DE2729571A1

DE2729571A1 - Gekapselte mittelspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE2729571A1
Application number: DE19772729571
Authority: DE
Inventors: Helmut Hoerchens; Firtz Hollmann
Original assignee: DRIESCHER SPEZIALFAB FRITZ; Fritz Driescher Spezialfabrik fuer Elektrizitaetswerksbedarf GmbH and Co KG
Current assignee: Fritz Driescher KG Spezialfabrik fur Elektrizitae
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1979-01-11
Also published as: BE868580A; DE2729571C2; SE7807368L; NL186422C; NL7807065A; SE440572B

Description

Gekapselte Mittelspannungsschaltanlage
Die Erfindung betrifft eine gekapselte Mittelspannungsschaltanlage mit durch Sammelschienen verbundene Schaltzellen.
Die bekannten Schaltanlagen für Mittelspannungsnetze im Bereich von etwa 1 - 45 kV setzen sich im allgemeinen aus mehreren aneinandergereihten Schaltzellen zusammen. Neben großräumigen luftisolierten Schaltzellen befinden sich seit längerem auch Kleinschaltanlagen auf dem Markt, die durch die Anwendung fester Isolierstoffe gegenüber den erwähnten großräumigen Schaltanlagen erhebliche Platzersparnisse mit sich bringen. Solche in der Regel mit Lasttrennschaltern ausgerüstete Kleinschaltanlagen werden zum überwiegenden Teil in raumsparende Transformatorstationen eingesetzt. Als Isolierstoffe gelangen größtenteils duroplastische oder thermoplastische Kunststoffe zur Anwendung.
Bekannt geworden sind hauptsächlich zwei Typen von Kleinschaltanlagen; die besonders kompakte, rein feststoffisolierte Anlage und der etwas größer bauende Feststoff-Luft-isolierte Anlagentyp.
Rein feststoffisolierte Schaltanlagen konnten sich in der Vergangenheit trotz äußerst günstiger Abmessungen nicht durchsetzen, da umgebungsbedingte Beanspruchungen wie Verschmutzung und Feuchtigkeitseinfluß den Betreiber solcher Anlagen zu häufigen Wartungsarbeiten zwangen.
Man verwendete daher Feststoff-Luft-isolierte Schaltanlagen mit etwas größeren Abmessungen, die sich gegenüber den besonders kompakten Bautypen durch geringere Störanfälligkeit auszeichnen und weniger Aufwand an Wartung beanspruchen.
Mit in Kauf nahm man dabei die größere Stellfläche, was sich auf die Abmessung von Transformatorstationen etwas ungünstiger auswirkte.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine über einen langen Zeitraum hinweg wartungsfreie Mittelspannungsschaltanlage mit äußerst geringen Abmessungen zu schaffen, die gegenüber den bekannten Kleinschaltanlagen auch kostengünstiger herstellbar ist.
Diese Aufgabewird durch die im Patentanspruch 1 genannten Mittel gelöst.
Die Schaltanlage nach der Erfindung besitzt gegenüber den bekannten Mittelspannungs-Schaltanlagen erhebliche Vorteile.
Durch die Unterbringung der wichtigsten zur Schaltanlage gehörenden Teile in einem gegen die Außenatmosphäre luftdicht verschLossenen, mit Isoliergas gefüllten Raum wurde eine absolut wartungsfreie, betriebssichere Kleinschaltanlage geschaffen,da isolationsmindernde und sonstige schädigende Einflüsse wie Staub, Schmutz, Feuchtigkeit, aggressive Bestandteile der Luft, Kleintiere und dgl. keinen Zugang zu den gefährdenden Anlagenteilen besitzen. Somit sind spannungsführende und alle anderen korrosionsanfälligen Metallteile innerhalb der Kapselung wirksam gegen Werkstoffzersetzung geschützt.
Insbesondere der Einsatz in klimatisch stark beanspruchten Freiluft-Transformatorstationen wirkt sich vorteilhaft aus, da die völlige Wartungsfreiheit für den Betreiber eine Entlastung an Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten mit sich bringt. Erfolgt der Kabelanschluß zudem noch über vollisolierte Kabelstecker, so liegt kein spannungsführendes Teil an Luft, wodurch optimaler Berührungsschutz besteht und die Verschmutzungsgefahr für den Kabelanschlußbereich ausgeschaltet ist.
Das Vorsehen einer Isoliergasfüllung ermöglicht gleichzeitig eine ungewöhnlich kompakte Anlagenbauweise mit stark reduzierter Aufstellfläche gegenüber herkömmlichen Anlagen, so daß bei Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltanlage in Transformatorstationen eine erhebliche Raumersparnis insgesamt erzielt wird. Dies geht soweit, daß die Ausdehnung von Transformatorstationen im wesentlichen nur noch vom Volumen des verwendeten Transformators bestimmt wird.
Aufgrund der Verwendung eines gasförmigen Isoliermediums kann die Schaltanlage nach der Erfindung kunststoffarm gebaut werden.
Die sonst üblichen Sammelschienenisolierungen, Phasentrennwände, Kontaktabdeckungen und dgl. Isolierbauteile können entfallen.
Die kompakte Bauweise ermöglicht zudem, die Schaltzellen mit Abstand voneinander zu montieren. Dadurch wird eine leichte Auswechselbarkeit der Schaltzellen und günstige Antriebsführung möglich.
Der Lasttrennschalter der Schaltanlage besitzt geschlossene, gasdicht und druckfest gekapselte Löschkammern, die vorzugsweise mit Druckgas gefüllt sind.
Alle Schaltvorgänge vollziehen sich im geschlossenen System, wodurch eine Verunreinigung der übrigen Anlagengasfüllung durch Schaltrückstände vermieden wird. Der bei der Schaltung entstehende Druck wird innerhalb der Löschkammer abgebaut.
Es ist vorgesehen, daß der vorzugsweise etwas über Normaldruck liegende Druck der z. B. aus Schwefelhexafluorid bestehenden Gasfüllungen in Löschkammer und Schaltzelle in etwa gleich ist.
Dadurch wird eine Gasdiffision aus dem einen geschlossenen System (Löschkammer) in das andere geschlossene System (Schaltzelle) - bzw. umgekehrt - verhindert.
Die Trennstrecke wird innerhalb der hier sonst nicht näher beschriebenen Löschkammer hergestellt.
Das Vorsehen einer die beweglichen Schaltstifte der Löschkammern verbindenden Isoliertraverse und die dadurch ermöglichte Herausführung nur einer Antriebsstange aus der Schaltzelle bewirkt eine Einsparung an gasdichten Durchführungen.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltanlage ist in der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 die Ansicht einer aus drei Schaltzellen bestehenden Anlage Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Linie I - I aus Fig. 1 Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß Linie II - II aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 besteht die Schaltanlage aus drei mit Abstand nebeneinander angeordneten Schaltzellen mit je einem geschlossenen Metallgehäuse 1.
Angeschlossen sind die Kabel 8 einer Ringleitung und ein Transformatorabzweig 11.
Die im Innern der Metallgehäuse 1 befindlichen Schaltgeräte, z. B. Lasttrennschalter und Erdungsschalter werden über Verbindungsgestänge durch je einen Schalthebel 2, 3 betätigt.
Die elektrische Verbindung erfolgt durch Sammelschienen 4, die - festgelegt durch Stützrahmen 6 - in einem geschlossenen Metallkasten 5 untergebracht sind. Der auf Stützen 7 ruhende Sammelschienenkasten 5 dient gleichzeitig als gemeinsamer mechanischer Träger der Schaltzellen 1 und ist an diesen über Dichtungen 13 gasdicht befestigt.
Je nach Gewicht der Schalt zellen können die Schaltzellen auch auf eigenen Stützen (7') befestigt sein.
An den äußeren Schaltzellen sind die dreiphasigen Ringleitungskabel 8 über einpolige, vollisolierte Steckverbindungen 9 und an der mittleren Schaltzelle mit Hochspannungssicherungen bestückte aus Metall bestehende Einzelgehäuse 10 vorzugsweise über das gleiche Stecksystem angeschlossen.
Auch das zum Transformator führende dreiphasige Kabel 11 ist über Steckverbindungen 9 an die Sicherungskästen 10 angeschlossen.
Schaltzellen 1, Sammelschienenkasten 5 und Sicherungskästen 10 sind mit einem Isoliergas, vorzugsweise unter relativ geringem Druck im Bereich von 0 - 0,2 bar stehenden Schwefelhexafluorid gefüllt. Je nach Druckhöhe empfiehlt sich das Vorsehen einer mechanischen Verstärkung der Metallkapselungen, z. B. durch Profilgebung der Gehäusewände. Der Inhalt des Sammelschienenkastens 5 steht über eine Öffnung im Anflanschbereich mit dem Volumen jeder Schaltzelle 1 in Verbindung.
Die in den Schaltzellenfrontwänden gasdicht eingelassenen Sichtscheiben 14 dienen zur Kontrolle des Schaltzustandes der in den Schaltzellen befindlichen Schaltgeräte. Zur Gasdruckkontrolle befindet sich z. B. am Sammelschienenkasten 5 zwischen zwei Schaltzellen ein Druckanzeiger 12 und ein Gasfüll- bzw.
Entnahmeventil 36.
Da die Verbindung zwischen den einzelnen Metallkästen durch elektrisch isolierende Gasdichtungen erfolgen kann, empfiehlt sich eine Verbindung aller Kästen durch eine - hier nicht gezeichnete - gemeinsame Erdungsleitung, in die vorzugsweise die Stütze 7 integriert ist.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den mittleren Anlagenteil.
Die in Fig. 1 und 2 gewählten Bezugszeichen wurden zur Bezeichnung gleicher Teile übernommen.
Gemäß Fig. 3 befinden sich innerhalb des Metallgehäuses 1 ein mehrpoliger Lasttrennschalter mit Löschkammern 15 und ein Erdungsschalter 16. Jeder der beweglichen Schaltstifte 17 des Lasttrennschalters ist mit flexiblen Anschlußleitungen 18 versehen, die die Verbindung zu den Sammelschienen 4 herstellen.
Die beweglichen Schaltstifte 17 sind an einer gemeinsamen, z.B.
aus Gießharz bestehenden Isoliertraverse 19 befestigt. Von der Isoliertraverse 19 ist eine Antriebsstange 20 durch einen Faltenbalg 21 gasdicht herausgeführt. Die Antriebsstange 20 ist außerhalb der Schaltzelle über ein Kurbelgestänge 22 mit dem Bedienungshebel 3 verbunden.
Von der Erderwelle ist ebenfalls eine Antriebsstange 20' durcli einen Faltenbalg 21' gasdicht nach außen geführt und dort über ein Kurbelgestänge 20' mit dem äußeren Bedienungshebel 2 verbunden (siehe auch Fig. 1).
Die Antriebswellen jeder Schaltzelle sind gegebenenfalls mits;unt einem Federsprungantrieb in einem starren, mit den Seitenwänden verschweißten Rohr 35 gelagert (siehe auch Fig. 1). Dadurch wird gleichzeitig eine Deformierung der Seitenwände bei hohem Gasdruck verhindert.
Die Löschkammern 15 sind über einzelne Isolierstoff-Zwischenstücke 24 am Metallgehäuse 1 befestigt. Die elektrische Verbindung vom Kontakt der als Steckeraufnahmeteil ausgebildeten Durchführung 25 zu Lasttrennschalter und Erdungsschalter 16 erfolgt über Metallschienen 26, 27, wobei die auf einem Isolierstützer 33 befestigte Schiene 27 gleichzeitig als Einschlagkontakt für den Erdungsschalter 16 ausgebildet ist.
Die mit Hochspannungssicherungen 23 bestückten Sicherungskästen lo sind vollständig gekapselt und besitzen als Ein- und Ausgang gasdichte Durchführungen, die als Stecker 28 bzw. als Aufnahmeteile 29 für Stecker ausgebildet sind.
Die Sicherungsaufnahmekontakte 30 ruhen auf Stützelementen 31, welche aus Isolierstoff bestehen und am Sicherungsgehäuse 10 befestigt sind. Die Verbindung zwischen Sicherungsaufnahmekontakten 30 und den Durchführungen 28, 29 erfolgt über Schienen 32, 34.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Gekapselte Mittelspannungsschaltanlage mit durch Sammelschienen verbundene Schaltzellen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltzelle aus einem geschlossenen, mit Isoliergas gefüllten Metallgehäuse (1) mit gasdicht angebrachten Durchführungen (25) für anzuschließende Kabel (8, 11) besteht, worin ein mit gasdicht nach außen geführten Bedienungselementen (2, 3) versehener Lasttrennschalter mit geschlossener, gas- und druckdicht gekapselter Ldschkammer t15) je Pol untergebracht ist, und daß die Sammelschienen (4) gemeinsam in einem Metallkasten (5) untergebracht sind, der mitsamt den anschlußfertig montierten Sammelschienen (4) als vorgefertigte Einheit gasdicht an den Schaltzellen befestigt ist und dessen Rauminhalt mit dem Gasvolumen der Schaltzellen in Verbindung steht.
2. Schaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelschienenkasten (5) als gemeinsamer mechanischer Träger für die Aufhängung der Schaltzellen dient.
3. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelschienenkasten (5) auf Stützen (7) ruht.
4. Schaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen auf Stützen (7') ruhen und als mechanische Träger für Sammelschienenkasten (5) und gegebenenfalls weitere angesetzte Zubehörkästen, insbesondere Sicherungskästen (10) dienen.
5. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Metallgehäuse (1) gasdicht herausgeführte Antriebs stange (20) des Lasttrennschalters im Inneren der Schaltzelle an einer die beweglichen Schaltstifte (17) der Löschkammern (15) mechanisch verbindenden Isoliertraverse von spannungsführenden Teilen (17, 18) isoliert befestigt ist.
6. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Löschkammer (15) über ein Isolierstoffzwischenstück (24) isoliert an der Innenwand des Metallgehäuses (1) befestigt ist.
7. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungen (25) außerhalb der Schaltzellen als Aufnahmeteile für Steckelemente wie z.B.

Kabelstecker (9) und Zubehörkästen (1o) ausgebildet und innerhalb der Schaltzelle mit angeschraubten Verbindungsleitungen (26) versehen sind.
8. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaltzelle mit einem mit Hochspannungssicherungen (23) bestückten und mit Isoliergas gefüllten Sicherungskasten (lo) baukastenmäßig erweitcrbar ist.
9. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Hochspannungssicherung (23) in einem für sich geschlossenen, mit Isoliergas gefüllten Sicherungskasten (lo) einpolig ergänzbare Einheit untergebracht ist.
to. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungskasten (10) gasdicht durchgeführte Steckanschlüsse (28) zur Herstellung der elektrischen Verbindung besitzt, die einerseits mit den Durchführungen der Schaltzelle (25) und andererseits mit Kabelsteckern (9) kuppelbar sind.
11. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß jede Löschkammer (15) mit Druckgas gefüllt ist.
12. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfüllungen in Löschkammer (15) und Schaltzelle aus dem gleichen Gas bestehen.
13. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösch- und Isoliergas Schwefelhexafluorid verwendet wird.
14. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwerte der Gas füllungen in Löschkammer (15) und Schaltzelle annähernd gleich sind.
15. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen Erdungsschalter (16) beinhalten, die ebenfalls mit einer gasdicht aus der Schaltzelle herausgeführten Antriebsstange (20s) versehen sind.
16. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzellen mit Abstand nebeneinander an dem Sammelschienenkasten (5) befestigt sind.
17. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen zugänglichen Teil der Schaltzellenkapselung eine Sichtscheibe (14) gas- und druckdicht eingelassen ist.
18. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle des Lasttrennschalters und die des Erdungsschalters in einem die Seitenwände der Schaltzelle mechanisch fest verbindenden Rohr (35) gelagert sind.
19. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 -18, dadurch gekennzeichnet, daß das die Seitenwände einer Schaltzelle verbindene Rohr (35) neben den Antriebswellen der Schaltgeräte (15, 16) zusätzliche Elemente zur beschleunigten Ein- und Ausschaltung der Schaltgeräte (15, 16), insbesondere Federsprungschaltung beinhaltet.
20. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß alle die Schaltanlage bildenden Metallgehäuse (1, 5, 1o) über eine durchgehende Erdungsleitung miteinander verbunden sind.
21. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1- 20, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaltanlage tragenden Stützen (7, 7) aus Metall bestehen und Bestandteile der durchgehenden Erdungsleitung sind.
22. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 - 21, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Druckgas gefüllten Metall gehäuse (1, 5, lo) durch Profilgebung mechanisch verstärkt sind.
23. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein zugänglicher Kapselungsabschnitt z.B. des Sammelschienenkastens (5) mit Druckanzeiger (12) und Gasfüll- bzw. Entnahmeventil (36) versehen ist.