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Gekapselte, gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage mit
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einer Druckentlastungsvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine
gasdicht gekapselte, gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage mit einer nach Art
einer Berstsicherung wirkenden Druckentlastungsvorrichtung.
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Auf den verschiedenstens technischen Gebieten finden sich Behältnisse,
in denen ein Gasdruck herrscht, welcher größer ist als der normale Atmosphärendruck.
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Besteht die Gefahr, daß dieser Gasdruck ein bestimmtes zulässiges
Druckniveau überschreiten kann, so sind in aller Regel Druckentlastungsvorrichtungen
vorzusehen, um ein Platzen bzw. ein Explodieren des Behältnisses zu verhindern.
Bekanntlich ist hierbei ein infolge eines Uberdruckes berstender Gasdruckbehälter
weitaus gefährlicher als ein solcher mit einer flüssigen, beispielsweise einer Wasserfüllung.
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Dieses gilt in gleicher Weise für gasdicht gekapselte, gasisolierte
Mittelspannungs- und Hochspannungsschaltungsanlagen. Bei solchen Anlagen können
unerwünschte, bzw. unzulässige Überdrücke beispielsweise durch starke Temperaturerhöhungen
im Kapselungsinneren entstehen, welche ihrerseits auf hohe Stromlasten zurückzuführen
sind, oder beim Auftreten eines kleinen Erdabschlußstromes. Derartige Uberdrücke
bauen sich allerdings nur verhältnismäßig langsam auf. Anders gelegen ist die Situtation
im Kurzschlußfalle außerhalb des Kapselungssystems, bei welchem jedoch die gekapselten
Stromleiter plötzlich ein Vielfaches der vorgesehenen Nennlast aufnehmen müssen.
Noch gravierender ist die Situtation beim Auftreten eines Defektes in der Strombahn
infolge eines Kurzschlusses , insbesondere beim Auftreten eines Störlichtbogens
innerhalb des Kapselungssystems, wobei die durch den Störlichtbogen entstehenden
Schaltgase eine explosionsartige Druckerhöhung innerhalb des Kapselungssystems hervorrufen.
Da ein Auftreten solcher Störfälle nicht mit absoluter Sicherheit vermieden werden
kann, sind die zu treffenden Schutzmaßnahmen dahin gerichtet, die Auswirkungen des
Schadens falles so weit wie möglich im voraus zu bestimmen, d.h. nicht nur Schutzmaßnahmen
für Personen und angrenzenden Anlagenteile vorzusehen, sondern auch so gut wie möglich
die Position und Richtung einer Gasdruckwelle vorauszubestimmen.
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Bei Druckentlastungsvorrichtungen für die genannten Zwecke kann man
zwei Grundarten unterscheiden, nämlich zum einen nach dem Prinzip von Uberdruckventilen
arbeitenden Vorrichtungen, bei welchen also die Dichtungsvorrichtungen nach dem
Abbau des Uberdruckes wieder in ihre ursprüngliche, dichtende Stellung zurückfallen,
und zum zweiten sogenannte Berstsicherungen, bei welchen eine
Berstscheibe
oder jedenfalls eine Sollbruchstelle an der Kapselung vorgesehen werden, welche
beim Auftreten insbesondere eines Störlichtbogens aufbrechen oder aufreißen und
nach Behebung der Schadensursache vor der Wiederinbetriebnahme der Anlage ersetzt
werden müssen.
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Nachteilig bei den bekannten Berstsicherungen ist es, daß sie hinsichtlich
ihres Ansprechwertes sehr große Toleranzen aufweisen und somit ein wenig "unberechenbar"
sind. Hierbei spielen dann auch Faktoren wie die Alterung, Korrosionserscheinungen,
Materialcharakteristik, Vibrationen usw. eine Rolle.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine nach Art einer Berstsicherungen
wirkende Druckentlastungsvorrichtung zu schaffen, welche bezüglich ihres Ansprechwertes
möglichst geringe Toleranzen aufweist, preiswert in der Herstellung und leicht zu
montieren ist und darüberhinaus leicht auswechselbar ist, ohne den Anlagenbetrieb
nennenswert zu unterbrechen. Letzteres ist insbesondere für solche Schaltanlagen
von großer Wichtigkeit, welche mit einem anderen Isoliergas als Luft angefüllt sind.
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Hierbei würde nämlich das Auswechseln einer Berstscheibe, welche einen
kleinen Bestandteil der Kapselung bildet, einhergehen mit mannigfachen Handhabungen
bezüglich der Isoliergasfüllung.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß
die Druckentlastungsvorrichtung von einem kolbenartigen Verschlußdeckel in einer
den Verschlußdeckel axial führenden und mit wenigstens einem umlaufenden Dichtelement
versehenen Öffnung in einem der Kapselung dienenden Gehäuseelement sowie weiterhin
von wenigstens einem außerhalb der Kapselung gelegenen, den Verschlußdeckel in seiner
die Öffnung im normalen
Anlagenbetrieb dicht verschließenden Lage
haltenden, unter einer vorgegebenen Vorspannung stehenden und nahe seiner Einspannstelle
abgeknickten Federbügel gebildet ist; letzterer ist hierbei so bemessen, daß er
einem vorübergehend auftretendem, langsam ansteigenden Gasdruck im Kapselungsinneren
bis hin zum Erreichen eines Ansprechdruckes standhält, und zwar auch bei einer vorübergehenden
axialen Verschiebung des Verschlußdeckels in der Größenordnung von einigen Millimetern,
und anschließend - beim Abfall des Gasdruckes - wieder zurückfedert; bei einem weiteren
Druckanstieg im Kapselungsinneren über den Ansprechdruck hinaus, insbesondere aber
bei einem sehr schnellen, nahezu explosionsartigen Druckanstieg und einer hierdurch
bedingten axialen Verschiebung des VerschluRdeckels bis über seine dichtende Axiallage
hinaus, soll sich dieser Federbügel an seiner Knickstelle bleibend verformen und
somit den Verschlußdeckel nicht wieder in seine dichtende Axiallage zurückführen.
Im Falle des Auftretens eines Störlichtbogens oder eines sonstigen Schadensfalles
mit einem damit einhergehenden unzulässigen Überdruck innerhalb des Kapselungssystems
wird also anstatt der Zerstörung einer Berstwandung oder einer Reißmembran oder
dergleichen hier nun der besagte (wenigstens eine) Federbügel verformt. Der Vorteil
ist hierbei darin zu sehen, daR derartige Federbügel ohne großen Aufwand sehr genau
hergestellt und auch berechnet werden können, daß sie zudem sehr preiswert sind
und auch einfach zu montieren und auch auszuwechseln sind. Vorteilhaft kommt hinzu,
daß die Auswechselung solcher Federbügel, beispielsweise aus Gründen einer gewissen
Alterung bzw. des Nachlassens ihrer Federkraft wegen (was gut zu beobachten ist!)
durchaus erfolgen kann, ohne den Anlagenbetrieb nennenswert zu stören, insbesondere
bedarf es keiner vorübergehenden Öffnung des Kapselungsinneren.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in dem Vorschlag
zu sehen, zwei oder mehrere Federbügel zu verwenden, beispielsweise zwei Paare von
Federbügeln, deren einzelne Federbügel jeweils spiegelbildlich und zugleich in einer
scherenartigen Position zueinander gelegen sein können. Die Verwendung mehrerer
Federbügel, wobei übrigens zwei Federbügel über einen Verbindungssteg miteinander
verbunden sein können und somit ein einziges Montageteil bilden, bieten den Vorteil
einer gleichmäßigeren Verteilung der Andruckkräfte auf den Verschlußdeckel. Außerdem
wirken sie einer Verkantung des Verschlußdeckels entgegen, was von nicht zu unterschätzender
Bedeutung ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist auch in
dem Vorschlag zu sehen, die erfindungsgemäße Druckentlastungsvorrichtung mit einem
direkt oder wenigstens nahe am Kapselungsäußeren gehaltenen Schutzgehäuse zu umgeben,
dessen eine Schmalseite - zum Durchtritt heißer Schaltgase - wandungslos oder mit
einem großen Ausbruch versehen ist, wobei die Austrittsrichtung der Schaltgase so
gewählt ist, daß eine Gefährdung von Personen oder empfindlichen Aggregaten innerhalb
der Anlage vermieden ist. Die Anordnung eines derartigen Schutzgehäuses bietet den
Vorteil, in der Wahl der Positionierung der Druckentlastungsvorrichtung weitgehend
frei zu sein und wenig Rücksicht auf umliegende Aggregate und dergleichen nehmen
zu müssen. Im übrigen kann - so ein weiterer Ausgestaltungsvorschlag -die Einspannstelle
für den bzw. die Federbügel am Schutzgehäuse ausgebildet sein, vorzugsweise in Form
von Schraubverbindungen. Somit vermag das Schutzgehäuse auch noch eine zusätzliche
Funktion, eben die Halterung der Federbügel, zu erfüllen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist darin
zu sehen, den Verschlußdeckel der Druckentlastungsvorrichtung gleichzeitig für die
Durchführung und Durchführungsabdichtung für ein stangenartiges Betätigungsorgan
vorzusehen, und zwar ein solches für ein im Kapselungsinneren angeordnetes Funktionselement,
insbesondere für einen Leistungsschalter, einen Trennschalter oder eine Erdungsvorrichtung.
Dieses hat den Vorteil, daß im Kapselungsgehäuse nur eine Öffnung vorzusehen ist,
welche sowohl der Durchführung des besagten Betätigungsorgans als auch der Aufnahme
der Druckentlastungsvorrichtung dient. Außerdem ist es vorteilhaft, die Abdichtungen
sowohl für dieses Betätigungsorgan als auch für den Verschlußdeckel selbst bei entsprechender
Konstruktion an ein- und demselben Teil vorliegend zu haben, was sowohl die Wartungsarbeiten
zu vereinfachen vermag, als auch bei der Erstmontage gewisse Vereinfachungen mit
sich bringt.
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Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Abdichtung des kolbenartigen
Verschlußdeckels gegen die angrenzende Öffnung im Gehäuseelement und gegen das stangenartige
Betätigungsorgan (falls ein solches vorgesehen ist) mittels jeweils wenigstens zweier,
in Nuten gelegener Dichtungselemente vorzusehen, wobei wenigstens eines dieser Dichtungselemente
als Flüssigdichtung ausgebildet sein soll. Die genannten Nuten können hierbei für
beide Dichtungsaufgaben im kolbenartigen Verschlußdeckel vorgesehen werden. Eine
derartige Ausbildung erleichtert die Bestückung der Druckentlastungsvorrichtung
mit Dichtungselementen und auch einen evtl. vorzunehmenden Austausch bei einer bereits
am Aufstellungsort stehenden Schaltanlage.
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Anhand figürlicher Darstellungen von Ausführungsbeispielen und der
nachfolgenden Beschreibung hierzu sollen der Erfindungsgedanke und seine Ausgestaltungsmöglichkeiten
noch einmal erläutert und veranschaulicht werden.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch einen kleinen Bereich einer gasdicht
gekapselten, gasisolierten Mittelspannungsschaltanlage mit erfindungsgemäRen Druckentlastungsvorrichtungen,
Fig. 2 in perspektivischer Sicht eine von einem Schutzgehäuse umgebene Druckentlastungsvorrichtung
und Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnittbereich einer der in Fig. 1 gezeigten
Druckentlastungsvorrichtungen.
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Die F i g u r 1 veranschaulicht einen Schnitt durch einen Teil einer
gasdicht gekapselten, gasisolierten Mittelspannungsschaltanlage 10, von welcher
drei Formkörper 11, 12 und 13 erkennbar sind. Diese Formkörper 11 bis 13 bilden
die Kapselung für die in der Darstellung erkennbaren Funktionselemente. An Funktionselementen
sind, um es kurz zu erwähnen, eine Stromsammelschiene 14, ein Leistungsschalter
15, ein Trennschalter 16 sowie eine Erdungsvorrichtung 17 mit einem Erdungsorgan
18 erkennbar. Die Formkörper 11 bis 13 sind im übrigen, soweit erkennbar, mittels
AbschluRelementen 19, 20 und 21 gasdicht verschlossen. Soviel zum Verständnis der
Darstellung und zu den wesentlichen Funktionselementen, ausgenommen die nun zu beschreibenen
Druckentlastungs-
vorrichtungen.
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Solche Druckentlastungsvorrichtungen befinden sich am Abschlußelement
19 des Formkörpers 11 und am Formkörper 12. Die Druckentlastungsvorrichtung am Abschlußelement
19, zusammenfassend mit der Ziffer 22 bezeichnet, setzt sich aus einem axial kolbenartig
verschieblichen Verschlußdeckel 23 mit entsprechenden (hier nicht bezifferten) Dichtelementen
und aus zwei Paaren von Federbügeln zusammen, von denen das mit den Ziffern 24 und
25 bezeichnete Paar erkennbar ist. Diese Federbügel 24, 25 sind an einem Schutzgehäuse
26 befestigt.
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Eine weitere Druckentlastungsvorrichtung ist, wie bereits erwähnt,
am Formkörper 12 angeordnet und hier zusammenfassend mit der Ziffer 27 bezeichnet.
Auch diese Druckentlastungsvorrichtung 27 setzt sich aus einem ebenfalls axial kolbenartig
verschieblichen Verschlußdeckel 28 sowie auch hier aus zwei Paaren von Federbügeln
zusammen, von denen das eine Paar erkennbar und mit den Ziffern 29 und 30 bezeichnet
ist. Auch diese Federbügel-Paare 29, 30 sind an einem Schutzgehäuse 31 gehalten.
Im Unterschied zur Druckentlastungsvorrichtung 22 am Abschlußelement 19, sind hier
sowohl der Verschlußdeckel 28 als auch das Schutzgehäuse 31 von dem bereits erwähnten
Erdungsorgan 18 durchdrungen. Bei dieser Druckentlastungsvorrichtung 27 sind die
erforderlichen Dichtelemente ebenfalls nicht näher beziffert, es soll im folgenden
jedoch hierauf noch die Rede kommen.
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Die F i g u r 2 veranschaulicht in perspektivischer Darstellung noch
einmal die am Abschlußelement 19 angeordnete Druckentlastungsvorrichtung 22, soweit
sie von außen her erkennbar ist. Gezeigt ist das Schutzgehäuse 26, welches sowohl
zum Verschlußdeckel 23 hin
als auch (in dieser Darstellung) auf
seiner zum Betrachter weisenden Schmalseite offen ist. Durch die erstgenannte, zum
Verschlußdeckel 23 hin offene Seite des Schutzgehäuses 26 können die im Ansprechfalle
ringsum des Verschlußdeckels 23 austretenden heißen Schaltgase in das Schutzgehäuse
26 eindringen, durch die vorhin letztgenannte, zum Betrachter hin offene Seite des
Schutzgehäuses 26 können diese Schaltgase nun aus dem Gehäuse wieder austreten und
zwar gezielt in der vom Schutzgehäuse 26 bestimmten Richtung. Bei normalem Anlagenbetrieb
jedoch ist die Öffnung im Abschlußelement 19 vom besagten Verschlußdeckel 23 dicht
verschlossen und er wird in dieser Lage gehalten durch die bereits erwähnten beiden
Paaren von Federbügeln, nämlich die bereits genannten Federbügel 24 und 25 und durch
die nunmehr auch erkennbaren weiteren Federbügel 32 und 33.
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Diese Federbügel 24, 25, 32 und 33 sind, es wurde bereits erwähnt,
am Schutzgehäuse 26 befestigt, und zwar sind sie mittels Schraubelementen, die in
dieser Figur 2 nicht näher angedeutet worden sind, fest eingespannt und nahe ihrer
Einspannstelle abge-knickt, so daß sie auf den Verschlußdeckel 23 schräg zulaufen
und diesen im normalen Anlagenbetrieb am Austreten aus der zylinderartigen Öffnung
im Abschlußelement 19 hindern, gleichzeitig ihm aber eine gewisse Verschieblichkeit
in axialer Richtung gestatten. Beim Auftreten eines unzulässigen, insbesondere angenähert
explosionsartig auftretenden Uberdruckes hingegen müssen die besagten Federbügel
24, 25, 32 und 33 weiter nachgeben, so daß der Verschlußdeckel 23 nahezu aus der
entsprechenden Öffnung im Abschlußelement 19 austritt und hierbei die genannten
Federbügel soweit verformt, daß sie den Verschlußdeckel 23 nicht mehr zurückzuführen
vermögen. Die bleibende Verformung der Federbügel tritt hierbei an den erwähnten
Knickstellen auf. Ein solcher Störfall bedingt ohnehin eine Inspek-
tion
des betroffenen Bereiches der Schaltanlage und nunmehr auch einen Ersatz der Federbügel,
24, 25, 32 und 33.
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In der F i g u r 3 ist ein Schnitt durch die Druckentlastungsvorrichtung
27 am Formkörper 12 gezeigt, und zwar in deutlich vergrößertem Maßstab gegenüber
demjenigen in Figur 1. Erkennbar sind das Erdungsorgan 18, der Verschlußdeckel 28,
das Schutzgehäuse 31 sowie nunmehr das "hintere" Federbügelpaar mit den Federbügeln
34 und 35. Hier nun ist - jedenfalls was den Federbügel 35 betrifft - auch dessen
Knickstelle 36 und seine Schraubbefestigung mittels einer Sechskantschraube 37 und
einer Unterlegscheibe 38 im Inneren des Schutzgehäuses 31 erkennbar, sowie - außenliegend
- eine Zahnscheibe 39 und eine Hutmutter 40. Dieses Schutzgehäuse 31 weist, wie
ebenfalls vorhin bereits erwähnt, eine bisher nicht bezifferte Öffnung 41 für den
Durchtritt des Erdungsorgans 18 auf, insoweit unterscheidet sich also dieses Schutzgehäuse
31 vom Schutzgehäuse 26 in Figur 2.
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In dieser Darstellung in Figur 3 sind nun auch die Abdichtungen des
Verschlußdeckels 28 sowie des Erdungsorgans 18 näher erkennbar. Zur Aufnahme der
Dichtelemente weist der Verschlußdeckel 28 sowohl auf seinem Außenumfang, als auch
in den Wandungen der für den Durchtritt des Erdungsorgans 18 erforderlichen Bohrung
41 umlaufende (nicht bezifferte) Nuten auf, in welchen sich Dichtungselemente befinden,
und zwar in den - axial gesehen - äußeren Nuten jeweils sogenannte O-Ringe 42, 43
(auRen) und 44, 45 (innen), in den mittleren Nuten hingegen Flüssigdichtungen 46
und 47. Bei diesen Flüssigdichtungen handelt es sich um spezielle hitzebeständige,
fetthaltige Pasten großer Alterungsbeständig-
keit.
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Das Funktionsprinzip dieser Druckentlastungsvorrichtung 27 ist das
gleiche wie bei der Druckentlastungsvorrichtung 22 und im Zusammenhang mit den Erläuterungen
zur Figur 2 bereits geschildert wurden. Erwähnt sei nur noch, daß der Verschlußdeckel
28 bei Atmosphärendruck im Inneren der Kapselung bzw. bei sehr geringem Überdruck
mittels der Federbügel 29, 30, 34 und 35 bis an einen Absatz 48 des Formkörpers
12 heruntergedrückt wird, bei ansteigendem (aber noch zulässigem) Druckniveau im
Kapselungsinneren kann dieser Verschlußdeckel 28 durchaus eine nach außen hin verschobene
Lage einnehmen, im zulässigen Druckbereich wird er jedoch höchstens nur ganz geringfügig
aus der zylindrischen Öffnung im Formkörper 12 austreten. Diese Verhältnisse ändern
sich, wie geschildert, beim Auftreten eines unzulässigen Uberdruckes und insbesondere
beim Auftreten eines Störfalles in Form eines Störlichtbogens oder dergleichen.
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Wie bereits eingangs der Figurenbeschreibung zum Ausdruck gebracht,
sind in den Darstellungen lediglich Ausführungsbeispiele gezeigt. Mannigfache Abwandlungen
hinsichtlich der dargestellten Einzelheiten sind hierbei denkbar, ohne den Erfindungsgedanken
zu verlassen.
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Beispielsweise kann die Anzahl der Federbügel durchaus anders gewählt
werden als gezeigt, auch ihre Einspannung kann anders erfolgen als gezeigt und gleiches
gilt für die Anordnung, Halterung und Ausbildung des Schutzgehäuses.