mit 32, 33 und 34 bezeichnet sind, trennen zwei Räume 35 und 36 gasdicht voneinander* Zu diesen Räumen führen zwei Anschlußstutzen 37 xmd 38 an der Kapselung 1. Dadurch können die Räume 35 und 36 wahlweise mit Schwefelhexafluorid erhöhten Druckes, beispielsweise von 2 bis 4 ata, gefüllt werden.

Wird in der dargestellten Stellung des Schaltstückes 22 im Raum 35 der Druck erhöht, so gelangt das Gas durch Bohrungen 39 im Leiter 11 auf die Rückseite des Kolbens 23 und schiebt, wenn die durch die Verrastung 28 gegebene Haltekraft über-, wunden wird,, den Schaltstift 22 in die strichpunktiert gezeichnete Einschaltstellung. Ein dabei entstehender Abrieb verbleibt im Innern des Leiters 11, also auf Hochspannungspotential, ohne daß die rotationssymmetrische Anordnung, die bei gegebener Spannung die kleinsten örtlichen elektrischen Feldstärken ergibt, irgendwie beeinflußt wird.

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Zum Ausschalten wird das Gas im Raum 35 auf Normaldruck gebracht und der Raum 36 mit Gas erhöhten Druckes gefüllt. Das Hochdruckgas gelangt durch eine Bohrung 46 im Leiter 11.auf die dem feststehenden Schaltstück 13 zugekehrte Seite des Kolbens 23. Wiederum wird durch die Verrastung 28 ein bestimmter Ahfangsdruck erzwungen, bevor sich der Schaltstift 22 in die gezeichnete Ausschaltstellung zurückbewegt. Außerdem ergibt die Verrastung 28 eine vorteilhafte Fixierung der " Endstellungen der Schaltbewegung.

Wie die Figur zeigt, sind am freien Ende 14 des Leiters 11 Ausnehmungen 40 vorgesehen, während am freien Ende 17 entsprechende Ausnehmungen 41 vorhanden sind. Korrespondierend mit den Ausnehmungen besitzt der Schaltstift 22 Ausnehmungen 42 und 43. Ferner ist den Ausnehmungen 40 und 41 an der Kapselung 1 eine mit einem Kapselungsteil 44 und 45 abgedeckte Strahlenquelle 47 und 48 untergebracht, die zu einem strahlenempfindlichen Meßgerät 50 und 51 auf der gegenüberliegenden Kapselungsseite führt.

In der dargestellten Ausschaltstellung kann ein Strahl von 48 nach 51 und von 47 nach 50 gelangen, so daß der Strahlengang als Stellungsmeldung (vollständige Ausschaltung) und zur automatischen Verriegelung des Trennschalters benutzt werden kann. Eine unvollständige Ausschaltung würde sich dadurch bemerkbar machen, daß nur die Strahlung von 48 nach 51 gelangt, nicht aber von 47 nach 50.

Für die Meldung der Einschaltstellung wird die Ausnehmung 43 des Schaltstifes in den Bereich der Ausnehmung 41 gebracht, während die Ausnehmung 40 durch den Schaltstift verschlossen sein muß, wie die strichpunktierte Lage zeigt. Auch hier erhält man also eine eindeutige Stellungsmeldung, die zur Verriegelung mit anderen Schaltern o.dgl. geeignet ist.

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.=. 7 —

Die Ausschaltstellung ist beim Ausführungsbeispiel noch dadurch verriegelt, daß ein quer zur Leiterachse beweglicher Erdungsschaltstift 53 durch eine Abschirmung 54 in eine Nut 55 des. Kolbens 23 greift, wenn dieser die Ausschaltstellung einnimmt. In seiner Ausschaltstellung ist der Erdungssehaltstift 53 vollständig in das an die Kapselung 1 angeflanschte Gehäuse 57 zurückgezogen, so daß das rotationssymmetrische Feld nicht gestört ist. . V '-'.'■

1 Figur

7 Ansprüche

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Claims

Patentansprüche

nnern der Kapselung längs der Kapselungsächse verlaufenden Leiter, der mit einem scheibenförmigen isolator gegenüber der Kapselung abgestützt ist, der die Kapselung in gas- oder -flüssigkeitsdicht getrennte Räume unterteilt, um durch eine wechselweise Beaufschlagung, der Räume mit einem isolierenden Druckmittel die Bewegung eines als bewegliches Schaltstück eines Trennschalters dienenden Leiterteiles zu erreichen, ge- ' kennzeichnet durch feststehende Isolatoren (10) und einen dem beweglichen Schaltstück (22) zugeordneten Kolben (23) im In- ' k nern des hohl atisgebildeten, als Zylinder wirkenden Leiters (11), der duroh die Beaufschlagung der Räume (35, 3S) mit dem isolierenden Druckmittel gefüllt wird»

2. Metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) eine mit Vor-Sprüngen und/oder Vertiefungen (30, 31) im Leiterinneren zu*' ssmmenwirkende Verrastung. (28) aufweist.

3» Metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Leiter (11) und im be** . weglichen Schaltstück (22) an einzelnen stellen korrespondierende Ausnehmungen (40 bis 43)' vorgesehen sind»

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4* Metallgekapselt©- Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch

3, dadurch.gekennzeichnet, daß den Ausnehmungen (40 bis 43) Beöabachtungsöffnungen in der Kapselung (1) zugeordnet sind.

5> Metallgekapselte Hoehspannungsschaltanlage nach Anspruch 3 öder 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausnehmungen (40 bis 43) Strahlungsquellen (47* 48), insbesondere Lichtquellen, zugeordnet sind*

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6. Metallgekapselte Hochspannung^schaltanlage nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine automatische Beobachtung zur Steuerung eines Stellungsmeldungssignals oder einer Verriegelung. , ! "

7. Metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage nach .Anspruch oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) in der Ausschaltstellung durch einenErdungsschaltstift (53) verriegelt ist, der quer zur Leiterachse bewegbar ist.

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L e e r s e i t e