DE2529696A1 - Gasisolierter spannungsableiter - Google Patents

Description

Gasisolierter Spannungsableiter

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die übertragung und Verteilung elektrischer Leistung und insbesondere auf solche Unterstationen, die Komponenten in einem Umhüllungsrohr aus Metall aufweisen, das ein Isoliergas enthält und in denen eine der Komponenten in dem Umhüllungsrohr ein Stoßspannungsableiter ist.

Stoßspannungsableiter sind gelegentlich in einem Umhüllungsrohr aus Metall von einer gasisolierten Leistungs-Substation enthalten. Die Verwendung von Stoßspannungsableitern in einer derartigen Einrichtung ist beispielsweise in den US-Patentschriften 3 624 und 3 753 045 beschrieben. Weitere Einzelheiten derartiger

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SubStationen sind beispielsweise in dem technischen Artikel mit dem Titel "Where Land is Scarce and $$ High Consider the SPg Mini Sub", Transmission and Distribution, Dezember 1973j Seiten 34-38 und 109, zu finden.

Ein Problem, das bei Ableitern in einer derartigen gasisolierten Struktur auftritt, ist die Möglichkeit einer plötzlichen und mit Heftigkeit auftretenden Zerstörung des Ableiters. Da das Isoliergas in dem System, das im allgemeinen Schwefelhexafluorid (SFg) ist, nicht für eine Lichtbogenbildung geeignet ist, die in einem Ableiter während seines Betriebes auftritt, sind Ableiter, selbst wenn sie in gasisolierten Systemen eingeschlossen sind, im allgemeinen mit einem Porzellangehäuse versehen, um die inneren Komponenten des Ableiters von dem Isoliergas in dem System zu trennen. Sollte ein derartiger Ableiter aus irgendeinem Grunde versagen, so daß ein interner Überschlag einen sehr wesentlichen Stromfluß durch den Ableiter nach Erde gestattet, würde innerhalb des Ableitergehäuses eine beträchtliche Menge heißen Gases erzeugt. Wenn dieses Gas nicht von der Innenseite des Ableiters abgelassen bzw. entlüftet wird, kann es zu einer heftigen Zerstörung seines Porzellangehäuses führen, und ferner können Gehäusestücke das metallische Umhüllungsrohr durchschlagen und eine Gefahr für das Personal in der Nähe darstellen.

Es ist bekannt, zum Ablassen von im Ableiter erzeugten Gasen zur Außenseite des gasisolierten Systems beispielsweise eine Membran an der unterenBefestigung des Ableiters vorzusehen, die unter dem Gasdruck zerreißt, damit das Gas zur außen befindlichen Luft austreten kann. Derartige Anordnungen sind in den oben genannten Patenten beschrieben. Das Ablassen der Gase zur Außenluft wurde auch deshalb für wünschenswert gehalten, um eine Verunreinigung des Isoliergases innerhalb des Systems durch die durch den Lichtbogen entwickelten Gase zu verhindern. Eine Schwierigkeit bei dieser Lösung besteht jedoch darin, daß die im Gehäuse erzeugten Gase zwar tatsächlich durch den Boden des Ableiters zur Außenluft abgelassen werden, daß aber nichts-^destoweniger weiterhin

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Strom durch den fehlerhaften Ableiter nach Erde fließt. Unter gewissen internen Überschlagsbedingungen ist die vom Ableiter im Fehlerbetrieb absorbierte Energie so groß, daß eine heftige Zerstörung des Ableiterporzellans trotz der Abführung der Gase auftreten kann. Darüber hinaus kann der thermische Schock alleine eine Zerstörung des Porzellans und ein Austritt des SF,- in die Luft bewirken. Dieser Austritt stellt schon für sich eine Gefahr dar, da durch eine elektrische Lichtbogenbildung im SFg gewisse toxische Produkte gebildet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Ableiter mit einem Gasvent öd?"" G^tusI^B innerhalb des Systems und nahe dem Netzanschluß versehen. Der Auslaß richtet die Gase zur innenseitigen Wand des metallischen Umhüllsrohres.

Falls der Ableiter versagen sollte, werden die innerhalb des Ableiters erzeugten heißen Gase durch diesen Auslaß abgeführt, um einen leitenden Pfad zwischen dem Netzanschluß des Ableiters und dem geerdeten Umhüllungsrohr zu bilden. Dies verhindert, daß dem Ableiter selbst zusätzliche Energie zugeführt wird und somit wird eine mit Heftigkeit auftretende Zerstörung des Ableiterporzellans verhindert.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Figur 1 ist eine teilweise weggeschnittene Schnittansicht von einem Teil eines gasisolierten übertragungs- und Verteilungssystems, das einen Stoßspannungsableiter gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält.

Figur 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht von dem oberen Ende des Ableiters gemäß Figur 1.

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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Diese Figur zeigt einen "T"-Abschnitt 10 von einer gasisolierten elektrischen Unterstation. Der Abschnitt 10 enthält eine äußere, geerdete Umhüllungsleitung 12 und einen inneren, zentral angeordneten Netzleiter 14, der Netzspannung führt. Der Raum innerhalb der Umhüllungsleitung 12 ist mit einem elektronegativen Isoliergas gefüllt, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid (SFr)· Innen von dem vertikalen Rohrteil 16 des ⁿT"-Abschnittes 10 ist ein Stoßspannungsableiter 18 mit einer unteren,-geerdeten Metallendkappe 20, die an einer entfernbaren Endplatte 22 des Rohrteiles 16 abnehmbar befestigt ist, und mit einer oberen, einen Netzanschluß aufweisenden Endkappe 24 angeordnet, die durch einen kurzen Leiter 26 mit dem Netzleiter 14 verbunden ist. Die Endkappen 20, 24 weisen eine im wesentlichen ähnliche Struktur auf, sie sind aber an ihren entsprechenden Enden des Ableiters 18 entgegengesetzt zueinander orientiert. Zwischen den Kappen 20, 24 ist ein Porzellangehäuse 28 angeordnet, das die inneren Komponenten des Ableiters umschließt. Das Porzellangehäuse 28 und die inneren Komponenten des Ableiters 18 können einen üblichen Aufbau besitzen und werden hier nicht im einzelnen beschrieben. Die obere Kappe 24 ist in Figur 2 genauer dargestellt, und die untere Kappe 20 kann einen üblichen Aufbau besitzen.

Gemäß Figur 2 ist das Ende des Porzellangehäuses 28 durch eine zerreißbare Metallmembran 30 abgedichtet, die durch die Endkappe 24 an einer Dichtungsmanschette 32 festgeklemmt ist. Um Gas von der Innenseites des Ableiters 18 abzuführen, wenn die Membran 30 zerreißt, ist die Kappe 24 mit einer Ablaßöffnung 34 versehen, die senkrecht zur Achse des Ableiters 18 in Richtung auf die nahegelegene inneinseitige Wand der geerdeten Umhüllungsröhre 12 gerichtet ist.

Die gaserzeugenden Fehlerzustände der Ableiter, wie des Ableiters 18 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und weiterhin die daraus resultierende Abführung des Gases durch die Ablaßöffnung 34 ist an sich bekannt. Derartige betriebliche Einzelheiten sind

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beispielsweise in der US-PS 3 518 483 beschrieben,. Die wichtige Konsequenz eines Fehlers mit der dabei auftretenden Gasabführung durch die Auslaßöffnung 3^ ist, daß das heiße, leitfähige Gas innerhalb der Umhüllungsrohre 12 abgeführt wird, um auf die innenseitige Oberfläche der geerdeten Röhre 12 zu treffen und einen direkten Kurzschluß zu bewirken, um einen irgendwo angeordneten Schutzschalter in Betrieb zu setzen. Da der somit auftretende Kurzschluß sich an der den Netzanschluß aufweisenden Endkappe 24 des Ableiters 18 befindet, ist eine Portsetzung des Stromflusses durch den fehlerhaften Ableiter in Verbindung mit einem möglichen Bruch des Porzellangehäuses 28 verhindert.

Der Auslaß an der unteren Kappe 20 des Ableiters 18 ist nur als zusätzlicher Ablaß vorgesehen und ist nicht wesentlich für die Kurzschlußfunktion der an der oberen Kappe 2¹J auftretenden Gasabführung.

Bisher wurde es für unerwünscht gehalten, die durch einen Lichtbogen erzeugten Gase aus dem Ableiter zur Innenseite des gasisolierten Systems abzuführen, da das durch den Lichtbogen erzeugte Gas das Isoliergas innerhalb des Gehäuses verunreinigen würde. Jedoch ist die Verunreinigung des isolierenden Gases auf der Innenseite des Gehäuses von relativ geringerer Bedeutung im Vergleich zu der wichtigeren Vermeidung eines mit Heftigkeit auftretenden Bruches des Ableiterporzellans. Einerseits sind im modernen gasisolierten Systemen verschiedene Abschnitte des Systems von anderen durch Gasgrenzen getrennt, so daß der Bruch des Umhüllungsrohres oder ein anderer Bruch von einem Abschnitt des Systems nicht allgemein die Umgebung der anderen Abschnitte des Systems beeinträchtigt. Somit ist die Verunreinigung des Isoliergases in demjenigen Abschnitt des Systems, der den Stoßspannungsableiter enthält, nicht notwendigerweise ein ernstes Problem. Andererseits konnte es bei bekannten Strukturen, in denen das Gas am Boden des Ableiters zur Außenluft abgeführt wurde, auftreten, daß aufgrund der Impedanz des fehlerhaften Ableiters der Fehlerstrom in den inneren Komponenten des Ableiters nicht

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groß genug 1st, um einen Schutzschalter der Schaltungsanordnung in Betrieb zu setzen, während der Fehlerstrom jedoch ausreicht, um zu einer sehr schnellen Absorption von Energie durch die Ableiterkomponenten zu führen, durch den der Fehlerstrom hindurchfließt. In einem derartigen Fall kann selbst mit den Mitteln zum Abführen der Gase der Druckaufbau der Gase auf der Innenseite so schnell sein, daß trotzdem ein heftiger Bruch des Porzellans auftritt. Das Porzellan kann auch gerade durch die thermischen Beanspruchungen brechen, die aus der schnellen Erhitzung der inneren Komponenten resultieren. In jedem Fall bewirkt der Bruch des Porzellans wahrscheinlich den Austritt des isolierenden Gases aus dem entsprechenden Abschnitt des Gehäuses.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Strom, der aufgrund der fehlerhaften Komponenten üblicherweise durch den Ableiter fließen würde, unmittelbar zur geerdeten Wand der metallischen Umhüllungsröhre geshunted bzw. abgeführt, so daß ein direkter Kurzschluß entsteht. Ein derartiger Kurzschluß setzt mit Sicherheit einen Schutzschaltermechanismus des Systems in Betrieb, um den Stromkreis zu unterbrechen und um somit den den Fehler enthaltenden Abschnitt des Systems abzutrennen. Der Ableiter kann nun herausgenommen und gegen einen funktionierenden Ableiter ausgewechselt werden, ohne daß die Metallumhüllung irgendeine Beschädigung aufgrund eines Bruches des Porzellans im Gehäuse gelitten hätte und ohne daß eine zufällige Abführung von irgendwelchen toxischen Lichtbogenprodukten des SFg-Gases innerhalb des Systems aufgetreten wäre. Zwar ist der Ableiter gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Gasauslaß an der Netfcahschlußkappe und der Erdanschlußkappe versehen, wenn Jedoch mehr als ein Ableiter in einer geschichteten oder gestapelten Anordnung vorgesehen sind, können getrennte Auslässe für die Enden von Jedem geschlossenen Abschnitt der Gesamtstruktur vorgesehen sein.

Während in dem Ableiter gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Gasauslaß auf den nächstgelegenen Abschnitt

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der metallischen Systemwand gerichtet ist, kann es auch vorkommen, daß die alleinige Abführung des Gases in irgendeine Richtung in dem Gehäuse eine derartig rasche und ausreichende Verunreinigung des Isoliergases bewirkt, daß ein gewünschter Kurzschluß an einem nahegelegenen Punkt zwischen der übertragungsleitung und der metallischen Gehäusewand entsteht.

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Claims (1)

1. - 8 Anspruch 1

   Elektrische Leistungsvorrichtung mit einer geerdeten Metallumhüllung, die ein isolierendes Gas enthält, und mit einem Stoßspannungsableiter, der innerhalb der Umhüllung angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu dem Netzanschlußende des Ableiters ein Gasauslaß (3¹O vorgesehen ist, durch den innerhalb des Ableiters (18) erzeugte Gase abführbar sind und der in Richtung auf und nahe an der innenseitigen Oberfläche der Metallumhüllung (12, 16) angeordnet ist.

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