DE2523245A1

DE2523245A1 - Schnellerdungsvorrichtung fuer metallgekapselte hochspannungsanlagen

Info

Publication number: DE2523245A1
Application number: DE19752523245
Authority: DE
Inventors: Richard Thaler
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1974-06-13
Filing date: 1975-05-26
Publication date: 1976-01-02
Also published as: US3962605A; CH564866A5; DE2523245C2; AT335004B; ATA327375A

Description

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ί P. MA11975

Sprecher & Schuh AG-, 5001 Aarau

Schnellerdungsvorrichtung für metallgekapselte Hochspannungsanlagen

Die Erfindung betrifft eine Schnellerdungsvorrichtung für metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen mit einem durch Zünden einer Treibladung aus seiner Ruhelage in seine Erdungslage zur elektrischen Verbindung der Kapselung mit einem darin gekapselten Leiter vorschiebbaren Erdungsbolzen.

Bei metallgekapselten Hochspannungsanlagen, die insbesondere mit SiV als Isoliergas unter Druck gefüllt sind, kann beim Auftreten von Lichtbogen zwischen Leiter und Kapselung eine rasche Erwärmung und Gasausdehnung zum Bersten der Kapselung

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führen. Barüberhinaus kann bei genügend langem Brennen des · Lichtbogens die Anlage auch sonst bis zur Zerstörung beschädigt werden. In jedem Falle ist für Mensch und Anlage Gefahr vorhanden, die abgewendet werden muss. Um das Bersten der Kapselung zu vermeiden, hat man bisher durch Berstmembranen Ueberdrucksicherungen vorgesehen. Zum Löschen von Lichtbögen hat man das rasche Abschalten des Stroms bzw. eine Schnellerdung angestrebt. Im Falle von Berstmembrahen wurde zur Steuerung von Schaltvorgängen vorgeschlagen, den Druckabfall und/oder das Bachströmen von Gas aus Vorratsbehältern zur Auslösung der Schaltvorgänge einzusetzen. Dabei müssen so grosse Verzögerungen in Kauf genommen werden, dass die Anlage zufolge Weiterbrennen des Lichtbogens schwer Schaden leidet. Zudem ist dabei wegen des Berstens der Membran der mindestens teilweise Verlust der Gasfüllung in Kauf zu nehmen. Ein wirksamer voller Schutz des Bedienungspersonals kann nicht gewährleistet werden.

Zusätzlich zur Berstmembranensicherung ist auch vorgeschlagen worden, den bei Lichtbögen auftretenden erhöhten Strom zum Auslösen von Schaltvorgängen zu benützen. Ist der Gesamtstrom aber im Nennstrombereich, so tritt trotz Lichtbogen keine Schaltung auf. Doch selbst wenn der Hennstrom überschritten wird, ist ein Ansprechen der Schalter kritisch, da deren Ansprechzeit naturbedingt nicht so kurz sein darf, dass eine ■ Schaltung schon bei kurzen Ueberstromstössen erfolgt. Das

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Schalten erfolgt also zu spät, um Lichtbogenschäden wirks.am zu vermeiden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Soll-Lichtbogenstellen in der Anlage'einzuplanen, an denen der Lichtbogen eine Berstmembran zerstört und eine sofortige Löschung dadurch angestrebt wird, dass die eine Elektrode durch das ausströmende Gas von der anderen Elektrode entfernt wird. Das Abschalten oder Erden der Anlage wird in bereits beschriebener Weise, d.h. mit Verzögerung vorgenommen. Es ist fragwürdig, ob so ein Löschen des Lichtbogens erfolgt. Ausserdem wird der Nachteil nicht behoben, dass das Gas aus der Anlage ausströmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche es gestattet, möglichst ohne Berstmembranen und Gasverlust auszukommen und einen Lichtbogen so rasch zu löschen, dass eine Anlagebeschädigung und eine Gefährdung des Bedienungspersonals vermeidbar ist, ohne dass deswegen die Ansprechzeiten der normalen Leistungsschalter beeinflusst werden müssten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Sehne llerdungsvorrichtur.? der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Druckanstieg in der Schaltanlage auslösbare Zündvorrichtung für die Treibladung vorgesehen ist·.

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Dadurch, dass eine durch Druckanstieg in der Schaltanlage auslösbare Zündvorrichtung vorgesehen ist, kann im Gegensatz zu den bisherigen Vorrichtungen, "bei denen der Druckabfall oder das Nachströmen von Ersatzgas in der Folge des Druckabfalls einen Schaltvorgang auslöste, eine zeitliche Vorverlegung des Schaltvorgangs bewirkt werden.

Die Verwendung einer Treibladung zum Vorschieben des Erdungsbolzens hat den Vorteil, dass, im Gegensatz zu den naturbedingt grossmassigen Federkraftspeichern, eine feinere Abstimmung der Auslösecharakteristik und ein rascheres Ansprechen möglich ist. Eine relativ kleine Treibladung kann ja bereits die grossen erforderlichen Schaltkräfte aufbringen, für die ein hinsichtlich Masse und Volumen bedeutend grösserer Federkraftspeicher erforderlich wäre. Das Zünden der Treibladung kann mittels eines kleinen, einfachen Federkraftspeichers erfolgen, da hierfür eine geringe Kraft ausreicht. Ein so kleiner Federkraftspeicher kann vorteilhaft leicht auslösbar sein. Die kleinen beweglichen Massen sprechen dann zudem mit weniger Verzögerung an.

Wird in bevorzugter Weise die Druckdifferenz zwischen zwei miteinander durch eine Ausgleichsöffnung gasleitend verbundenen Räumen für den Auslösevorgang abgetastet, wobei der

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eine Raum mit dem Inneren der Anlage gasleitend verbunden ist, so kann man auch die Geschwindigkeit des Druckanstiegs in der An3.age berücksichtigen. Man kann die Ausgleichsöffnung der beiden Räume so kalibrieren, dass eine Gasausdehnung zufolge normaler Erwärmung ausgeglichen wird, ohne dass Schaltung erfolgt, während ein rascher Druckanstieg zufolge Lichtbogens nicht schnell genug ausgeglichen würde und ein Ansprechen der Auslösung zur Folge hätte. Die Druckdifferenz kann vorzugsweise durch einen Kolben in Bewegung umgesetzt werden, der die beiden Räume trennt. Es kann aber auch ein zwischen den Räumen angeordnetes Ueberdruckventil zur Auslösung der Zündung der Treibladung dienen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Auslösung dadurch erfolgen kann, dass ein den Kolben mit einem Zündbolzen, der unter der Wirkung einer gespannten Feder steht, verbindender Reissfaden, durch die überdruckbedingte Kolbenbewegung zerrissen wird. So lässt sich eine hervorragende Genauigkeit der Vorrichtung einfach erreichen und vermeiden, dass bei Federkraftspeichern sonst übliche bewegliche Vorrichtungsteile, wie Klinken und dergleichen, benötigt werden, deren Funktion kaum sicher beherrschbar ist, wenn der Aufwand in vernünftigen Grenzen bleiben soll.

Die Möglichkeit einer einfachen Bauweise führt dazu, dass die Vorrichtung so billig herstellbar ist, dass sie an jedem gefährdeten Leitungsabschnitt vorgesehen werden kann,

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wodurch eine optimale Sicherung erreicht werden kann. Da somit .lange Gassäuleη vermieden werden können, ist eine weitere Steigerung der Ansprechgeschwindigkeit möglich. Zudem ist auch die Nähe der Erdungsstelle bezüglich des Lichtbogens vorteilhaft.

Bei der genannten bevorzugten Bauweise ist ausserdem die einfache mechanische Auslösung der Zündung, die dabei direkt vom Druckanstieg zufolge Lichtbogens betätigbar ist, vorteilhaft, weil keine von der Stromstärke des Lichtbogens abhängigen Punktionen elektromechanisch in Bewegung umgewandelt werden brauchen, so dass auch hieraus ein rasches Ansprechen resultieren kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher besprochen werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Abschnitt einer gekapselten Leitung mit

Schnellerdungsvorrichtung in schematischer Ansicht, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die in Fig. 1 angedeutete Schnellerdungsvorrichtung, gegenüber Fig. 1 ver-

grössert, und
Fig. 3 in blockdiagrammartiger Darstellung verschiedene Phasen einer mit der Vorrichtung nach Fig. 2 vor- · genommenen Schnellerdung.

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Der in Fig. 1 gezeigte Leitungsabschnitt weist einen in üblicher Weise durch nicht ersichtliche Isolatoren zentral in der geerdeten metallenen Kapselung 1 gehaltenen rohrförmigen Hochspannungsleiter 2 auf, wobei die Kapselung 1 in üblicher V/eise gedichtet und mit SF,- gefüllt ausgeführt zu denken ist.

Eine Schnellerdungsvorrichtung 3 ist (vgl. auch Fig. 2) an einer dafür vorgesehenen Anschlussstelle auswechselbar an der Kapselung 1 mittels Schrauben 4 unter Zwischenschaltung geeigneter Dichtungen 5 befestigt. Der im zylindrischen Mantel 6 der Erdungsvorrichtung 3 geführte durchgehend hohle Erdungsbolzen 7 kann durch ein entsprechendes Loch 8 in die Kapselung 1 vorgeschoben und in ein als Gegenkontakt dienendes kleineres Loch 2' des Leiters 2 eingedrückt werden, um zwischen Leiter 2 und Kapselung 1 Erdschluss herzustellen. Um den Erdungsbolzen 7 in seiner in Fig. 2 gezeichneten Ruhestellung (die auch in Kolonne A der Fig. 3 festgehalten ist) zu siehern, und um zwischen 'Erdungsbolzen 7 und Mantel 6 der Erdungsvorrichtung 3 einen guten Kontakt zu schaffen, ist ein Haltering aus geeignetem Metall in entsprechende nicht gesondert bezeichnete Ringnuten des Mantels 6 und Erdungsbolzens 7 eingesetzt.

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In Pig. 2 sieht man unterhalb des Erdungsbolzens 7, an einer Schulter 10 der Innenseite des Kanteis 6 durch Presssitz gehaltert, eine als Pfropfen dienende Scheibe 11, welche am Rand ringsum von Bohrungen 12 durchsetzt ist, welche den hinter dem Pfropfen ii befindlichen Raum 13 mit der Bohrung 7^! des Erdungsbolsens 7 und somit mit dem Hohlraum 1' zwischen Leiter 2 und Kapselmag 1 in Ruhestellung gasleitend verbinden. An seinem in Fig. 2 unteren Ende ist der Raum 13 durch ein mit dem Mantel 6 fest verbundenes Widerlager 14 begrenzt. Der Raum unterhalb des Widerlagers 14 ist generell mit 15 bezeichnet und durch Bohrungen 16 des Widerlagers 14 mit dem Raum 13 gasleitend verbunden.

An der Unterseite der Scheibe 11 ist eine Patrone 17 mit Treibladung 18 und Zündkapsel 19 angebracht. Ebenfalls an der Unterseite der Scheibe 11 ist das eine Ende der Zug-Schrauben-Feder 20 verankert. Das andere Ende der Feder 20 ist mit dem unteren Ende des Schlagbolzens 21 verbunden, dem die Feder 20 ausserdem als Längsführung dient. Die Feder 20 ist in der in Fig. 2 dargestellten Stellung gespannt. Der Schlagbolzen 21 ist am einen Ende eines (z.B. durch einen Draht gebildeten) Reissfadens 22 befestigt, der durch ein Loch des Widerlagers 14 geführt ist und dessen anderes Ende an einem im Raum 15 sitzenden Kolben 23 befestigt ist. In der in Fig. 2 gezeichneten Ruhestellung hängt der Schlagbolzen 21 an dem,ihn mit dem Kolben 23 verbindenden Faden 22, so dass der Kolben 23

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an der unteren Fläche des Widerlagers 14 bei durch die Feder gespanntem Reissfaden 22 anliegt. Der Kolben 23 hat eine Höhlung 24, die durch die Bohrungen 16 mit dem Hohlraum 13 in Verbindung steht. Die Höhlung 24 steht durch eine enge kalibrierte Ausgleichsbohrung 25 des Kolbenbodens mit dem darunter befindlichen, vom Kolben nicht beanspruchten Teil des Raumes (in dem der Kolben 23 verschieblich sitzt) in Verbindung.

Allmähliche Druckveränderungen (z.B. zufolge Schwankung der Umgebungs-Temperatur) können daher auf dem Wege durch die Bohrung 7', die Bohrungen 12, den Raum 13, die Bohrungen 16, die Höhlung 24 und die Bohrung 25 zwischen den Räumen 1' und •ausgeglichen werden. Tritt nun aber in der Folge eines Lichtbogens zwischen der Kapselung 1 und dem Leiter 2 ein rascher Druckanstieg im Hohlraum 1' auf, so vermag sich zwar der Druckanstieg rasch durch die relativ grossflächigen Querschnitte der Bohrung 7¹, der Bohrungen 12, des Raumes 13 und der Bohrungen bis zur Höhlung 24 des Kolbens 23 fortzupflanzen, kann aber die relativ enge Ausgleichbohrung 25 nicht rasch durchsetzen. Der plötzliche Druckanstieg führt also zu einer grossen Druckdifferenz beidseits des Kolbens 23, weshalb dieser nach unten gedrängt wird. Dabei reisst der Faden 22, und der Zündbolzen 21 wird (vgl. auch Kolonne B in Fig. 3) durch die Feder 20 nach oben geschleudert, wo er auf die Zündkapsel 19 trifft, welche die Treibladung 18 zündet. Diese Zündung der Treibladung'18

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schleudert die Scheibe 11 sofort nach oben (in Fig. 3 in Kolonne C dargestellt), wodurch sie die Bohrung 7' im Erdungsbolzen 7 verschliesst, so dass der durch die Treibladung verursachte momentane und starke Druckanstieg im Raum 13 den Erdungsbolsen 7 nach eben in die (in Fig. 3» Kolonne D gezeigte) Erdungsstellung vorschiebt. Der Erdungsbolzen 7 verkeilt sich dabei mit seinem konischen Ende im Loch 2' des -Leiters 2.

Das Ganze geht sehr rasch vor sich. Im Gegensatz zu Federkraft-Antriebsspeichern, die viel voluminöser und grossmassiger sind, ist die erforderliche Auslösekraft relativ gering und sehr präzis vorbestimmbar, da man nur einen entsprechend kalibrierten Faden 22 zu zerreissen braucht. Auch die übrigen Dimensionen, insbesondere die Querschnitte von 7', 12, 13, 16 und 25 lassen sich zweckentsprechend mit grosser Präzision und gut reproduzierbar kalibrieren, so dass keine nachträglichen Justierungsarbeiten erforderlich sind. Die dem plötzlichen Druckanstieg praktisch unmittelbar folgende Auslösung wird auch durch die sehr hohe mögliche Beschleunigung des kleinmassigen Zündbolzens 21 von der Feder 20, die unmittelbar folgende Zündung der Treibladung und das sozusagen momentane "Ein-' schiessen¹¹ des Erdungsbolzens 7 in die Erdungsstellung (Fig. 3, Kolonne D) flankiert. Das Ganze kann dem Abfeuern eines"Schusses vergleichbar so rasch ablaufen, dass in der Praxis höchstens einige Hundertstelsekunden vom Auftreten des Lichtbogens bis zum

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Löschen durch Erdung verstreichen. Selbst dann bleibt noch genügende Ansprechzeitreserve, wenn der Lichtbogen nicht in unmittelbarer Nähe der Erdungsvorrichtung entsteht. Da aber die Erdungsvorrichtung sehr preiswert herstellbar ist, kann sie in relativ geringen Abständen an der Schaltanlage angebracht werden, was die Sicherheit weiter zu steigern gestattet.

Aehnliche Ergebnisse, wie sie mit.dem gezeichneten System erzielbar sind, können auch erreicht werden, wenn man als Druckdifferenzauslösung eine andere entsprechend ausgelegte Ueberdruckeinrichtung für die Zündung der Treibladung verwendet.

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Claims

- 12 Patentansprüche

'Schnellerdungsvorrichtung für metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen mit einem durch Zünden einer Treibladung aus seiner Ruhelage in seine Srdungslage zur elektrischen Verbindung der Kapselung mit einem darin gekapselten Leiter vorschiebbaren Erdungsbolzen, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Druckanstieg in der Schaltanlage (1, 2) auslösbare Zündvorrichtung (14 - 16, 20 - 24) für die Treibladung (18) vorgesehen ist.
2. SchnellerdungsVorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Auslösemittel der Zündvorrichtung (14 - 16, 20 - 24) vorgesehen sind.
3. SchnellerdungsVorrichtung nach cki Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (14 - 16, 20 24) einen aus seiner Ruhelage durch Entspannen einer Feder (20) in die Zündlage bewegbaren Zündbolzen (21) aufweist.
4. Schnellerdungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösemittel zwei miteinander durch eine Ausgleichsöffnung (25) gasleitend ver- bundene Räume (24, 15) aufweist, von denen der eine Raum (24) durch einen bezüglich der Ausgleichsöffnung (25) weiten Durchlaß (16) gasleitend mit dem Inneren (1¹) der Schaltanlage (1, 2) verbunden ist, und Mittel (23) zum Abtasten einer Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen (24, 15) vorgesehen sind.
5. Schnellerdungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Räume (24, 15) beidseits eines in einem Zylinder (6) verschieblichen Kolbens (23) vorgesehen sind.
6. Schnellerdungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) durch einen Reißfaden (22) mit dem Zündbolzen (21) verbunden ist.

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7. Schnellerdungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsöffnung (25) zwischen den beiden Säumen (24, 15) im Kolben (23) vorgesehen ist.
8. Schnellerdungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch eine Öffnung (8) in der Wand der Kapselung (1) mit deren Inneren (1¹) gasleitend verbundenes Bohr (6) vorgesehen ist, in welchem ein durchgehend hohler (7¹) Erdungsbolzen (7) und im Abstand von dessen der Kapselung (1) abgewandtem Ende eine durch die gezündete Treibladung (18) auf den Bolzen (7) zu bewegliche, in ihrem Randbereich Löcher (12) aufweisende Scheibe (11) zum Verschliessen der Höhlung (7¹) des Bolzens (7) vorgesehen ist.
9. Schnellerdungsvorrichtung nach Anspruh 8, dadurch geJennzeichnet, daß die besagte Scheibe (11) einen Baum (13) vom Erdungsbolzen (7) abgrenzt, in welchem die Treibladung (18) •und der Zündbolzen (21) mit seiner Antriebsfeder (20) untergebracht sind, und welcher jenseits eines vom Beißfaden (22) durchsetzten Widerlagers (14) für den Kolben (23) in. den mit dem Inneren (1¹) der Anlage (1) gasleitend verbundenen Raum (24) übergeht.

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