DE3405850A1

DE3405850A1 - Trennschalter fuer metallgekapselte, druckgasisolierte hochspannungsschaltanlagen

Info

Publication number: DE3405850A1
Application number: DE19843405850
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.-Ing. 1000 Berlin Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-02-16
Filing date: 1984-02-16
Publication date: 1985-08-29
Also published as: CA1260046A; BR8500678A; EP0152718A1; JPH0447935B2; SU1327805A3; DE3463197D1; EP0152718B1; US4623767A; JPS60189123A

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen

Berlin und München VPA β 4 P 4 0 1

Trennschalter für metallgekapselte, druckgasisolierte HochspannungsSchaltanlagen

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung 33 31 819.0 =

VPA 83 P 4076)

Das Hauptpatent (Patentanmeldung 33 31 819.0 =

VPA 83 P 4076) betrifft einen Trennschalter für metallgekapselte, druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlagen mit zylindrischen Schaltstücken, die als Feldelektroden ausgebildet oder von diesen umgeben sind, einem innerhalb eines Feldstückes oder einer Feldelektrode angeordneten bewegbaren Isolierrohr, das während des Schaltens die Trennstrecke zwischen den Schaltstücken solange im wesentlichen überbrückt, wie die Schaltstücke bewegt werden, und zwei auf der Längsachse liegenden, jeweils mit einem der Schaltstücke elektrisch verbundenen bzw. verbindbaren, angenähert gleich großen, bewegbaren Widerständen, die einen thermisch gut leitenden Keramikträger aufweisen, deren Außenabmessungen kleiner als der Innendurchmesser des Isolierrohres sind und die bei Beginn der Schaltbewegung in die Trennstrecke eingeführt werden und diese nach dem zumindest weitgehenden Überbrücken der Trennstrecke durch das Isolierrohr auch überbrücken, bevor die gegenüberliegenden Schaltstücke in Berührung miteinander oder mit den Feldelektroden gebracht werden. Durch diese in den Trennschalter eingebauten Widerstände werden Hochfrequenzresonanzschwingungen vermieden.

Bei dem' Schalten des Trennschalters treten nämlich Vorüberschlaglichtbögen auf, die breitbandige Hochfrequenzschwingungen hervorrufen . In gekapselten

D 3 Un / 14.02.1984

Hochspannungsschaltanlagen können nun einige Frequenzen dieser breitbandigen Hochfrequenzschwingungen unter Umständen in Resonanz zu den sich aus den Dimensionen der gekapselten Hochspannungsschaltanlage ergebenden Eigenfrequenzen liegen. Dann entstehen durch ihre Reflexion innerhalb der gekapselten Hochspannungsschaltanlage stehende Wellen, in deren örtlichen Strommaxima die Überschlagsfestigkeit unter Umständen soweit herabgesetzt ist, daß dort ein Überschlag zur Metallkapselung auftreten kann. Es ist bereits bekannt, die Ausbreitung der Hochfrequenzschwingungen durch schlecht leitende Beläge hoher Permabilität zu verhindern (DE-OS 24 06 160, DE-OS 32 16 275), das

Hauptpatent (Patentanmeldung 33 31 819.0 =

VPA 83 P 4076) sieht dagegen Widerstände im Trennschalter vor. Deshalb kann sich ein Vorüberschlagslichtbogen nur zwischen den beiden unterschiedliches Potential aufweisenden Widerständen ausbilden und infolge der dämpfenden Wirkung der Widerstände die Entstehung von Hochfrequenzschwingungen verhindert. Außerdem kann der Vorüberschlaglichtbogen nicht zur Kapselung auswandern und somit einen Erdkurzschluß auslösen, weil er von dem die Trennstrecke weit überdeckenden Isolierrohr abgeschirmt ist. Da die Widerstände der Einwirkung des Vorüberschlagslichtbogens und der damit verbundenen Erhitzung ausgesetzt sind, weisen sie einen thermisch gut leitenden Keramikträger auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,· die mit dem Trennschalter verbundenen Widerstände konstruktiv so zu gestalten, daß sie die erforderlichen Widerstandswerte bei kleinem Volumen und eine hohe Spannungs- und Temperaturfestigkeit aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe setzt sich gemäß der Erfindung jeder Widerstand aus mehreren Elementen zusammen, die mit Abstand zueinander zwischen zwei metallischen stirnseitigen

-t- VPA 8-',Ρ4Ο17

Kontaktscheiben liegen, jedes Element besteht aus einer keramischen Platte, die eingebrannte Streifen aus Widerstandsmaterial trägt, die an den jeweils der Kontaktscheibe zugewandten, gegenüberliegenden Rändern der Platte enden, und der Widerstand ist in ausgehärtetem Gießharz so eingegossen, daß die Kontaktscheiben von außen kontaktierbar sind.

Durch den Aufbau des Widerstandes aus mehreren parallelen Platten mit den eingebrannten Widerstandsbelägen, die zwar auf engem Raum, jedoch mit Abstand zueinander angeordnet sind, ergibt sich nicht nur durch die elektrische Parallelschaltung die Möglichkeit der Anpassung der Widerstandswerte an die gewünschte Größenordnung von 500 5000 0hm, die sich im wesentlichen aus den nachgeschalteten Leitungskapazitäten ergibt, sondern man erhält auch eine Vielzahl von Kühlflächen. Dadurch kann die stoßartig beim Schalten auftretende Erwärmung infolge des Vorüberschlaglichtbogens schnell über den Kereamikträger und das Gießharz an die äußere Oberfläche des Widerstandes abgeführt werden. Der Widerstand hat somit eine hohe thermische Festigkeit. Da die Oberfläche bis auf die zur elektrischen Kontaktierung erforderlichen metallischen Flächen aus dem Gießharz besteht, ist auch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen die möglichen chemischen Zersetzungsprodukte des Isoliergases, insbesondere SFg, gegeben, da das ausgehärtete Gießharz flußsäurefest ist.

Die Streifen aus Widerstandsmaterial können nur auf einer Seite der Platte oder auch beidseitig auf beiden Seiten der Platte vorgesehen sein. Es empfiehlt sich, die Streifen mäander- oder Zickzackformig verlaufend anzuordnen, um auf einer kleinen Fläche ein möglichst langes Widerstandsband unterzubringen. Bei beidseitig auf den Platten angeordneten Streifen ist es zweckmäßig, daß diese deckungsgleich

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verlaufen und an den Stellen, an denen die Streifen an den seitlichen Rändern enden, die Vor- und Rückseitenstreifen metallischen miteinander verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine eindeutige Parallelschaltung der beidseitigen Streifen bereits auf der Platte.

Im folgenden sei die Erfindung anhand des in den Figuren 1 bis 3 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt, schematisch dargestellt, einen Längsschnitt durch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Trennschalter. In Fig. 2 ist ein in diesem Trennschalter verwendeter Widerstand in perspektivischer Ansicht, teilweise geschnitten dargestellt. Fig. 3 zeigt eine der Platten, aus denen sich der Widerstand zusammensetzt, in Aufsicht.

Eine mit Druckgas, z. B. SF,-, isolierte metallgekapselte Hochspannungsanlage enthält einen Trennschalter 1, der innerhalb der metallischen geerdeten Kapselung 2 liegt. Er ist in Fig. 1 in einer Schaltstellung dargestellt, bei welcher der Voruberschlaglichtbogen 3 auftritt. Der Trennschalter 1 hat zwei koaxiale, einander gegenüberstehende zylindrische Feldelektroden 4 und 5, zwischen denen sich die durch Pfeile angedeutete, in Ausschaltstellung des Trennschalters 1 frei liegende Trennstrecke 6 befindet. Im Innern der rechten Feldelektrode 5 ist ein bewegliches Schaltstück 7 in Form eines Kontaktrohrs angeordnet, das über einen Gleitkontakt 8 galvanisch mit der Feldelektrode verbunden ist und somit gleiches Potential wie diese hat.

Im Innern der feststehenden linken Feldelektrode 4 liegt ein bewegliches Isolierrohr 9, dessen Außendurchmesser kleiner als der Durchmesser des Randes 10 der Öffnung der

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Feldelektrode 4 ist. Auf der Längsachse der Feldelektroden 4, 5 liegen außerdem zwei leitende bewegbare Stäbe 11, die an ihren der Trennstrecke 6 zugewandten Enden zwei zylindrische Widerstände 12 tragen. Es besteht eine leitende Verbindung jeweils zwischen den Feldelektroden 4, 5 und diesen Stäben 11 mit den Widerständen 12, so daß auch die Widerstände 12 das Potential der Feldelektroden 4, 5 aufweisen. In Ausschaltstellung des Trennschalters 1 liegen sowohl die Widerstände 12 als auch das Isolierrohr 9 und das bewegliche Schaltstück 7 im Innern der Feldelektroden 4, 5 und ragen somit nicht in die Trennstrecke 6 hinein. Das elektrische Feld innerhalb der Trennstrecke 6 ist somit von der Form der Feldelektroden 4, 5 abhängig und wird durch die innen liegenden Teile nicht gestört.

Bei Beginn der Einschaltbewegung wird zunächst mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebes allein das Isolierrohr 9 aus der Feldelektrode 4 heraus in die Trennstrecke bewegt, bis es eine Endlage erreicht, die zur gegenüberliegenden Feldelektrode 5 den durch Pfeile angedeuteten Abstand 13 aufweist. Dieser Abstand 13 ist so groß gewählt, daß auf der Oberfläche des Isolierrohres 9 keine Gleitfunken entstehen können.

Danach werden mit Hilfe der angetriebenen Stäbe 11 die beiden Widerstände 12 von.beiden Seiten her symmetrisch in die Trennstrecke 6 eingebracht. Dadurch liegt die zwischen ihren Stirnflächen verbleibende Resttrennstrecke 14 jeweils in der Mitte der Trennstrecke 6. Ist diese Resttrennstrecke 14 genügend klein geworden, so tritt der Vorüberschlaglichtbogen 3 zwischen beiden Widerständen 12 auf. Ein Auswandern des Voruberschlaglichtbogens 3 zur metallischen Kapselung 2 ist nicht möglich, da er von dem Isolierrohr 9 abgeschirmt wird. Die durch die Widerstände 12, gegebene symmetrische Dämpfung beim Zünden bzw. Wiederzünden des Voruberschlaglichtbogens 3 verhindert das Auftreten von Hochfrequenzschwingungen bzw. dämpft diese stark ab.

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Nachdem sich die beiden Widerstände 12 bei Fortsetzung der Schaltbewegung an den Stirnseiten mit ihren metallischen Kontaktscheiben 15 berühren, wird das bewegliche Schaltstück 7 in Berührung zur Feldelektrode 4 gebracht und außerdem das Isolierrohr 9 wieder zurückgezogen. Die Leitung des Betriebsstromes erfolgt somit bei geschlossener Stellung des Trennschalters 1 von der Feldelektrode 4 über das bewegliche Schaltstück 7 auf die Feldelektrode 5, so daß die Stromwärme ungehindert nach außen abgegeben werden kann. Beim Öffnen des Trennschalters 1 verlaufen die Bewegungen der einzelnen Teile in umgekehrter Reihenfolge, so daß die mehrmals wiederzündenden Ausschaltlichtbögen wiederum zwischen den sich langsam auseinander bewegenden Widerständen 12 liegen.

Der konstruktive Aufbau des Widerstandes 12 ergibt sich aus den Figuren 2 und 3· Jeder Widerstand 12 setzt sich aus mehreren Elementen 16 zusammen. Jedes Element 16 besteht aus einer rechteckigen Platte 17 aus thermisch gut leitender Keramik, z. B. aus Al₂CU/ und auf ihren beiden Oberflächen sind Streifen 18 aus pastenförmigem Widerstandsmaterial eingebrannt. Die eingebrannten Streifen 18 verlaufen zickzackförmig von einem Rand 19 der Platte zu dem gegenüberliegenden Rand 20. Da die Streifen 18 auf beiden Oberflächen der Platte 17 deckungsgleich verlaufen, sind sie an den Stellen, an welchen sie die Ränder 19, 20 berühren, mit einer Metallkontaktierung 21 jeweils untereinander verbunden, sie sind also jeweils parallel geschaltet. Am Anfang und am Ende der Streifen 18 ist eine weitere MetaIlkontaktierung 22 von größerer Fläche vorgesehen, die jeweils zu den stirnseitigen Rändern 23 der Platte 17 reicht.

• Mehrere Elemente 16 sind nebeneinander in Abstand zueinander liegend zwischen zwei stirnseitigen metallischen Kontaktscheiben 24 aus Kupfer.angeordnet. Die Kontaktscheiben 24

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sind dazu auf einer Seite mit parallel verlaufenden Schlitzen 25 versehen, in welche die stirnseitigen Ränder der Platten 17 eingreifen, so daß ein elektrischer Kontakt zwischen den Metallkontaktierungen 22 am Ende der Streifen 18 und den Kontaktscheiben 24 gegeben ist. Auch alle Elemente 16 sind somit elektrisch parallel geschaltet. Die gesamte Anordnung ist dann so in ausgehärtetes Gießharz 26, z. B. Epoxidharz, eingegossen, daß der Widerstand 12 einen Zylinder bildet. Dabei ist zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Stäben 11 und den Widerständen 12 jeweils eine äußere Fläche der Kontaktscheiben 25 freigelassen.

Wählt man für einen derartig ausgebildeten Widerstand 12 Platten 17 mit einer stirnseitigen Breite von ungefähr 50 mm und einer Länge von 100 mm, so erhält man bei Verwendung einer Widerstandspaste z. B. von 300 0hm pro Flächeneinheit und einer zickzackförmigen Anordnung der Streifen, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, bei einer Parallelschaltung der auf beiden Seiten liegenden Streifen einen Widerstandswert von 7,5 kft.jedes Elementes. Durch eine geeignete Wahl der Zahl der Elemente 16 läßt sich dann der gewünschte Widerstandswert einstellen.

3 Figuren
6 Ansprüche

- Leerseite -

Claims

8 4 Patentansprüche

1. Trennschalter für metallgekapselte, druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlagen mit zylindrischen Schaltstücken, die als Feldelektroden ausgebildet oder von diesen umgeben sind, einem innerhalb eines Schaltstückes oder einer Feldelektrode angeordneten bewegbaren Isolierrohr, das während des Schaltens die Trennstrecke zwischen den Schaltstücken solange im wesentlichen überbrückt, wie die Schaltstücke bewegt werden, und zwei auf der Längsachse liegenden, jeweils mit einem der Schaltstücke elektrisch verbundenen bzw. verbindbaren angenähert gleich großen, bewegbaren Widerständen, die einen thermisch gut leitenden Keramikträger aufweisen, deren Außenabmessungen kleiner als der Innendurchmesser des Isolierrohres sind und die bei Beginn der Schaltbewegung in die Trennstrecke eingeführt werden und diese nach dem zumindest weitgehendem Überbrücken der Trennstrecke durch das Isolierrohr auch überbrücken, bevor die gegenüberliegenden Schaltstücke in Berührung miteinander oder mit den Feldelektroden gebracht werden

nach Patent (Patentanmeldung 33 31 819.0 =

VPA 83 P 4076),

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Widerstand (12) sich aus mehreren Elementen (16) zusammensetzt, die mit Abstand aneinander zwischen zwei meteallischen stirnseitigen Kontaktscheiben (2A) liegen, daß jedes Element (16) aus einer keramischen Platte (17) besteht, die eingebrannte Streifen (18) aus Widerstandsmaterial trägt, die an den jeweils der Kontaktscheibe (24) zugewandten, gegenüberliegenden Rändern (23) der Platte (17) enden, und daß der Widerstand (12) in ausgehärtetem Gießharz so eingegossen ist, daß die Kontaktscheiben (24) von außen kontaktierbar-sind. ■

- % - VPA 8 4

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Streifen (18) auf den Platten (17) zickzackförmig verlaufend angeordnet sind.

3· Trennschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei beidseitig auf den Platten (17) angeordneten Streifen (18) diese deckungsgleich verlaufen und daß an den Stellen, an denen die Streifen (19) an den seitlichen Rändern (19, 20) enden, die Vor- und Rückseitenstreifen metallisch miteinander verbunden sind.

4. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktscheiben (24) auf einer Seite mit Schlitzen (25) zur Aufnahme der Platten versehen sind·

5. Trennschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktscheiben (24) aus Kupfer bestehen .

6. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstand (12) einen Zylinder bildet.