DE2718728A1 - Kondensatorbatterie - Google Patents

Description

Kondensatorbatterie

Die .ilriindung betrifft eine Kondensatorbatterie gemäß dem Oberbogriff des .Anspruches 1.

Kondensaturbatterien der oben genannten Arten sind meistens im
Freien aufgestellt. Dabei sind die Kondensatoren auf einer erhöhten gegenüber Erde isolierten Plattform angeordnet. Das Isolationsniveau wird von der Betriebsspannung der Batterie bestirnt. IManchmal bringt man außerdem die Isolatoren und die Plattform so hoch
an, daß die spannungsführenden Teile sich in einem gegen Berührung sicheren Abstand vom Boden befinden.

Diese genannten, mit Rücksicht auf die Isolations- und Berührungssicherheit zu treffenden Maßnahmen hjaben zur Folge, daß eine im
dreien aufgestellte Kondensatorbatterie sehr viel Raum in Anspruch nimmt. Dies ist besonders dann nachteilig, wenn die Anlage sich in einem größeren Ort befindet und auch ästhetische Gesichtspunkte zu berücksichtigen sind. Andere Faktoren, die nicht außer Acht gelassen werden dürfen, sind Blitzschlag, Verschmutzung, Vereisung sowie Sabotage oder unbeabsichtigte Beschädigungen der Anlage, die /.u einer '".etriebsunterbrechung führen können.

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Zum Aufbau von Kondensatorbatterien ist es bekannt, das aus anderen Bereichen der Hochspannungstechnik bekannte Prinzip anzuwenden, Geräte in eine gasdichte Hülle einzuschließen und diese mit einem isolierenden Gas, vorzugsweise SFg, zu füllen. Die Hüllen werden hierdurch ziemlich groß, was zum großen Teil an den Isolationsabständen liegt, die zwischen den einzelnen Kondensatoren und vor allem zwischen den Kondensatoren und der elektrisch leitenden Plattform eingehalten werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatorbatterie der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Kondensatorbatterien weitgehend beseitigt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kondensatorbatterie nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. i

Dadurch, daß man die Kondensatoren gemäß der Erfindung in einem Traggestell aus elektrisch isolierendem Material anordnet, erreicht man eine bedeutende Reduzierung des für die Batterie erforderlichen

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Raumes.Man braucht auf Isolationsabstände zwischen spannungsführenden Teilen und Erde keine Rücksicht zu nehmen, und das Traggestell selbst dient als erforderliche Isolation zwischen den einzelnen Kondennatoreinheitcn. Das hierdurch bedeutend reduzierte Volumen des Gefäßes hat eine in entsprechendem Maße verringerte Menge an erforderlichem StV -Gas zur folge.

Venn die Temperatur über einem gewissen Mindestniveau gehalten wird, erhält man einen größeren Sicherheitsabstand gegenüber dem Auftreten von Glimmen im Dielektrikum, was erhöhte Betriebssicherheit bedeutet. Dies kann auch ausgenutzt v/erden, um mit einer größeren elektrischen Feldstärke zu arbeiten, r.ine Erhöhung der zulässigen Feldstärke hat eine größere Einheitsleistung zur Folge, d.h. einen kompakteren Aufbau der Batterie. Der größere Sicherheitsabst&nd gegenüber Glimmen kann auch ausgenutzt wurden, um die Kondensatoreinheiten gegenüber Ausgleichvorgängen und Ivanderwellen weniger empfindlich zu machen. Eine geeignete Kindesttemperatur bei der tatsächlichen Anwendung ist etwa + 10 C.

Es ist bekannt, daß die Lebensdauer eines Kondensators in steigender Temperatur abnimmt, doch erreicht man eine maximale Lebensdauer .bei einer Temperatur des Dielektrikums von ungefähr +60°C. Durch Kühlung der Batterie, Begrenzung der maximalen Umgebungstemperatur, erreicht man daher, daß die Lebensdauer des Kondensators durch Begrenzung die hot-spot-Temperatur erhöht wird.

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Die Kondensatoren arbeiten daher am besten, wenn ihr Dielektrikum innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches gehalten wird, der etwa zwischen +5°C und +60°C liegt, wobei jedoch die besten Verhältnisse erzielt werden, wenn die Temperatur so konstant wie inöglich gehalten wird. Die Temperatur des Kühlgases soll daher vorzugsweise +40 C nicht übersteigen, darf jedoch während kürzerer Intervalle bis zu +5i> C betragen. Mit einer thermostatgesteuerten Begrenzung des Temperaturintervalls, in dem die Kondensatoren arbeiten sollen, erzielt man eine verbesserte Stabilität und eine geringere Variation der Kapazität und der Verluste, was eine bessere Abstimmung und eine empfindlichere Schutzansordnung ermöglicht und somit größere Zuverlässigkeit ergibt.

Die Anwendung von isolierenden Traggestellen gemäß der Erfindung ergibt die folgenden Vorteile:

Eine bedeutende Verringerung des Volumens des Gefäßes, in dem die Kondensatorbatterie untergebracht ist.

Eine entsprechende Verringerung der erforderlichen Menge an

SFr-Gas. Diese Veiringerung der Gasmenge ermöglicht eine schnellere und anpassungsfähigere Regelung des Temperaturintervalls, in dem die Anlage arbeitet.

Die Reihenschaltung von Kondensatoreinheiten ist leicht durchführbar. Eine Etageneinteilung aufgrund der Spannung ist nicht notwendig. Stützisolatoren sind überflüssig, v/odurch Kosten und Raumbedarf kleiner werden. Durch die vereinfachte Schaltung wird es ^J

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leichter, den Aufbau für mehrere Kondensatoren, mehrere Etagen usv/. zu inodulisieren. oder zu modifizieren.

Es können Kondensatoreinheiten mit kleinen Durchführungen verwendet werden. Auch dies bedeutet geringere Kosten sowie Herabsetzung der Gefahr einer Undichtigkeit und damit größere Zuverlässigkeit.

Dadurch, daß spannungsmäßig keine Etageneinteilung erforderlich ist, kann die Nennspannung der Kondensatoreinheit klein gehalten werden. Hierdurch erhält man in der Kondensatoreinheit weniger Reihenschaltungen und mehr Parallelschaltungen von Elementen, größere Zuverlässigkeit sov/ie niedrigere Kosten pro Kondensatoreinheit.

Da in SFg kein Lichtbogen brennen darf, dürfen für die Kondensatorelemente keine normalen und billigen äußeren Sicherungen verwendet werden. Es sind Kondensatorelemente mit inneren Elementsicherungen daher vorzuziehen, und außerdem erzielt man den Vorteil eines kleineren Gefäßvolumens.

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E-eira Kühlen der Kondensatoreinheit mit zirkulierendem Gas muß der Kühlgasfluß so geführt werden, daß man eine gleichmäßige Verteilung über alle Kondensatoreinheiten bekommt. Dies gilt selbstverständlich auch bei niedriger Außentemperatur, wo es erforderlich sein kann, die Kondensatoreinheit zu erwärmen. Um die Anzahl Schinne, Rohre und Litzen zu verringern, wird ein Aufbau verwendet, bei dein

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die Kondensatoreinheit an einen Schacht grenzend montiert sind. Dieser Schacht dient als Zuführkanal für die Kühlluft. Die Kondensatoreinheiten werden dann so dicht nebeneinander montiert, daß der Spalt zv/ischen benachbarten Kondensatoreinheiten

jeweils als Kühlkanal dient. Hierdurch erhält man also die Mögen

lichkeit, die Kondensatoreinheil; über ihre größte Fläche zu kühlen.

Um im Gefäß eine gleichmäßigere Temperatur zu erhalten»,kann es oftmals angebracht sein,das Gefäß thermisch zu isolieren.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht einer Ausführungsform einer Kondensatorbatterie nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht der anderen, kürzeren Seite der Batterie gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kondensatorbatterie nach Fig. 1,

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Fig. 4 ein/Schnitt längs der Linie IV-IV in Flg.1 mit der elektrischen Zusammenschaltung der Kondensatoreinheiten,

Fig. 5 eine teils im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer in einem Gefäß angeordneten Kondensatorbatterie,

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Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7

und 8 Darstellungen wie die Figuren 5 und 6, jedoch nit einem Gefäß mit kreisförmigem Querschnitt,

Fig. 9

bis 12 die gleichen Darstellungen wie die Figuren 1 bis 6, jedoch mit einer anderen Führung des Kühlmittels.

Aus den Figuren 1, 2 und 3 geht hervor, daß eine Anzahl Kondensatoreinheiten 1 in einem Traggestell 2 aus Isoliermaterial angeordnet sind. Das Traggestell ist an seinen langen Seitenwänden mit Platten 3 aus Isoliermaterial abgedeckt. In Fig. 1 ist der untere Teil der untersten Platte fortgelassen, so daß man das Traggestell und die untersten Kondensatoreinheiten sieht. Wie man aus dieser Figur ersieht, sind die Kondensatoreinheiten so angeordnet, daß ihre Durchführungen 4 nach innen auf einen durch das Traggestell laufenden Schacht 5 gerichtet sind, der sich über die gesamte Länge von unten bis oben des Traggestells und über die gesamte Breite der kurzen Seitenwand des Traggestells erstreckt, was auch aus Fig. 3 ersichtlich ist,! die eine Ansicht der Batterie von oben darstellt, wobei die das Traggestell bzw. die Batterie abdeckende Oberplatte abgenommen ist. Wie Fig. 2 zeigt, sind an den kurzen Seitenwänden der Batterie Öffnungen 7 im Traggestell angeordnet, aus welchen der Eoden 8 der Kondensatoreinheiten herausragt.

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Jede Kondensatoreinheit ist in bekannter Weise aus einer großen Anzahl Kondensatorelementen, sog. Kondensatorlitzen, aufgebaut und in einen mit Isolierflüssigkeit gefüllten Behälter eingeschlossen. Eine solche Kondensatoreinheit besteht aus einer Reihenschaltung von mehreren Gruppen parallelgeschalteter Kondensatorelernente,beispielsweise kann jede Gruppe 9 bis 16 parallel geschaltete Kondensatorelernente enthalten und 3 bis 5 solcher Gruppen können in Reihe geschaltet sein.

Die Kondensatoreinheiten sind derart im Traggestell angeordnet, daß zwischen benachbarten Kondensatoreinheiten ein Spalt oder Kanal 9 entsteht, der sich vom Schacht 5 zu dem Raum außen vor der kurzen Seitenwand der Batterie erstreckt. Wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich, ist die Batterie in einem Gefäß 10 eingeschlossen, und von einem Behälter 11 wird Gas, z.B. SFg,über Rohrleitungen 12 und 13 vom Boden bzw. der Oberseite der Batterie in den Schacht 5 gepumpt. Vorn Schacht strömt das Gas durch die Spalte 9 in Raum zwischen der Batterie und dem Gefäß 10 und von dort durch eine öffnung 15 zurück zum Eehälter 11. Im Behälter 11 sind Pumpen zur Zirkulierung des Gases angeordnet. Außerdem können Einrichtungen vorhanden sein, um das Gas zwecks Kühlung bzw. Erwärmung der Kondensatoreinheiten auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Diese Temperatureinrichtungen sind vorzugsweise thermostatgesteuert, so daß das zirkulierende Gas eine solche Temperatur hat, daß die Kondensatoreinheiten auf der gewünschten Arbeitstemperatur gehalten werden. Normalerweise dürfte eine Kühlung der Kondensatoreinheiten erforderlich sein. Bei kaltem Wetter oder bei Inbetriebnahme

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der Eatterie kann es jedoch auch zweckmäßig sein, das Gas zu erwärmen. Statt eine Temperierungseinrichtung vorzusehen, kann man sich auch mit einer Selbstkühlung des Gases begnügen, indem an der Außenseite des Gefäßes Kühlflansche angebracht v/erden, so wie dies bei selbstgekühlten Transformatoren der Fall ist.

Dadurch, daß die Kondensatoreinheiten in der in Fig. 3 gezeigten Art angeordnet sind, wobei die Durchführungen der auf beiden Seiten des Traggestells angeordneten Kondensatoreinheiten aufeinander gerichtet sind, wird die Feldstärke an hervorstehenden Teilen, wie an den Durchführungen 4 und den an den Gehäusen der Kondensatoreinheiten vorhandenen Anschlußbolzen 6, klein gehalten. Fig. 4 zeigt die elektrische Zusammenschaltung des auf der/feinen Seite des Traggestells angeordneten Stapels von Kondensatoreinheiten. Vie man erkennt, sind die Kondensatoreinheiten in Reihe geschaltet. Dieser Stapel ist mit dem Stapel aus Kondensatoreinheiten parallelgeschaltet, der auf der anderen Seite des Traggestells angeordnet ist. Dies hat zur Folge, daß sich direkt gegenüberliegende Durchführungen und Anschlußbolzen dasselbe oder nahezu dasselbe Potential haben, so daß die Feldstärke in Querrichtung des Schachtes niedrig ist, so daß die Breite des Schachtes 5 im wesentlichen dadurch bestimmt wird, daß ein genügendes Kühlgasvolumen zugeführt werden kann.

Die Anschlußorgane der Enden der beiden Stapel aus Kondensatoreinheiten sind an die Durchführungen 16 und 17 angeschlossen, die in

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der Wand des Gefäßes 10 angeordnet sind, wie die Figuren 5 und 6 bzw. 7 und 8 zeigen.

Als Alternative zu den in den Figuren 1 bis 8 gezeigten Ausführungsforiiien, bei denen das Kühlmittel sowohl von der oberen wie von der unteren Seite der Kondensatorbatterie eingeblasen wird, zeigen die Figuren 9 bis 12 eine Ausführungsform, bei der das Kühlmittel nur von unten zugeführt wird.

Um dabei hinsichtlich der Menge und der Temperatur des Kühlmittels eine ausreichende Gleichmäßigkeit zu erzielen, ist die Batterie gemäß Fig. 9 in eine obere und eine untere Hälfte 18 bzw. 19 unterteilt, die durch zwei vertikale Wände 20, 21 und zwei horizontale Wände 22, 23 voneinander getrennt sind. Die beiden vertikalen Wände 20 und 21 erstrecken sich in Querrichtung der Batterie von der einen kurzen Seitenwand zu der anderen und unterteilen dadurch die untere Hälfte 19 der Batterie in zwei Teile 24 und 25. Di« beiden Wände 20 und 21 bilden somit einen Schacht 29, dessen unteres Ende am Boden der 3atterie mündet und dessen oberes Ende in die obere Hälfte der Batterie mündet. Sowohl dem linken Teil 24 wie auch dem rechten Teil 25 der unteren Hafte der Batterie wird Kühlmittel zugeführt, was durch die Pfeile 26 und 27 angedeutet ist. Der oberen Hälfte 18 der Batterie wird das Kühlmittel über den Schacht 29 (Pfeil 28) zugeführt, so daß die untere bzw. die obere Hälfte der Batterie parallel gekühlt werden. Bei dieser Ausführungsform ist das obere Ende der Batterie mit einer Platte bedeckt, so daß alles Gas, das von unten durch die beiden seitlichen Teilschächte 5 in die beiden

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unteren Batterieteile 24 und 25 eintritt, die untere Hälfte der Batterie kühlt und alles Gas, das gemäß Pfeil 23 durch den Schacht 29 nach oben strömt, die obere Hälfte kühlt.

Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Gefäß 10 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, während die Figuren 7 und 8 ein Gefäß 10 mit einem kreisförmigen Querschnitt zeigen. Welche Gefäßform vorzuziehen ist, ist von Fall zu Fall zu entscheiden. Ein Gefäß mit rechteckigem Querschnitt läßt sich in manchen Fällen, leichter unterbringen, während ein Gefäß mit kreisförmigem Querschnitt bei höheren Drücken des Kühlgases vorteilhaft ist.

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Claims (7)

1. Patentansprüche:

   1J Kondensatorbatterie für elektrische Hochspannungsanlagen, z.E. als Reihen- oder Parallelkapazität zur Fernleitungstabilisierung oder in Filterkreisen in Gleichstromhochspannungsanlagen, die aus einer Anzahl Kondensatoreinheiten aufgebaut ist, welche in einem Traggestell angeordnet sind, welches in einem geschlossenen Gefäß untergebracht ist, das ein Gas zur elektrischen Isolierung und zur Beeinflussung der Temperatur im Gefäß enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell(2) aus elektrisch isolierendem Material besteht und so ausgebildet ist, daß es zumindest teilweise den Verlauf des zirkulierenden Gases in einer Weise lenkt, daß die Kondensatoreinheiten eine im wesentlichen gleiche Temperatur haben.
2. 2. Kondensatorbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Gas Schwefelhexafluorid (SF/-) ist.
3. 3. Kondensatorbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen enthält, um das Gas

   auf einem im voraus festgeelegten Druck zuhalten.

   k. Kondensatorbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Einrichtungen zur Steuerung oder Regelung der Temperatur des Gases und damit auch der Temperatur der Kondensatoreinheiten (1) innerhalb eines bestimmten Intervalls enthalt.

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5. 5. Kondensatorbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (10) und das Traggestell (2) zur Lenkung des zirkulierenden Gases weitere Anordnungen in Form von Schirmen (20, 21, 22, 23) enthalten.
6. 6. Kondensatorbatterie nach 'einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoreinheiten (1) so im Traggestell angeordnet sind, daß zwischen ihnen und zwischen den Kondensatoreinheiten und dem Traggestell Spalte (9) entstehen, welche als Ausströmungskanäle für das Gas dienen.
7. 7. Kondensatorbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoreinheiten (1) längs zwei Seiten des Traggestells angeordnet sind, wobei ihre Durchführungen (4) auf einen durch das Traggestell verlaufenden Schacht (5) gerichtet sind, und ihre Böden (8) aus öffnungen (7) im Traggestell herausragen.

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