DE2429158A1

DE2429158A1 - Encased HV switch gear with hollow current lines - are inside casing and carry coolant driven round loop containing condenser and heat exchanger

Info

Publication number: DE2429158A1
Application number: DE2429158A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Gorzolla
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-06-18
Filing date: 1974-06-18
Publication date: 1976-01-08
Also published as: CH589369A5

Abstract

The encased h.v. switch gear has hollow coils inside its casing carrying the coolant. The coolant is driven around a cooling loop by pumps (7) and passes through a heat exchanger (8) and an expansion chamber (9). Each current line has its own cooling loop and pump. The condenser is connected to the highest point in the loop via an S-bend (6). The S-bend has a glass vessel (10) at its top which is connected to a pressure-release valve (11). Driving coolant through hollow current lines allows the switch gear to carry higher currents for longer than would be advisable without such cooling.

Description

Vollgekapselte Hochsnannungsschaltanlage Die Erfindung betrifft eine vollgekapselte Hochspannungsschalt anlage mit Sammelschienen, bei denen in einem geschlossenen Gehäuse stromführende Leiter angeordnet sind. Fully encapsulated high-voltage switchgear The invention relates to a fully encapsulated high-voltage switchgear with busbars in which in one closed housing current-carrying conductors are arranged.

Die Bedeutung vollgekapselter Schaltanlagen hat insbesondere in der Hochspannungstechnik in den letzten Jahren stark zugenommen.The importance of fully enclosed switchgear has especially in the High voltage technology has increased significantly in recent years.

Ausschlaggebend hierfür war nicht zuletzt der geringe Platzbedarf von nur 10 bis 15 % des Volumens herkömmlicher Schaltanlagen. Ständig steigende Leistungsforderungen haben zunächst zu Erhöhungen der Ausschaltleistung der Leistungsschalter solcher vollgekapselter Hochspannungsschaltanlagen geführt; bezogen auf den Dauerstrom sind den einzelnen Anordnungen infolge der auftretenden Erwärnung jedoch enge Grenzen gesetzt.The decisive factor here was not least the small amount of space required from only 10 to 15% of the volume of conventional switchgear. Constantly increasing Performance demands initially have to increase the breaking capacity of the circuit breakers such fully encapsulated high-voltage switchgear led; based on the continuous current However, there are narrow limits to the individual arrangements as a result of the heating that occurs set.

Bei mehrfeldrigen Anlagen kann man davon ausgehen, daß die Sammelschiene die höchste Dauerstrombelastung zu tragen hat. Man hat bereits versucht, die Belastbarkeit der Sammelschienen bis zur maximal zulässigen Übertemperatur durch Reduzierung des Wechselstromwiderstandes sowie durch geeignete Abmessungen und Wahl der verwendeten Materialien zu erhöhen. Will man die Vorteile des geringen Platzbedarfs insbesondere von SF6-Gas-isolies -ten Schaltanlagen voll ausnutzen, dann sind einer Variation der Abmessungen engste Grenzen gesetzt.In the case of multi-bay systems, it can be assumed that the busbar has to bear the highest continuous current load. One has already tried the resilience of the busbars up to the maximum permissible overtemperature by reducing the AC resistance as well as through suitable dimensions and choice of the ones used Increase materials. If you want to take advantage of the small footprint in particular of SF6 gas-insulated switchgear, then there is a variation The strictest limits are set for the dimensions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vollgekapselte Hochspannungsschaltanlage zu schaffen, deren Sammelschiene mit einem höheren Dauerstrom belastet werden kann, als es bisher möglich ist, ohne daß dies zu einer Erhöhung des Platzbedarfs der Schaltanlage führen würde.The invention is therefore based on the object of a fully encapsulated To create high-voltage switchgear whose busbar has a higher continuous current can be burdened than it was previously possible without this leading to an increase the space required the switchgear.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer vollgekapselten Hochspannungsschaltanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die stromführenden Leiter hohl sind und von einem Kühlmittel durchflossen werden.According to the invention, this object is achieved in a fully encapsulated high-voltage switchgear of the type mentioned in that the current-carrying conductors are hollow and a coolant flows through it.

Es ist zwar an sich bekannt, elektrische Leiter dadurch zu kühlen, daß sie hohl bzw. rohrförmig ausgebildet und von innen gekühlt werden. Eine derartige Kühlung hat jedoch bislang nur im Nieder- und Mittelspannungsbereich Verwendung gefunden. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, eine solche Kühlung im Hochspannungsbereich einzusetzen und dadurch bei einem unerheblichen Mehr an Platzbedarf eine große Steigerung der Strombelastbarkeit zu erzielen.It is known per se to cool electrical conductors by that they are hollow or tubular and cooled from the inside. Such a one However, cooling has so far only been used in the low and medium voltage range found. With the invention it is possible for the first time to have such a cooling in the high voltage range and thus a large increase with an insignificant more space requirement to achieve the current carrying capacity.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprechen enthalten.Advantageous further developments of the invention are given in the sub-responses contain.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Figuren.Further features and advantages of the invention emerge from the following Description of exemplary embodiments in conjunction with the accompanying figures.

Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gekapselten Sammelschiene mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem, Fig. 2 eine Ausführungsform eines Isolators im Deckel der Sammelschiene zur Einführung bzw. zum Auslaß des Eühlmittis Fig. 3 eine Ausführungsform eines Stützisolators zum Einführen bzw. zum Auslaß des Kühlmittels und Fig. 4 eine Ausführungsform einer Kupplung zum Ausgleich der Wärmedehnung der stromführenden Leiter.The figures show: FIG. 1 a schematic representation of an encapsulated Busbar with the cooling system according to the invention, FIG. 2 shows an embodiment an insulator in the cover of the busbar for the introduction or outlet of the Eühlmittis Fig. 3 shows an embodiment of a post insulator for the introduction or outlet of the Coolant and FIG. 4 shows an embodiment of a coupling to compensate for the thermal expansion the live conductor.

Fig. 1 zeigt eine Sammelschiene, die Teil einer Hochspannungsschaltanlage ist und über nicht dargestellte Anschlußflansche z.B.Fig. 1 shows a busbar which is part of a high-voltage switchgear and via connecting flanges, not shown, e.g.

mit Hochspannungsschaltern verbunden ist. In dem Gehäuse 1 der Sammelschiene laufen Xdrei Phasenleiter 5, die erfindungsgemäß rohrförmig ausgebildet und an ein KUlilsystem angeschlossen sind. Das Gehäuse 1 ist völlig abgeschlossen, was nur auf einer Seite durch einen Deckel 2 dargestellt ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse 1 mit einem Isoliergas, insbesondere SF6, gefüllt, das eine Isolierung der stromführenden Leiter 5 untereinander und gegenüber dem Gehäuse bewirkt.connected to high voltage switches. In the housing 1 of the busbar X three phase conductors 5, which according to the invention are tubular and are connected to KUlilsystem are connected. The housing 1 is completely closed, what only is represented on one side by a cover 2. Preferably the housing is 1 filled with an insulating gas, in particular SF6, which insulates the current-carrying Conductor 5 causes each other and with respect to the housing.

Zur Abführung der bei hoher Strombelastung in den stromfUhrenden Leitern 5 entstehenden Verlustwärme sind diese hohl bzw.For discharging the high current load in the current-carrying conductors 5 resulting heat loss, these are hollow or

rohrförmig ausgebildet und werden von einem Kühlmittel durchströmt. Bei dem Kühlmittel handelt es sich vorzugsweise um ein Isolieröl. Das Isolieröl tritt über einen noch näher zu beschreibenden Stützisolator 3a oder einen Isolator 3 im Deckel 2 der Sammelschiene in die stromführenden Leiter ein. Es nimmt dort die Verlustwärme auf und verläßt die stromführenden LeiterS an einer anderen Stelle wiederum durch einen Stützisolator 3a oder einen Isolator 3. Umwälzpumpen 7 sorgen dafür, daß das Isolieröl in einem Kreislauf zirkuliert. Das erwärmte Isolieröl gelangt in einen Kühler 8, gibt dort die aufgenommene Wärme wieder ab, um dann erneut in die stromführenden Leiter 5 zu gelangen. An der höchsten Stelle des Kühlsystems ist über einen S-förmigen Doppelbogen 6 ein Ausdehnungsbehälter 9 angeschlosseri, durch den infolge thermischer Ausdehnung abfließende Ölmengen aufgefangen werden. An der höchsten Stelle im ersten Bogen des S-förmigen Doppelbogens 6 befindet sich ein Glasbehälter 10, der als Leckanzeige dient. Falls durch irgendeine Undichtigkeit Isoliergas in den Kühlkreislauf gelangt würden in dem Glasbehälter 10 Gasblasen aufsteigen, die mittels eines Ablaßhahnesn abgelassen werden könnten. Damit im Falle einer solchen tUndichtigkeit Gas in den Kühlkreislauf gelangt und nicht umgekehrt, ist es vorteilhaft, wenn der höchst zulässige Kühlmitteldruck unter dem Mindestdruck des Isoliergases liegt.tubular and a coolant flows through it. The coolant is preferably an insulating oil. The insulating oil occurs via a post insulator 3a or an insulator to be described in more detail 3 in the cover 2 of the busbar into the current-carrying conductor. It takes there the heat loss and leaves the current-carrying conductor S at another point again by means of a support insulator 3 a or an insulator 3 for the insulating oil to circulate in a circuit. The heated insulating oil arrives in a cooler 8, there releases the absorbed heat again to then again in the current-carrying conductor 5 to arrive. At the highest point in the cooling system an expansion tank 9 is connected via an S-shaped double bend 6, by which the amount of oil flowing off as a result of thermal expansion is collected. At the highest point in the first arch of the S-shaped double arch 6 is located a glass container 10, which serves as a leak indicator. If by any leak Insulating gas would get into the cooling circuit in the glass container 10 gas bubbles rise, which could be drained by means of a drain cock. So in case such a leak Gas enters the cooling circuit and not the other way around, it is advantageous if the maximum permissible coolant pressure is below the minimum pressure of the insulating gas.

Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, daß die stromfUhrenden Leiter 5 in bzw. an den Stützisolatoren 3a bzw. Isolatoren > die für eine Durchleitung des Kühlmittels ausgebildet sind, ohne Bewegungsmöglichkeit starr gelagert sind. Zum Ausgleich der thermischen Längendehnung der stromführenden Leiter 5 sind diese daher zwischen zwei Festpunktlagerungen vorteilhafterweise getrennt und mittels einer elastischen Kupplung 4, die anhand von Fig. 4 noch näher erläutert wird, verbunden. Von den Kupplungen können je nach Bedarf eine oder mehrere in jedem zweiter 5 zwischen zwei starren Lagerungspunkten.vorgesehen sein.From Figures 2 and 3 it can be seen that the current-carrying conductors 5 in or on the post insulators 3a or insulators> those for a passage of the coolant are formed, are rigidly mounted without the possibility of movement. To compensate for the thermal elongation of the current-carrying conductors 5, these are therefore advantageously separated between two fixed point bearings and by means of an elastic coupling 4, which will be explained in more detail with reference to FIG. 4, connected. Depending on requirements, one or more of the clutches can be used in every second 5 between two rigid mounting points.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines für die Zu- und Abführung von Kühlmittel geeigneten Isolators 3 im Deckel 2 einer Sammelschiene. Der Isolator 3 ist mittels eines Gewindes 14 oder auf andere Weise mit einem Ende des robförmigen Leiters 5 verbunden. Eine oder mehrere Dichtungen 13 sorgen dafür, daß die Verbindung von Leiter und Isolator isoliergas- und kühlmitteldicht wird. Eine Abschirmung 12 dient dazu,Uberhöhungendes elektrischen Feldes an der Übergangs stelle zwischen Isolator und Leiter zu vermeiden. Der Isolator ist zur Durchleitung des Kühlmittels innen ebenfalls hohl bzw. mit einer Bohrung versehen. Der Isolator 3 ist mit dem Deckel 2 verschraubt, wobei ein Druckring 16 im Zusammenhang mit einer Dichtung 15 für eine gleichmäßige und sichere Abdichtung sorgt. Eine Befestigungsarmatur 18 dient für den Anschluß eines Rohres, Schlauches oder dergleichen zur Zu- bzw. Abführung des Kühlmittels und ist durch einen Dichtring 17 abgedichtet.Fig. 2 shows schematically the structure of a feed and discharge of coolant suitable insulator 3 in the cover 2 of a busbar. The isolator 3 is by means of a thread 14 or in some other way with one end of the rob-shaped Conductor 5 connected. One or more seals 13 ensure that the connection of the conductor and the insulator becomes insulating gas and coolant tight. A shield 12 serves to increase the electric field at the transition point between Avoid insulator and conductor. The isolator is for the passage of the coolant inside also hollow or provided with a hole. The isolator 3 is with the Cover 2 screwed, with a pressure ring 16 in connection with a seal 15 ensures an even and secure seal. A mounting fitting 18 is used to connect a pipe, hose or the like for supply or Discharge of the coolant and is sealed by a sealing ring 17.

In Fig. 3 ist ein Stützisolator 3a dargestellt, der zum Einsatz kommt, wenn das Kühlmittel senkrecht zur Achse der stromführenden Leiter 5 zu- bzw. abgeführt werden soll. Der Stütsisolator 3a besitzt einen in Richtung seiner Achse verlaufenden Kühlmittelkanal 20, der im unteren Ende in einen Ringkanal 20a mündet.In Fig. 3, a post insulator 3a is shown, which is used, when the coolant is supplied or discharged perpendicular to the axis of the current-carrying conductor 5 shall be. The support insulator 3a has a running in the direction of its axis Coolant channel 20 which opens into an annular channel 20a at the lower end.

Auf der Höhe dieses Ringkanals 20a ist der Leiter 5 senkrecht zum Kühlmittelkanal 20 durch den Stützisolator 3a durchgeführt.At the level of this annular channel 20a, the conductor 5 is perpendicular to Coolant channel 20 passed through the post insulator 3a.

Im Bereich des den Leiter 5 umspannenden Ringkanals 20a besitzt der Leiter 5 am Umfang verteilte Bohrungen 19, so daß das Innere des rohrförmigen Leiters 5 mit dem Kühlmittelkanal 20 des Stützisolators 3a in Verbindung steht.In the area of the ring channel 20a spanning the conductor 5, the Head 5 bores 19 distributed around the circumference, so that the interior of the tubular conductor 5 communicates with the coolant channel 20 of the post insulator 3a.

Die Befestigung und Abdichtung zwischen dem Leiter 5 und dem Stützisolator 3a ist symmetrisch zur Achse des Kühlmittelkanals 20, so daß nur die eine Seite beschrieben zu werden braucht. Das Abdichten übernehmen eine oder mehrere Dichtungen 21, die bei der Befestigung zunächst eingesetzt werden. Als nächstes folgt eine Druckplatte 23. In einer Nut 27 in dem Leiter 5 befindet sich ein geteilter und mit Gewindebohrungen versehener Druckring 25, so daß mittels der Schrauben 26 die Druckplatten 23 von beiden Seiten des Stützisolators 3a gleichmäßig gegen diesen verspannt werden können. Ein Abschirmring 24 dient wieder dazu, Feldüberhöhungen zu vermeiden. Er kann vorteilhafterweise durch eine Einbuchtung 22 in der Druckplatte 23 und eine entsprechende Formgebung fixiert werden, wie es aus der Fig. 3 zu erkennen ist Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Kupplung 4, die dazu dient, aufgrund thermischer Ausdehnung bewirkte Längenänderungen der stromführenden Leiter 5 auszugleichen. Zu diesem Zweck sind zwei Leiterabschnitte mittels eines Faltenbalges 28 miteinander verbunden. Der Faltenbalg kann aus Metall bestehen und selbst leitend sein oder aus irgendeinem nicht leitenden Material, wie z.B.The fastening and sealing between the conductor 5 and the post insulator 3a is symmetrical to the axis of the coolant channel 20, so that only one side needs to be described. Sealing is done by one or more seals 21, which are initially used for fastening. Next up is one Pressure plate 23. In a groove 27 in the conductor 5 there is a split and with threaded holes provided pressure ring 25, so that by means of the screws 26 the Pressure plates 23 from both sides of the post insulator 3a evenly against this can be braced. A shielding ring 24 is again used to counteract excessive increases in the field to avoid. It can advantageously through an indentation 22 in the pressure plate 23 and a corresponding shape can be fixed, as can be seen from FIG. 3 Fig. 4 shows an embodiment of the coupling 4, which is used due to thermal Expansion to compensate for changes in length of the current-carrying conductors 5. For this purpose, two conductor sections are connected to one another by means of a bellows 28 tied together. The bellows can be made of metal and even be conductive or of any non-conductive material, e.g.

Gummi. Bei der Materialauswahl für den Faltenbalg 28 muß nur darauf geachtet werden, daß er sowohl gegen das KUhlmittel als auch gegen das Isoliergas resistent ist. Der Faltenbalg kann an Flanschen mit den Leitern 5 verschraubt sein, wobei Dichtringe 29 die Abdichtung übernehmen. Auch diese Abdichtung muß sowohl kühlmittel- als auch isoliergasfest sein.Rubber. When choosing the material for the bellows 28 got to just make sure that it is against both the coolant and the Insulating gas is resistant. The bellows can be screwed to the conductors 5 on flanges be, with sealing rings 29 take over the seal. This seal must also be both be coolant and insulating gas resistant.

Je nach Material des Faltenbalges 28 wären möglicherweise noch Druckringe zur gleichmäßig dichten Befestigung an den Leitern 5 erforderlich.Depending on the material of the bellows 28, pressure rings could also be used required for evenly tight fastening to the conductors 5.

Ein in der Fig. 4 nur durch Kontaktfinger angedeuteter, aus Montagegründen zweckmäßig geteilter Kontaktkorb 31 überträgt den Strom von dem einen Leiterabschnitt zu dem anderen. Der Kontaktkorb 31 greift in eine Nut 30 am Umfang des einen Leiterabschnittes ein, wodurch eine Sicherung gegen ein Verschieben des Kontaktkorbes erzielt wird. Eine die ganze Kupplung umschließende, zweckmäßigerweise geteilte Abschirmhaub2umschließt aus den bereits erwähnten Gründen die gesamte Kupplung.One indicated in FIG. 4 only by contact fingers for assembly reasons Appropriately divided contact basket 31 transmits the current from one conductor section to the other. The contact basket 31 engages in a groove 30 on the circumference of one conductor section a, whereby a safeguard against displacement of the contact basket is achieved. An expediently divided shielding hood 2 enclosing the entire coupling the entire clutch for the reasons already mentioned.

Die bekannten Isolatoren und Stütz isolatoren sind hauptsächlich nach den Gesichtspunkten eines möglichst günstigen Verlaufes des elektrischen Feli sowie hoher mechanischer Festigkeit und Tragfähigkeit konzipiert. Zur Ein- und Ausleitung von Kühlmittel sind sie jedoch nicht geeignet. Gleiches gilt für die bekannten Sammelschienenleiterkupplungen, über die auch kein Kühlmitteltransport stattfinden kann, sondern die lediglich als stromführende Kontakte zum Ausgleich thermischer Längenausdehnung dienen. Im Gegensatz hierzu sind in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung Isolatoren, Stützisolatoren und Kupplungen geschaffen worden, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnen und neben der Erfüllung der elektrischen und Imechanischen Anforderungen auch für die Ubertragung von Kühlmittel geeignet sind.The known isolators and support isolators are mainly based on the aspects of the most favorable possible course of the electrical field as well as designed with high mechanical strength and load-bearing capacity. For entry and exit however, they are not suitable for use with coolants. The same applies to the well-known busbar couplings, via which no coolant can be transported, but only as Live contacts are used to compensate for thermal linear expansion. In contrast for this purpose, in an advantageous development of the invention, insulators, post insulators and couplings have been created, which are characterized by a simple structure and in addition to meeting the electrical and mechanical requirements, also for the transfer of coolant are suitable.

II.

Claims

Patent claim 3 Fully encapsulated high-voltage switchgear with busbars, in which current-carrying conductors are arranged in a closed housing, thereby characterized in that the current-carrying conductors (5) are hollow and of a coolant are flowed through.

2. High-voltage switchgear according to claim 1, characterized in that that the coolant is an insulating liquid.

3. High-voltage switchgear according to one of claims 1 or 2, characterized characterized in that a forced circulation cooling with at least one for the coolant Circulation pump (7), with at least one cooler (8) and at least one expansion tank (9) is provided.

4. High-voltage switchgear according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that only particularly heat-loaded current-carrying conductors (5) one Busbar or particularly heat-loaded sections of a current-carrying conductor are traversed by a coolant.

5. High-voltage switchgear according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that in many plants several cooling systems per busbar are provided.

6. High-voltage switchgear according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the expansion tank (9) at the highest point of the cooling system is connected via an S-shaped double arch, in the first arch of which at the highest point there is a glass container (10) with a æ drain cock (11) owns.

7. High-voltage switchgear according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that when using insulating gas to isolate the switchgear the pressure of the coolant is lower than that of the insulating gas.

8. High-voltage switchgear according to one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the supply and discharge of the coolant through insulators (3) in the Busbar cover (2) and / or via post insulators (3a) takes place.

9. High-voltage switchgear according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the hollow current-carrying conductors (5) in the coolant supply and discharge serving insulators (3, 3 a) are rigidly mounted and between two rigid bearings have a flexible coupling (4).

10. High-voltage switchgear according to claim 9, characterized in that that the coupling (4) has a bellows (28).

11. High-voltage switchgear according to claim 10, characterized in that that the electrical connection between the coupled by means of the bellows (28) Ends of a current-carrying conductor is made by a contact basket (31).