DE2814144A1

DE2814144A1 - Schottungsisolator

Info

Publication number: DE2814144A1
Application number: DE19782814144
Authority: DE
Inventors: Georg-Heinz Krieter; Gerhard Mauthe
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1978-03-13
Filing date: 1978-04-01
Publication date: 1979-09-20
Also published as: US4316051A; JPS54127582A; HU178185B; FR2420234B1; FR2420234A1; BR7901481A; DE7809727U1

Description

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Schottungsisolator

Die Erfindung betrifft einen Schottungsisolator mit Lagerung in wenigstens einer Isolatorhalterung.

Aus der Beschreibungseinleitung der CH-PS 464 321 ist es bekannt, dass z.B. bei druckgasisolierten, metallgekapselten HochspannungsSchaltanlagen mit durch Schottungswände gasdicht abgeschotteten EinzelabteiLen der Innendruck in einem solchen Einzelabteil verhältnismässig rasch ansteigt, wenn dort durch irgendeine Störung ein ungewollter Lichtbogen auftritt, Um nun einen solchen Anstieg des Innendruckes unter Kontrolle zu halten und dadurch eine Explosion der Metallkapselung unmöglich zu machen, wird gemäss Patentanspruch der vorgenannten Patentschrift vorgeschlagen, aus Isolatoren bestehende Schottungswände als Schottungsisolatoren in ihrer Festigkeit derart zu bemessen, dass sie bei einem Berstdruck von etwa einem Drittel desjenigen Druckes explodieren, bei dem die die Schottungsisolatoren umgebende Metallkapselung berstet. Dadurch wird erreicht, dass bei Auftreten eines ungewollten Lichtbogens in einem Einzelabteil durch den dadurch entstehenden Anstieg des Innendruckes zunächst einer oder beide das Einzelabteil mitbegrenzenden Schottungsisolatoren brechen, wodurch der Druckanstieg nur mehr in einem grösseren Volumen weiter wirksam sein kann und dadurch eine Druckentlastung eintritt. Hierbei kann sich bei Stehenbleiben des Lichtbogens der vorbeschriebene Vorgang wiederholen, wobei es zu einem langsameren Ansteigen des Druckes kommt, weil das Volumen durch den Bruch der vorgenannten Schottungsisolatoren grosser geworden ist. Zur Eingrenzung des Schadenbereiches ist nach Unteranspruch 1 der CH-PS 464 321 weiters vorgeschlagen worden, dass die Schottungsisolatoren an Stellen zwischen gewissen Gruppen von Einzelabteilen angenähert den gleichen Berstdruck wie die Metallkapselung aufweisen. Es sind demnach

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Schottungsisolatoren für verschiedene Berstdrücke erforderlich.

Weiters ist aus der DT-OS 2 210 626 bekannt, einen Isolierstützer für druc.kgasisolierte, metallgekapselte Hochspannungs-Schaltanlagen, der zugleich als Schottungselement zwischen hintereinanderliegenden druckgasgefüllten Einzelabteilen für die Aufnahme von Bauteilen in solchen Schaltanlagen dient, derart auszubilden, dass er an einer oder mehreren Stellen im Querschnitt so geschwächt ist, dass bei überhöhten Drücken diese Stellen bersten, seine Tragfähigkeit aber erhalten bleibt. Nun erfordert aber die Herstellung solcher Isolierstützer nicht einfache und deshalb entsprechend teure Giessformen. Der Grund hierfür ist vor allem darin zu suchen, dass die . Isolierstützer an einer oder mehreren Stellen im Querschnitt entsprechend genau geschwächt sein müssen, derart, dass diese Schwachstellen nicht bereits bei zu gering überhöhten Drücken unerwünscht zu früh ansprechen bzw. bersten, weil dadurch die Hochspannungs-Schaltanlage unnötig ausser Betrieb gesetzt würde, diese Schwachstellen aber auch keine zu stark überhöhten Drücke zulassen, weil dadurch der erwünschte Schutz der Hochspannungs-Schaltanlage nicht gewährleistet wäre. Ein solcher Isolierstützer weist aber nicht nur eine konstruktive Inhomogenität auf, sondern kann auch stofflich inhomogen sein, weil die Stellen mit verringertem Querschnitt aus einem anderen Material als der Stützer bestehen können. Nun weisen aber solche Isolierstützer grosse Ansprechstreuungen auf. Ausserdem können jene an ihren empfindlichen Schwachstellen bei der Handhabung leicht beschädigt werden. Selbst wenn man von den vorstehenden Darlegungen bezüglich eines solchen Isolierstützers absieht, weist ein und derselbe Isolierstützer unterschiedliche Festigkeiten auf.

Der Erfindung liegt hingegen die Aufgabe zugrunde, bei

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einem in wenigstens einer Isolatorhalterung angeordneten Schottungsisolator beliebiger, im allgemeinen homogener Ausführung, selbst bei Verwendung nur einer bestimmten Isolatortype und Grössenklasse, in einfachster Weise ein erwünschtes, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Grosse und Richtung der am Schottungsisolator angreifenden äusseren Kräfte, unterschiedliches Isolatorbrech- bzw. -berstverhalten zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt in Sicht auf die konstruktive Ausgestaltung im wesentlichen gemäss der Kennzeichnung des Anspruches 1, wobei eine bevorzugte Verwendung im Anspruch 16 angegeben ist.

Die mit der Erfindung gemäss Kennzeichnung des Anspruches 1 bzw. nach Anspruch 16 erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass man auch bei Verwendung nur einer Isolatortype und Grössenklasse ohne Veränderung des Isolators lediglich durch Anordnung von LagsrsteLlen bzw. Lager oder Zwischenlager zwischen dem Schottungsisolator und der Isolatorhalterung den Isolator-Soll-Bruch bzw. das Isolatorbrech- bzw.

-berstverhalten nach Wunsch entsprechend vorbestimmen kann. Aber auch eine einfache Formänderung der Flansche der Isolatorhalt erung und bzw. oder des Isolatorflansches durch Anordnung von Lagersteilen bzw. Lager an den dem Isolator zugewandten Rändern der Flansche der Isolatorhalterung und bzw. oder den der Isolatorhalterung zugewandten Rändern des Flansches des Isolators bewirkt in einfache Weise eine Mitbestimmung des Isolator-Soll-Bruches. Bei Einsatz von derart ausgebildeten Schottungsisolatoren und Isolatorhalterungen bei druckgasisolierten HochspannungsSchaltanlagen mit Unterteilung deren jeweiliger metallischer Anlagenkapselung in gegeneinander gasdicht abgeschotteten Einzelabteile mit unterschiedlichen zulässigen oberen Grenzdrücken des Isolier-

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gases ergibt sich der weitere Vorteil, dass solche aneinandergrenzende Einzelabteile mittels eines einzigen richtungsabhängig auf unterschiedliche Berstdrücke ansprechenden Schottungsisolators abgeschottet werden können. Dadurch ist in weiterer Folge in einfachster Weise eine druckmässige Staffel-ung der Einzelabteile der jeweiligen Schaltanlagenkapselung verwirklichbar.

Besonders vorteilhaft ist es, den Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach den Ansprüchen 1 und 12 auszuführen weil dadurch ohne Veränderung des Schottungsisolators in einfachster Weise eine weitere vielfältige Differenzierung des Isolator-Soll-Bruches bzw. des Isolatorbrech- oder -berstverhaltens möglich ist. Im Vergleich mit einem am Rande nur abgestützten bzw. frei auf- oder anliegenden Schottungsisolator treten bei einem in der Isolatorhalterung formschlüssig und bzw. oder kraftschlüssig angeordneten bzw. eingespannten oder fest eingespannten Schottungsisolator erheblich kleinere Durchbiegungen und bei scheibenförmiger oder kreisplattenförmiger Grundform kleinere radiale und tangentiale Spannungen auf, so dass bei ein- und demselben Schottungsisolator samt Isolatorhalterung je nach dessen Lagerung in Sicht auf das Isolatorbrech- bzw. -berstverhalten eine Erweiterung des Bereiches der Druckbelastbarkeit gegeben ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach den Ansprüchen 2, 5 und 7 auszuführen, um, wenn man von .den sonstigen Abmessungen des Isolators absieht, dessen Soll-Bruchverhalten in vorteilhafter Weise in Ahängigkeit vom zwischen den Lagerstellen bzw. Lagern mit freiem Durchmesser durchbiegbaren Teil des Schottungsisolators zu variieren. Dass das elastische Verhalten des Schottungsisolators hiebei wesentlich vom Verhältnis der Isolatordicke zu dem vorgenannten jeweiligen freien Durchmesser und weiters von sonstigen Abmessungen

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von nicht näher beschriebenen bzw. nicht dargestellten Eingus sarmaturen im Zentrum des Isolators sowie von der von der Scheiben- oder Kreisplattenform abweichenden tatsächlichen Isolatorform mitabhängt, wird hierbei als selbstverständlich angenommen und werden die dadurch sich ergebenden geringen Abweichungen vernachlässigt.

Weiters ist es besonders vorteilhaft, den Schottungsisolator nach Anspruch 8 auszuführen, um dadurch in einfachster Weise ein in Abhängigkeit von der Richtung und Grosse der am Schottungsisolator angreifenden äusseren Kraft, wie dem Gasdruck bei druckgasisolierten Hochspannungs-Schaltanlagen, abhängiges Soll-Bruch- bzw. Isolatorbrech- oder -berstverhalten zu gewährleisten.

Ausserdem. ist es vorteilhaft, den Schottungsisolator samt Isolatorhalterung nach Anspruch 10 auszuführen, um bei einer oder mehreren axialen Erstreckung des freien Spaltes 7 von der Grosse bzw. dem Wert Null bzw. sich dadurch näher zur Mitte bzw. Achse 4 ergebenden Lagerstellen bzw. Lagern 3 in einfachster Weise für den Schottungsisolator die spannungs- sowie durchbiegungsmässigen Vorteile zumindest einer aussen und innen frei aufliegenden Scheibe bzw. Kreisplatte zu nützen.

Weitere mit der Erfindung erzielte Vorteile bestehen in der Vermeidung einer relativ grossen Ansprechstreuung hinsiehtlieh des Isolatorbrech- bzw. -berstverhaltens, wobei die Ansprechgenauigkeit zufolge der Erfindung in einfachster Weise und vor allem ohne Verschlechterung der Eigenschaften eines normalen Isolators erreicht wird. So bedarf es bei der Erfindung keiner insbesondere durch Isolatorschwachstellen und bzw. oder durch Verwendung von verschiedenem Isolatorwerkstoff hervorgerufenen unterschiedlichen Isolatorfestigkeiten, die eine leichte Verletzungsfähigkeit solcher Isolatoren begründen. Aber auch hinsichtlich der Fertigung ist der Er-

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findungsgegenstand sehr vorteilhaft, da er mittels einfacher Giessformen billig realisiert werden kann. Gesamthaft und spezifisch gesehen ist mittels der Erfindung vor allem das Lichtbogenschutzkonzept bei metallgekapselten Hochspannungs-Schaltanlagen lösungsmässig in einfacher Weise verbesserbar.

• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele schematisch sowie ein Konstruktionsbeispiel samt Detail dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Schottungsisolators j der an den Rän

dern seiner beiden Lagerungs- bzw. Stirnflächen mittels Lager in einer aus zwei Teilen bestehenden Isolatorhalterung angeordnet ist,

Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1, aber mit dem Unterschied, dass die Lager an den Rändern der

Stirnflächen erheblich kleiner ausgebildet und zugleich von der strichpunktiert angedeuteten Mitte bzw. Achse des Schottungsisolators weiter entfernt angeordnet sind,

Fig. 3a eine Darstellung wie in Fig. 2, nur dass die Lager nicht am Schottungsisolator sondern an den beiden Teilen der Isolatorhalterung angeordnet sind,

Fig. 3b eine Lagerstelle bzw. Lager nach Fig. 3a in Vergrösserung,

Fig. 4a eine Darstellung wie in Fig. 3a, jedoch mit

bzgl. Schottungsisolator sowie Isolatorhalterung separat angeordneten Lagern,

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Pig. 4b eine Lagersteile bzw. Lager nach Fig. 4a in Vergrö s s erung,

Fig. 5a eine Darstellung nach den Figuren 2 und 3a, so dass die Lager sowohl am Schottungsisolator als auch an der Isolatorhalterung angeordnet

sind,

Fig. 5b eine Lagerstelle bzw. Lager nach Fig. 5a in Vergrö s s erung,

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Schottungsisolators, der am Rand

seiner einen Lagerungs- bzw. Stirnfläche mittels einer relativ grossen Lagerstelle bzw. Lager und am Rand seiner anderen Lagerungs- bzw. Stirnfläche mittels einer vergleichsweise relativ kleinen Lagerstelle bzw. Lager in einer aus zwei

Teilen bestehenden Isolatorhalterung angeordnet ist,

Fig. 7a einen im Schnitt dargestellten Schottungsisolator in Seitenansicht, mit unterschiedlichen Lagerstellen bzw. Lager,

Fig. 7b den in Fig. 7a im Schnitt dargestellten oberen Teil des Schottungsisolators in Vergrösserung,

Fig. 8a ein Teil im wesentlichen wie in Fig. 7b, das in einer aus zwei Teilen bestehenden Isolatorhalterung gelagert ist und an beiden Rändern der Stirn

flächen jedoch gleiche Lagerstellen bzw.'Lager aufweist,

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Fig. 8b eine Vergrösserung von Pig. 8a, wobei nur ein Teil der Isolatorhalterung dargestellt ist,

Fig. 9a eine Vergrösserung wie in Fig. 8a, jedoch mit Lagersteilen bzw. Lager wie in Fig. 7b, und

Fig. 9b eine Vergrösserung von Fig. 9a, wobei nur ein

Teil der einen Isolatorhalterung dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Teil eines schematisch dargestellten im wesentlichen scheibenförmigen Schottungsisolator 1, dessen erste Lagerungs- bzw. Stirnfläche mit la und dessen zweite Lagerungs- bzw. Stirnfläche mit Ib bezeichnet ist. Am Rand laa der ersten Stirnfläche la sowie am Rand lbb der zweiten Stirnfläche Ib ist je ein Lager 3 angeordnet. Die Lager 3 weisen im wesentlichen eine ringförmige Raumform auf. Die Höhe dieser Lager 3 ist mit h bezeichnet. Die Lager bzw. Ringe 3 sind hierbei an den Stellen χ der Ränder laa, lbb am Schottungsisolator 1 angeordnet, wobei die beiden Stellen χ die Form von ebenen Ringflächen aufweisen. Der Schottungsisolator 1 liegt demnach zumindest mit der freien Stirnfläche 3a des einen Lagers 3 am ersten Teil 2a oder wenigstens mit der freien Stirnfläche 3a des anderen Lagers 3 am zweiten Teil 2b der Isolatorhalterung 2a, 2b an. Die beiden vorgenannten freien Stirnflächen 3a sind gleich gross und weisen ebenfalls die Form von ebenen Ringen mit gleichen äusseren und inneren Durchmessern auf. Wird nun der Schottungsisolator 1, wie der Pfeil P symbolisch an-

deutet, beispielsweise durch Gasdruck einseitig beaufschlagt, so ergibt sich ein Reaktionsverhalten des Schottungsisolators 1, das vor allem durch dessen Werkstoff sowie dessen Dicke und den freien inneren Durchmesser der ringförmigen freien Stirnflächen 3a bestimmt ist. Wenn die Druckbeaufschlagung, wie mittels des P entgegengesetzt gerichteten

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Pfeiles P, angedeutet, an der anderen Seite des Schottungsisolators 1 mit gleicher Stärke ebenfalls einseitig erfolgt, so wird das Reaktionsverhalten, wie die auftretenden Spannungen und Durchbiegung, den absoluten Werten nach mit dem erstgenannten Reaktionsverhalten übereinstimmen. Ein gemäss Fig. 1 gelagerter, sowohl hinsichtlich seines schraffierten Querschnitts als auch seiner strichpunktiert angedeuteten Achse symmetrischer Schottungsisolator 1 zeichnet sich demnach gegenüber den vorgenannten Druckbeaufschlagungen P

oder P, durch ein druckrichtungsabhangiges aber gleiches Verhalten auf, so dass bei Ueberschreiten der Berstgrenze des Schottungsisolators 1, dieser je nach Richtung des

Druckes P bzw. P, entweder in die eine oder die entgegengea D

setzte Richtung hin zerbricht.

In Fig. 2 sind alle den Teilen bzw. Positionen der Fig. 1 entsprechenden Teile bzw. Positionen gleich wie in Fig. 1 bezeichnet. Auch in Fig. 2 ist der Schottungsisolator 1 hinsichtlich seines schraffierten Querschnittes sowie seiner strichpunktiert angedeuteten Achse symmetrisch ausgebildet.

Jedoch sind im Vergleich mit Fig. 1 die ebenen ringförmigen Stellen x, an denen die ringförmigen Lager 3 an den Rändern laa und Ibb der ersten la und zweiten Lagerungs- bzw. Stirnfläche Ib angeordnet sind, erheblich kleiner als in Fig. 1. Da die die Lager 3 möglichst weit aussen an den Lagerungsflächen la, Ib angeordnet sind, weisen die an der Isolatorhalterung 2a, 2b anliegenden freien Stirnflächen 3a der Lager 3 bei gleichem Durchmesser des Schottungsisolators wie in Fig. 1 einen grösseren freien inneren Durchmesser ihrer ebenen Ringform auf. Daraus ergibt sich, dass bei gleicher Druckbeaufschlagung P_ bzw. P, , wie im Ausführungs-

a υ

beispiel gemäss Fig. 1, eine stärkere Reaktion bzw. grössere Spannungen sowie eine grössere Durchbiegung als beim Beispiel nach Fig. 1 auftreten werden. Entspricht nun der Gasdruck P bzw. P, gerade dem Berstdruck der Ausführung des

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Schottungsisolators nach Pig. 2, so gibt diese Ausführung gerade die Lösung für die Lagerung des Schottungsisolators an, bei der der Soll-Bruch des Isolators für einen nach Grosse und Richtung vorgegebenen Gasdruck P oder P, erfolgt.

a D

In Pig. 3a sind den vorhergehenden Figuren entsprechende Positionen genauso wie dort bezeichnet. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungen nach Fig. 2 einerseits und Fig. 3a andererseits besteht darin, dass die Lagerstellen bzw. Lager 3 nicht an den Stellen χ der Ränder laa bzw. lbb der Lagerungs- bzw. Stirnflächen la sowie Ib sondern an den den Stellen χ gegenüberbefindlichen Stellen y der Isolatorhalterung 2a, 2b angeordnet sind. Die Variante gemäss Fig. 3a weist jedoch ein gleiches Berstverhalten wie die Ausführung nach Fig. 2 auf.

Fig. 3b zeigt nun ein Lager 3 nach Fig. 3a in Vergrösserung. Die Lager 3 liegen im Gegensatz zur Variante nach Fig. 2 mit ihren freien Stirnflächen 3a nicht an der Isolatorhalterung 2a, 2b, sondern an den den Stellen y gegenüberbefxndlxchen Stellen χ an den Rändern laa sowie lbb des Schottungsisolators an. Die Stützwirkung der Lager 3 ist jedoch im wesentlichen die gleiche wie in der Variante nach Fig. 2, denn die freien Stirnflächen 3a der Lager 3 sind nach Fig. 3a gleich gross wie in Fig. 2 und weisen die Form von einander gleichen ebenen Ringen mit gleichen äusseren und freien inneren Durchmessern wie in Fig. 2 auf. Ausserdem stimmen die Höhen h der Lager überein und sind die freien Spalte 7 zwischen den Schottungsisolatoren 1 und den Isolatorhalterungen 2a, 2b gleich.

Fig. 4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Lagerstellen bzw. Lager 3 bezüglich des Schottungsisolators sowie der Isolatorhalterung 2a, 2b separat und zwischen den letztgenannten Teilen bzw. einander gegenüberbefxndlxchen Stellen χ und y angeordnet sind, wobei die Konfiguration

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bzw. räumliehe Gestaltung der Variante nach Fig. 4a im wesentlichen der der F.ig· 3a entspricht. Es liegt auf der Hand, dass der Schottungsisolator 1, der gleich wie in Fig. 3a ausgebildet ist, bei einer dem Berstdruck entsprechenden Druckbeaufschlagung P oder P. wie in der Variante gemäss

et D

Fig. 3a zerbricht.

In Fig. 4b ist zur besseren Verdeutlichung eine Lagerstelle bzw. Lager 3 nach Fig. 4a vergrössert dargestellt. Sowohl in Fig. 4a als auch in Fig. 4b sind den Teilen der vorhergehenden Figuren entsprechende Teile wieder gleich bezeichnet.

Fig. 5a zeigt eine Ausführung, bei der die Lagerstellen bzw. Lager 3 sowohl an den Stellen χ des Randes laa der ersten Lagerungs- bzw. Stirnfläche la als auch an den den Stellen χ gegenüberbefindlichen Stellen y der Isolatorhalterung 2a, 2b angeordnet sind. Die Summe der Höhen der jeweils an den freien Stirnflächen 3a einander abstützenden Lagersteilen bzw. Lager 3 entspricht der Höhe h der Lagersteilen bzw. Lager 3 in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, wobei die freien Spalte 7 zwischen dem Schottungsisolator 1 und der Isolatorhalterung 2a, 2b wieder wie in den vorhergehenden Figuren 2 bis 4b ausgebildet sind. Auch bei dieser Variante liegt wieder ein Berstverhalten wie bei den vorhergehenden Beispielen gemäss Fig. 2, 3a und 4a vor.

In Fig. 5b ist vergrössert eine Lageisteilen- bzw. Lageranordnung 3j 3 nach Fig. 5a abgebildet, um die Details besser erkennen zu können.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem an der Stelle χ des Randes laa de-r ersten Lagerungs- bzw. Stirnfläche la eine Lagerstelle bzw. Lager 3 wie in Fig. 2 und an der Steile χ des Randes lbb der zweiten Lagerungs-

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bzw. Stirnfläche Ib eine Lagerstelle bzw. Lager 3 wie in Fig. 1 angeordnet ist. Diese Variante vereinigt nun in sich in Abhängigkeit von der Richtung sowie Grosse der Druckbeaufschlagung P bzw. P, die Eigenschaften der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 und 2, wobei wieder angenommen ist, dass die Grosse des Gasdruckes P gleich gross, aber

3.

entgegengesetzt gerichtet der Grosse des Gasdruckes P ist, und der Gasdruck P nach Richtung und Grosse gerade dem

Berstdruck des Schottungsisolators 1 entspricht. Nach den voranstehenden Darlegungen zu den Figuren 1 und 2 ergibt sich, dass die ebne, ringförmige, freie Stirnfläche 3a, mit der die Lagerstelle bzw. das im wesentlichen eine ringförmige Raumform aufweisende Lager 3 am ersten Teil 2a der Isolatorhalterung 2a, 2b anliegt, einen erheblich kleineren freien inneren Durchmesser d. aufweist als die ebenfalls ebene, ringförmige, freie Stirnfläche 3a, mit der das im wesentlichen eine ringförmige Raumform aufweisende Lager 3 am zweiten Teil 2b der Isolatorhalterung 2a, 2b anliegt. Der grössere freie innere Durchmesser der letztgenannten Stirnfläche 3a ist in Fig. 6 mit D. bezeichnet und entsprechend wie d. nur angedeutet, weil der im wesentlichen, scheibenförmige Schottungsisolator 1 nicht zur Gänze ersichtlich ist. Zufolge der unterschiedlichen Abstützung des Schottungsisolators 1 am ersten Teil 2a der Isolatorhalterung 2a, 2b mit einem freien inneren Durchmesser d., der erheblich kleiner ist als der relativ hiezu beträchtlich grössere freie innere Durchmesser D·, mit dem sich der Schottungsisolator 1 am zweiten Teil 2b der Isolatorhalterung 2a, 2b abstützt, wird bei grössenmässig gleichen aber entgegengesetzt gerichteten Gasdrücken P. und P, , bei einseitiger Druckbeaufschlagung

a. D

durch P, insbesondere die Durchbiegung des Schottungsisolators 1 nach der einen, in der Fig. 6 also linken Seite erheblich kleiner sein als die Durchbiegung nach der anderen bzw. rechten Seite, wenn hiebei der Schottungsisolator 1 einseitig durch den Gasdruck P beaufschlagt wird. Bei einer

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bestimmten Grosse des Gasdruckes P₀ = P, wird demnach der

ei D

Schottungsisolator bei Einwirkung eines solchen Gasdruckes bzw. Berstdruckes P bersten bzw. zerbrechen wogegen bei

EinwirJcung eines gleich grossen aber entgegengesetzt gerichteten Gasdruckes P, der Schottungsisolator 1 noch unbeschädigt bleibt.

Fig. 7a zeigt einen Axialschnitt eines im wesentlichen topfförmigen Schottungsisolators 1, wie ein solcher bei druckgasisolierten metallgekapselten Hochspannungs-Schaltanlagen Verwendung findet, in Seitenansicht. Die Lagerstellen bzw. Lager sind wieder mit 3 bezeichnet. Die Ränder laa, lbb der Lagerungs- bzw. Stirnflächen la, Ib des Schottungsisolators 1 sind von ringförmigen Vertiefungen 5a für die wenigstens teilweise Aufnahme von gasdichten Dichtungen durchbrochen.

Der Befestigungsring des Schottungsisolators 1 ist mit 6 bezeichnet. Hinsichtlich der Lagerung bzw. der Lagerstellen oder Lager 3 des Schottungsisolators 1 gemäss Fig. 7a liegen ähnliche Verhältnisse vor wie bei der bereits beschriebenen Variante nach Fig. 6. Während am Rand lbb der zweiten Lagerungs- bzw. Stirnfläche Ib der Variante nach Fig. 6 ein einziges im wesentlichen ringförmiges Lager 3 mit einer ebenen, ringförmigen, freien Stirnfläche 3a mit einem kleineren freien inneren Durchmesser d. angeordnet ist, sind am Rand lbb der zweiten Stirnfläche Ib der Ausführung nach Fig. 7a zwei zueinander konzentrische ringförmige Lager 3 angeordnet, wobei das kleinere ringförmige Lager 3 eine ebene, ringförmige, freie Stirnfläche 3a mit dem kleineren freien inneren Durchmeser d. aufweist. Vergleichsweise mit Fig. 6 kann man die beiden konzentrischen Lager 3 als ein Lager auffassen, das durch eine ringförmige Vertiefung 5a in zwei Lager unterteilt und die Vertiefung 5a durch eine mehr oder weniger wie ein Lager wirkende Dichtung ausgefüllt ist, wie nachstehend noch erläutert wird. Entsprechend der Variante nach Fig. 6 ist auch bei der Ausführung nach Fig. 7a am Rande laa

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der ersten Lagerungs- bzw. Stirnfläche la ein einziges ringförmiges Lager 3 mit einem grösseren freien inneren Durchmesser D. seiner freien Stirnfläche 3a als am Rande Ibb der zweiten Stirnfläche Ib angeordnet. Demnach gilt auch für die Ausführung nach Fig. 7a, dass der Schottungsxsolator 1 an der ersten Stirnfläche la durch das Lager 3 weiter aussen abgestützt ist, wogegen an der zweiten Stirnfläche Ib die Abstützung durch die Lager 3 viel weiter nach innen reicht bzw. an bzgl. der Achse des Isolators 1 näher gelegenen Stellen erfolgt als an der ersten Stirnfläche la.

Fig. 7b zeigt den oberen Teil der Schnittdarstellung von Fig. 7a in Vergrösserung, wobei einander entsprechende Teile bzw. Positionen wieder gleich wie in Fig. 7a oder wie in einer der vorhergehenden Figuren bezeichnet sind. Die am Rand laa der ersten Stirnfläche la des Schottungsisolators befindliche Isolatorverstärkung ist wie in Fig. 7a mit 8 bezeichnet. Wie aus Fig. 7b ersichtlich istj steht das an der ersten Stirnfläche la angeordnete Lager 3 in axialer Richtung um die Differenz d weiter vor als die Isolatorverstärkung 8j so dass letztere keine Lagerwirkung ausüben kann. Die an der zweiten Stirnfläche Ib angeordneten Lager 3 stehen hingegen in axialer Richtung gleich weit vor. Der metallische Befestigungsring 6 weist Bohrungen 6a auf, mittels der der Schottungsxsolator 1 an der Isolatorhalterung 2a, 2b befestigbar ist.

In Fig. 8a ist nun ein im wesentlichen wie in den Figuren 7b bzw. 7a ausgebildeter Schottungsxsolator 1, und zwar dessen Randzone zusammen mit der Isolatorhalterung 2a, 2b im Schnitt dargestellt, wobei entsprechende Positionen aus den vorhergehenden Figuren übernommen sind. Die Isolatorhalterung besteht hiebei aus den beiden Rohrflanschen 2a, 2b, wobei jeder dieser Flansche in ein metallisches Rohr 2c, z.B. einer druckgasisolierten, metallgekapselten Hochspannungs-Schaltanlage, übergeht. Die Rohrflansche 2a, 2b

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sind durch Gewindebolzen 10 mittels Muttern 10a unter Zwischenlage von Beilagsscheiben bzw. Pederringe 10b zwischen der jeweiligen Mutter und dem zugeordneten Plansch zusammengehalten, wobei zwischen den Planschen 2a, 2b der Befestigungsring 6 des Schottungsisolators 1 angeordnet ist. Die Toleranzspalte zwischen den Lagern 3 und dem ersten Teil der Isolatorhalt erung bzw. ersten Rohrflansch 2a sowie zweiten Teil der Isolatorhalterung bzw. zweiten Rohrflansch 2b sind mit 11 und deren axiale Erstreckungen mit d_T bezeichnet. Zwecks gasdichter Abdichtung sind zwischen dem Schottungisolator und den Rohrflanschen 2a, 2b wenigstens je eine gasdichte Dichtung 5 vorgesehen, die aus mindestens aus einem O-Ring besteht.

Fig. 8b zeigt einen Teil der Pig. 8a in Vergrösserung, wobei in beiden Figuren gleiche Positionen wieder gleich bezeichnet sind. Wie bereits aus Fig. 8a ersichtlich ist, sind die Lager 3 an beiden Seiten des Schottungsisolators gleich ausgebildet, sind die kleineren freien inneren Durchmesser d. gleich gross (siehe Fig. 8a), entspricht die Lagerung demnach im wesentlichen der Ausführung gemäss Fig. 1 und besteht demnach bezüglich der Grosse des Berstdruckes kein Unterschied, ob der Gasdruck nun an der einen oder an der anderen Seite des Schottungsisolators angreift. Erfährt nun der Schottungsisolator 1 nach Fig. 8b eine entsprechende Druckbeaufschlagung P. , so werden ausser der ständig anliegenden gasdichten Dichtung 5 auch die beiden Lager 3 am ersten Rohrflansch 2a .anliegen bzw. sich an diesem abstützen. Die gasdichte Dichtung 5 entspricht hiebei in ihrer Wirkung mehr oder weniger einer Lagerstelle bzw. Lager 3» je nach dem aus welchem Material diese Dichtung besteht und wie die ringförmige Vertiefung 5a in ihrem Querschnittsprofil ausgebildet ist, um die insbesondere unter erhöhter Pressung stehende Dichtung weniger oder mehr aufzunehmen,

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In Pig. 9a ist eine Variante wie in Fig. 8a dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass der Schottungsisolator 1 an seiner dem zweiten Rohrflansch 2b zugewandten ersten Stirnfläche la anstatt eines Lagers 3, wie die Variante 7b eine Isolatorverstärkung 8 aufweist, die an der Lagerung des Schottungsisolators 1 nicht beteiligt ist. Für die gasdichte Dichtung 5 zwischen der ersten Stirnfläche la bzw. deren Rand laa und dem zweiten Rohrflansch 2b gilt, was bereits vorstehend ausgeführt worden ist. So ist bei entsprechend elastischen Dichtungen 5 deren Lagerwirkung praktisch vernachlässigbar. Die Variante nach Fig. 9a entspricht demnach im wesentlichen der Ausführung nach Fig. S₃ wonach der Berstdruck P kleiner als der Berstdruck P. ist.

Fig. 9b zeigt den überwiegenden Teil der Fig. 9a in Vergrösserung. Aus Fig. 9b ist ebenfalls ersichtlich, dass die an der zweiten Stirnfläche Ib angeordneten Lager 3 mit ihren freien Stirnflächen 3a bis zu einem kleineren freien inneren Durchmesser d. bzw. Radius _i (siehe Fig.7a) von der Achse 4

2
des Schottungsisolators 1 entfernt am ersten Rohrflansch 2a anliegen, wogegen sich das Lager 3 an der ersten Stirnfläche la mit einem grösseren freien inneren Durchmesser D. am zweiten Rohrflansch 2b abstützt. Vernachlässigt man die Wirkung der zwischen der ersten Stirnfläche la und dem zweiten Rohrflansch 2b angeordneten gasdichten Dichtung 5_} so verhindert der freie Spalt 7 zwischen der Isolatorverstärkung 8 und dem zweiten Rohrflansch 2b, dass sich der Schottungsisolator 1 bei einer Druckbeaufschlagung P an einer anderen Lagerstelle als am Lager 3 am zweiten Rohrflansch 2b abstützt. Der freie Spalt 1 hat hiebei eine Grosse, die sich aus der axialen Differenz d zwischen den axialen Erstreckungen des Lagers 3 und der Isolatorverstärkung 8 und der Grosse d„ des Toleranzspaltes 11 zwischen dem Lager 3 sowie dem zweiten Rohrflansch 2b zusammensetzt. Stimmt die Differenz d

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mit der Höhe h des Lagers 3 überein, so hat der freie Spalt

7 die Grosse, die sich aus h und d™ ergibt. Man kann nun das in Fig. 9b dargestellte Profil der Isolatorverstärkung

8 entsprechend verändern und hiebei die Differenz d bis Null verringern und dadurch die Lagerung an der ersten Stirnfläche la entsprechend verändern, indem dadurch näher zur Mitte bzw. Achse 4 des Schottungsisolators 1 zumindest eine weitere Lagerstelle entsteht:

Bei den in den Figuren 8a bis 9b dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich um in der Isolatorhalterung bzw. den Rohrflanschen 2a, 2b eingespannte bz.w. fest eingespannte, bei Druckwirkung an einer der beiden Stirnflächen la, Ib mittels der Lager 3 sich an der jeweiligen Isolatorhalterung bzw. Rohrflansch 2a, 2b abstützende Schottungsisolatoren Hiebei ist in den Figuren 8a bis 9b die axiale Erstreckung d_ des jeweiligen Toleranzspaltes 11 zwischen den Teilen 3 und 2a bzw. 2b zur besseren Verdeutlichung mehr oder weniger zu gross dargestellt. Selbstverständlich kann die Raumform der Lager 3 auch anders als ringförmig ausgebildet sein. Weiters ist die Erfindung in ihrer Wirkungsweise nicht nur durch konzentrierte Druckkräfte P auslösbar. Die Schottungsisolatoren 1 nach der Erfindung können selbstverständlich auch durch gleichmässige Druckbelastungen ρ ausgelöst werden, so dass sich je nach Druckbelastung P oder ρ sowie form- und bzw. oder kraftschlüssige Lagerung bzw. Einspannung des Isolators unterschiedliche Reaktionen hinsichtlich Spannungen und Durchbiegung bis endlich zum Isolator-Soll-Bruch ergeben. Wesentlich für die Erfindung ist hingegen, dass bei ein und demselben Schottungsisolator in einfachster Weise lediglich durch verschiedenartige Abstützung und bzw. oder Einspannung unterschiedliches Soll-Bruch-Verhalten und demnach mit Hilfe einfachster Mittel ein erheblicher technischer Fortschritt erreicht bzw. langjährig bestehende technische Schwierigkeiten in eleganter Weise überwunden werden.

909838/0539

Claims

BBC Aktiengesellschaft

Brown, Boveri & Cie.

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Patentansprüche

Schottungsisolator mit Lagerung in wenigstens einer Isolatorhalt erung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Mitbestimmung eines durch äussere Kräfte bestimmter Grosse und Richtung auslösbaren Isolator-Soll-Bruches entweder am Schottungsisolator (1) oder an der Isolatorhalterung (2a, 2b) oder an bzw. zwischen diesen beiden Teilen (1; 2a₃ 2b) den Schottungsisolator (1) zumindest stützende Lagerstellen bzw. Lager (3) entsprechend verteilt angeordnet sind.
2. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schottungsisolator (1) wenigstens eine erste Lagerungsfläche (la) sowie mindestens eine davon verschiedene zweite Lagerungsfläche (Ib), wie eine erste sowie eine zweite Stirnfläche, für '15 seine Lagerung in der Isolatorhalterung aufweist, und dass die Lagerstellen bzw. Lager (3) an Stellen (x) wenigstens des Randes (laa) der ersten Lagerungsfläche (la) und mindestens des Randes (Ibb) der zweiten Lagerungsfläche (Ib) oder zumindest an diesen Stellen (x) gegen- überbefindlichen Stellen (y) der Isolatorhalterung (2a, 2b) oder jeweils an zwei solchen einander gegenüberbefindlichen oder gegeneinander versetzten Stellen (x, y) bzw. zwischen solchen Stellen (x, y) angeordnet sind.
3. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorhalterung wenigstens aus einem ersten Teil (2a) und aus einem zweiten Teil (2b) besteht.

§09838/0539 OR/G/NAL INSPECTED

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4. Schottungsxsolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lagerungsflache (la) aus einer ersten Stirnfläche und die zweite Lagerungsfläche (Ib) aus einer der ersten Stirnfläche im allge- meinen gegenüberbefindlichen zweiten Stirnfläche besteht.
5. Schottungsxsolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schottungsxsolator (1), wie insbesondere ein im wesentlichen scheibenförmiger oder topfförmiger Isolator, zentrisch symmetrisch bzw. axialsymmetrisch ausgebildet ist, und dass die Lagerstellen bzw. Lager (3) an gleich oder ungleich weit von der Mitte bzw. Achse (4) entfernten Stellen (x) der Ränder (laa, lbb) der Lagerungsflächen (la, Ib) angeordnet sind.
6. Schottungsxsolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch 1

oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schottungsxsolator im wesentlichen scheibenförmig oder topfförmig ausgebildet ist.
7. Schottungsxsolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Erstreckungen der jeweiligen Lagersteile bzw. Lagers (3) gleich und bzw. oder ungleich weit entfernt von der Mitte bzw. Achse (4) des Schottungsisolators (1) enden.
8. Schottungsxsolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch J₃ dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Erstreckungen aller an der ersten Lagerungsfläche (la) angeordneten Lagerstellen bzw. Lager (3) gleich weit und hiebei weiter von der.Mitte bzw. Achse (4) entfernt enden als alle radialen Erstreckungen der an der zxireiten Lagerungsfläche (Ib) angeordneten und hiebei gleich weit von der Mitte bzw. Achse (4) entfernt endenden Lagerstellen bzw. Lager (3).

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9. Schottungsisolator rait Isolatorhalterung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstellen bzw. Lager (3) im wesentlichen ringförmig ausgebildet und koaxial angeordnet sind.
10. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Spalt (7) zwischen dem Schottungsisolator (1) bzw. dessen Lagerungsflächen (Ia₃ Ib) einerseits und^fisolatorhalterung (2a, 2b) andererseits gleichbleibend oder unterschiedlich gross ist.
11. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h) der Lagerstellen bzw. Lager (3) mit der axialen Erstreckung des freien Spaltes (7) übereinstimmt.
12. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorhalterung (2a, 2b) zusammen mit den Lagerstellen bzw. Lagern (3) für den Schottungsisolator (1) eine formschlüssige und bzw. oder kraftschlüssige Lagerung bzw. Einspannung bilden.
13. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schottungsisolator (1) und der Isolatorhalterung (2a, 2b) wenigstens eine gasdichte Dichtung (5) angeordnet ist.
14· Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach Anspruch 133 dadurch gekennzeichnet, dass die gasdichte Dichtung (5) aus wenigstens einem O-Ring besteht.
15. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

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die Lagerstellen (3) zumindest punktförmig, geradenförmig oder schneidenförmigj. wie eine ebene oder eine Raumkurve ausgebildet bzw. als stützende bzw. abstützende und bzw. oder einspannende oder fest einspannende freie Stirnflächen (3a) die Form von ebenen oder krummen Flächen aufweisen, wobei die freien Strirnflachen (3a) Begrenzungsflächen von Raumformen aufweisenden Lagern (3) sind.
16. Schottungsisolator mit Isolatorhalterung nach einem der ~ vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er bei druckgasisolierten Schaltanlagen, insbesondere Hochspannungsschaltanlagen, deren spannungsführende Teile, wie Sammelschienen, Leistungs- und Trennschalter, Wandler etc. zusammen mit den Verbindungsleitern in gegeneinander durch Druckentlastungseinrichtungen gasdicht abgeschotteten Einzelabteilen der metallischen Schaltanlagenkapselung angeordnet sind, als Druckentlastungseinrichtung Verwendung findet.

909833/0539