DE3122886A1 - Verfahren zum fuellen und entleeren von gehaeusen fuer gasisolierte elektrische geraete und anlagen - Google Patents

Verfahren zum fuellen und entleeren von gehaeusen fuer gasisolierte elektrische geraete und anlagen

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Description

  • Verfahren zum Füllen und Entleeren von Gehäusen
  • für gasisolierte elektrische Geräte und Anlagen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • Ein Verfahren zum Füllen von Hochspannungsleitungen ist aus der DE-PS 20 48 994 bekannt. Ifierbei soll das am Gehäuseauslaß austretende Gasgemisch aus SF6 und Luft aufgefangen und das Isoliergas für eine Wiederverwendungl zum Beispiel in einem Schleuderverfahren 9 herausgetrennt werden Aus dem Aufsatz "Einsatz von Schwefelhexafluorid und seine Rückgewinnung aus einem Gasgemisch" erschienen in "Berichte aus Technik und Wissenschaft 38/1976 der Firma Linde, ist ein Verfahren bekannt, bei welchem SF6 durch Abkühlen auf Temperaturen wesentlich unter dem Tripelpunkt als Festkörper aus einem SF6 - N2 -Gemisch abgeschieden wird. Der Stickstoff über dem Festkörper wird durch Vakuumpumpen entfernt und das sehr reine SF6 anschließend durch Erwärmen wieder verflüssigt bzw. in den gasförmigen Zustand übergeführt.
  • Dem hierbei erzielbaren Reinheitsgrad des abgeschiedenen SF6 von mehr als 99 % und dem geringen Restgehalt an SF6 im Abgas von weniger als 1 % stehen als Nachteile die diskontinuierliche Arbeitsweise sowie die hohen Rnlagen-und Betriebskosten gegenüber.
  • Aus D A S 22 29 413 ist ein Auffang und Speicherbe hälter für SF6 mit einer Einrichtung zum Luftentzug bekannt. Sie besteht aus einem Dr',ckbeiälter, welchem flüssiges SF6 zugeführt wird und bei welchem nach Erreichen des kritischen Druckes ein oben angeordnetes Entlüftungsventil geöffnet wird. Diese Bedingung ist nur bei verschwindend geringem Luftanteil erfüllbar.
  • Damit ist auch unbedeutend, wenn mit der Luft beim Öffnen des Entlüftungsventiles eine unkontrollierbare Menge SF6 entweicht.
  • Metallgekapselte SF6- isolierte Schaltanlagen zeichnen sich gegenüber konventionellen luftisolierten Ausführungen durch wesentlich kleinere Bauweise und Unempfindlichkeit gegenüber atmosphärischen Umgebungshedingungen des Betriebsortes aus. Die höheren Kosten dieser Bauweise verhinderten bisher weitgehend eine Übertragung dieser technischen Vorteile auf Spannungsebenen unter 110 kV. Bei der Schaltanlagenkonzeption nach der DE-OS 26 59 038 wird auf ein evakuierbares Gehäuse verzichtet, und ein Luftanteil im Isoliergas von 5 oS oder mehr ist zulässig. Damit ist jetzt auch der wirtschaftliche Einsatz von metallgekapselten SF isolierten Schaltanlagen bei niedriger Nennspan-6 nungen möglich.
  • Das bei diesen Schaltanlagen notwendige Füll- und Entleerungsverfahren nach dem Verdrängungsprinzip hat gegenüber dem Verfahren bei evakuierbaren Anlagen den Nachteil erheblicher SF6-Verluste, die bis zu 50 % des Gehäusevolumens betragen können und daher entsprechend hohe Umweltbelastungen und Kosten verursachen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, die beim Fiillen und Entleeren auftretenden Isoliergasverluste unter wirtschaftlichen und fertigungstechnischen Gesichtspunkten auf ein Minimum zu beschränken, indem eine möglichst große Isoliergasmenge in einem kontinuierlichen Verfahren für die erneute Verwendung zurückgewonnen wird.
  • Die gestellte Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Aiispruches 1 gelöst.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel näher erläutert.
  • Das aus einem zu füllenden Schaltanlagengehäuse 1 (zig. 1) verdrängte Luft-Isoliergas-Gemisch soll über einen oder mehrere Kompressoren 2 unter hohem Druck einem gekühlten Trennbehälter 3 zugeführt werden. Dieser Trennbehälter, der vorteilhaft zylindrisch ausgeführt ist und mit seiner Achse senkrecht steht, besitzt oben ein Gasablaßventil 4 und unten ein Flüssigkeitsablaßventil 5. Außerdem besitzt er je eine Neßeinrichtung 6, 7 für Druck und Temperatur. Sobald der Isoliergaspartialdruck in diesem Behälter den der Behaltertemperatur entsprechenden Dampfdruck des Isoliergases übersteigt, bildet sich im unteren Behälterteil ein Flüssigkeitssumpf. Wird weiter Gasgemisch in den Trennbehälter 3 gefördert, so verflüssigt sich der Isoliergasanteil, während der Luftanteil einen Druckanstieg im Behälter bewirkt.
  • Über eine Meßeinrichtung 8 eines Flüssiglceitsstandanzelgers, der vorzugsweise mit einem Schaltkontakt ausgerüstet ist, kann bei ausreichender verflüssigter Isoliergasmenge das Signal zum Ablassen der Flüssigkeit durch das untere Ventil in einen Vorrat ebehält er 9 oder eine Flasche gegeben werden, oder das Ablassen automatisch erfolgen. Das Ablassen der Flüssigkeit muß langsam erfolgen, damit der Druckabfall im Behälter nicht zu spontanem Sieden führt. Außerdem darf die Flüssigkeit einen Mindestpegel nicht unterschreiten, um ein Durchschlagen des Gases in den Vorratsbehälter zu vermeiden Hierzu ist unter Umständen ein zweiter, weiter unten angebrachter Flüssigkeitsstandanzeiger von Vorteil, bei dessen Unterschreiten das Ablaßventil 5 geschlossen wird In der Regel ist jedoch ein Flüssigkeitsstandanzeiger mit Schaltkontakt ausreichend, der infolge seiner Schalthysterese jeweils kleine Flüssigkeitsmengen abläßt.
  • Damit der Mindestflüssigkeitsstand ausreichend hoch ist, ohne daß eine unverhältnismäßig große Flüssigkeitsmenge ständig im Trennbehälter 3 verbleiben muß, wird dieser vorteilhafterweise als senkrecht stehender Zylinder ausgeführt.
  • Das Ablassen des Gases aus dem Trennbehälter 3 erfolgt durch das obere Ventil 4. Da das Gas Isoliergas und Luft im Verhältnis Piso Partialdruck des Isoliergases Piso Ptot-Piso Gesamtdruck Ptot enthält, sollte zweckmäßigerweise nur dann Gas abgelassen werden, wenn der größtmögliche Gesamtdruck im Behälter 1 bei der niedrigstmöglichen Behältertemperatur ansteht. Unter diesen Bedingungen ist der Isoliergasverlust am kleinsten. Durch Reiiienschaltung eines Druck- und eines Temperaturschalters läßt sich auch dieser Vorgang leicht automatisieren, so daß ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist.
  • Mit dem neuen Verfahren gelingt es, aus Gasgemischen mit großem Luftmengenanteil das Isoliergas wirtschaftlich abzuscheiden.
  • Wird SF6 als Isoliergas verwendet, so ergeben sich je nach Menge des im Produktionsbetrieb oder auf der Baustelle anfallenden SF6-Luft-Gemisches wirtschaftliche Arbeitspunkte fiir den Trennbehälter 3 in einem Temperaturbereich zwischen - 20 0C und - 50 0C bei Drücken von 20 bis 50 bar.
  • Höhere Temperaturen und niedrigere Drücke bringen eine zu kleine SF6-Ausbeute, niedrigere Temperaturen führen zu Fest- körperbi ldung und damit zu Betriebsstörungen höhere Drücke steigern die Anlagekosten unverhältnismäßig im Vergleich zur Erhöllung der SF6-Ausbeute Die absoluten Isoliergasverluste des Füll- und Entleerungsvorganges eines Gehäuses für iiochspannungsge -rate oder- anlagen sind direkt abhängig von der dem Trennbehälter zugeführten Luft oder Schutzgasmenge. Es ist daher vorteilhaft, nicht das gesamte aus dem Gehäuse verdrängte Gasgemisch dem Trennbehälter zuzuführen, sondern einen Zeitpunkt zu wählen, welcher den kleinstmöglichen Isoliergasverlust ergibt.
  • Fig. 2 zeigt den quantitativen Verlauf der SF6-Xonzentrat ion an der Ausströmöffnung eines Schaltfeldgehäuses beim Füllen nach der Verdrängungsmethode Die Fläche F oberhalb der Kurve entspricht dem aus dem Gehäuse entweichenden Luftvolumen während die Fläche F2 darunter das entweichende SF6-Volumen ergibt. Der Entleerungsvorgang verläuft bei vertauschten Anschlüssen sinngemäß, wobei F1 das Isoliergasvolumen und F2 das Luftvolumen darstellen. Führt man das Gasgemisch zu früh (vor dem Zeitpunkt t t) dem Trennbehälter zu, so entstehen erhöhte SF6- Verluste beim Ablassen der Luft aus dem Behälter.
  • Führt man es zu spät zu (nach dem Zeitpunkt topf), sind die direkt in Atmosphäre entweichenden SF6-Verluste zu hoch. Der optimale Zuschaltzeitpunkt läßt sich rechnerisch bestimmen. Er ist dann erreicht, wenn der Isoliergasanteil im Abgas gleich dem Quotienten aus Partialdruck des Isoliergases und Gesamtdruck im Trennbehälter (Piso/ P ) bei den für das Öffnen des Gasablaßventils vorgegebenen tot Betriebsbedingungen des Trennbehälters ist.
  • Es ist daher zweckmäßig während eines Füll- oder Entleerungsvorganges das aus dem Gehäuse austretende Gas bezüglich seines Isoliergasanteils zu überwachen und über Ventile deln Trennbehälter oder der Atmosphäre zuzufiihren, je nachdem ob der Isoliergasanteil größer oder kleiner ist als Piso/Ptot.
  • Das beschriebene Füll- uiid Entleerungsverfahren von GehcilJsen für gasisolierte elektrische Geräte und Anlagen mit niedrigem Isoliergasverlust ist grundsätzlich anwendbar, wenn das Isoliergas einen gegenüber Luft deutlich niedrigen Dampfdruck aufweist, was neben SF6 auch zum Beispiel für halogenisierte Kohlenwasserstoffe zutrifft, die als Isoliergase interessant sind.
  • Wenn beim Entleeren der Kontakt zwischen Sauerstoff und etwaigen Spaltprodukten des Isoliergases nicht erwünscht ist, kann statt Luft auch Stickstoff oder ein anderes inertes Gas verwendet werden. Ebenso kann das Gehäuse vor dem Füllen mit einem Schutzgas gefüllt sein, welches durch das Isoliergas verdrängt wird. Besonders vorteilhaft läßt sich das Verdrängungsverfahren jedoch durchführen, wenn der Dichteunterschied zwischen Isoliergas und Verdrängungsgas sehr groß ist.

Claims (6)

  2. A n s p r ü c h e Verfahren zum Füllen und Entleeren von Gehäusen für gasisolierte elektrische Geräte und Anlagen, die betriebsmäßig mit einem Gas (vor2ugsweise SF6) gefüllt sind, dessen Dampfdruck deutlich niedriger ist als der von Luft und welche gefüllt werden, indem das durch einen möglichst weit unten am Gehäuse liegenden Gasanschluß einströmende Isoliergas das im Gehäuse vorhandene Gas (Luft, N2 oder anderes Schutzgas) durch einen zweiten, vorzugsweise oben liegenden. Gasanschluß verdrängt, und welche entleert werden, indem das Isoliergas in entgegengesetzter Richtung durch einströmende Luft, N2 oder ein anderes Schutzgas verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Gehäuse verdrängte Gas zur Wiedergewinnung von Isoliergas unter hohem Druck einem gekühlten Trennbehälter (3) zugeführt wird, weicher an seiner höchsteii Stelle ein Gasahlaßventil (je), an seiner tiefsten Stelle ein Flüssigkeitsablaßventil (5) sowie wenigstens je eine Meßeinrichtung (6,7,8) zur Erfassung des Druckes, der Temperatur und des Flüssigkeitsstandes besitzt ,) ) Verfahren zum Füllen und Entleeren von Gehäusen für gasisolierte elektrische Geräte und Anlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasablaßventil (4) des Trennbehälters (3) selbsttätig äffnet, wenn im Innern des Behälters eine vorgegebene Temperatur unter3chritten und gleichzeitig ein ebenfalls vorgegebener Druck überschritten wird
  3. 3. Verfahren zum Füllen und Entleeren von Gehäusen für SF6-isolierte elektrische Geräte und Anlagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für das selbsttätige Öffnen des Gasablaßventiies () vorgegebene Grenztemperatur zwischen - 20°C und - 50°C liegt und der vorgegebene Grenzdruck zwischen 20 bar und 50 bar liegt.
  4. 4. Verfahren zum Füllen und Entleeren von Gehäusen für gasisolierte Geräte und Anlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Füllen oder Entleeren aus den Gehäusen (1) entweichende Gas bezüglich seines Isoliergasanteiles überwacht und nur dann dem Trennbehälter (3) zugeführt wird wenn der Isoliergasanteil wenigstens so groß ist wie der Quotient aus Partialdruck des Isoliergases und Gesamtdruck im Trennbehälter (3) bei den für das Öffnen des Gasablaßventiles (4) vorgegebenen Betriebsbedingungen.
  5. 5. Verfahren zum Füllen und Entleeren von Gehäusen für gasisolierte elektrische Geräte und Anlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsablaßventil (5) geöffnet wird, wenn der Flüssigkeits spiegel im Trennbehälter (3) die entsprechende Meßeinrichtung (8) überschreitet und geschlossen wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel die Meßeinrichtung (8) oder gegebenenfalls eine zweite, tiefer liegende Flüssigkeitsmeßeinrichtung unterschreitet.
  6. 6. Verfahren zum Füllen und Entleeren von Gehäusen für gasisolierte elektrische Geräte und Anlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbehälter (3) zylindrische Form hat und seine Rotationsachse senkrecht steht.
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