DE4100720A1 - Druckgasisolierung fuer metallgekapselte waagerecht angeordnete hochspannungsschaltgeraete - Google Patents

Description

Das schwach inhomogene elektrische Feld in gasisolierten Hochspannungsschaltgeräten kann durch Partikel, die das Isoliergas verunreinigen, derart gestört werden, daß das Isoliervermögen gemindert wird. Solche Partikel sind z. B. bei der Fertigung entstandene Metallspäne oder Abrieb im Betrieb bewegter Kontakte. Ihr Auftreten kann im Betrieb nicht völlig vermieden werden.

Partikel können sich, wenn sie geladen oder elektrisch leitfähig sind, unter dem Einfluß des elektrischen Feldes bewegen. Abhängig von Form, Größe und Lage im Gasraum kann eine Bewegung bereits bei im Betrieb zulässigen Spannungen erfolgen. Erreicht in der Isolieranordnung, bestehend aus einer Metallkapselung als Außenelektrode, einem Abstandshalter aus Isolierstoff zum Stützen mindestens einer Innenelektrode und vorzugsweise Schwefelhexafluorid als Isoliergas, ein Partikel einer Elektrode und lagert sich dort an, kann es zu einer derartigen örtlichen Feldstärkeerhöhung kommen, daß die Teilentladungs-Einsatzspannung gesenkt und/oder ein Durchschlag der Gasstrecke eingeleitet wird. Besonders kritisch ist ein solcher Partikeleinfluß in der Nähe des Abstandshalters, und zwar wegen der Probleme der Grenzschicht am Abstandshalter und der Feldgestaltung an dessen Einspannstelle. Eine solche Gefährdung der Isolieranordnung kann mit erhöhtem technischen und ökonomischen Aufwand bei der Dimensionierung nur teilweise vorgebeugt werden, indem die geometrischen Abmessungen oder der Isoliergasdruck vergrößert werden.

Ein anderer Weg besteht darin, durch die Gestaltung der Elektroden bzw. durch zusätzliche Einbauten gezielt feldschwache Räume zu schaffen, in denen die Partikel separiert werden, wobei dort durch ihre Anlagerung unzulässige Feldstärkeerhöhungen vermieden werden. So werden nach DE 22 09 089 dicht an der Innen- und Außenelektrode angeordnete Isolierstoffelemente mit großer Dielektrizitätskonstante verwendet, um dazwischen Räume mit geringerer Feldstärke als auf den Elektroden ohne diese Einbauten zu schaffen. Die Anbringung solcher Einbauten ist technologisch sehr aufwendig und in ihrer Wirkung begrenzt. Es kommen nur Isolierstoffe mit sehr großer Dielektrizitätskonstante in Betracht, die auch gegen Reaktionsprodukte einer Gaszersetzung beständig sind.

Wirksamer sind metallische Einbauten für die Schaffung feldschwacher Räume zur Separierung der Partikel, z. B. DD 2 47 106, DD 2 47 107, DD 2 47 109, DE 24 22 961 und US 35 15 939. Eine besondere Gestaltung der Außenelektrode, z. B. durch Ausstülpungen der metallischen Gefäßwand stößt wegen der Sicherheitsforderungen an ein Druckgefäß auf größte technische und technologische Schwierigkeiten. Eine Einlage einer perforierten Metallschale bei der die Partikel durch Ausdehnungen in den darunter befindlichen feldschwachen Raum fallen können oder in das Gefäß eingelegte, zur Längsachse des Gefäßes parallele leitfähige Stäbe, zwischen denen sich feldschwache Räume ausbilden, stellen einen guten Schmutz gegen Partikel dar, soweit sie in diese Räume gelangen. Das ist vor allem bei den durch Kontaktverschleiß im Betrieb entstehenden Partikel der Fall. Nachteilig ist bei allen diesen Anforderungen, daß sie das besonders gefährdete Gebiet in der unmittelbaren Umgebung des Abstandshalters ungenügend schützen. Die Einbauten enden in einer so großen Distanz vor dem Abstandshalter, daß sie dort nicht die Schlagweite zur Innenelektrode verringern und zu einer Feldstärkeerhöhung führen. Verbleiben Partikel nach der Montage im Gefäßsystem oder lösen sie sich auf dem Transport zum Montageort und erfolgt der Transport wie es aus baulichen Gründen oft erforderlich ist, in schräger oder senkrechter Lage, so befinden sich diese Partikel bei der Inbetriebnahme der Anlage im Gebiet des Abstandshalters und können bereits bei der Inbetriebnahmeprüfung zu Überschlägen führen. In das Gebiet vor dem Abstandshalter können auch im Betrieb entstehende Partikel durch die Gasbewegung bei Schalthandlungen gelangen.

Bei der in DD 2 47 110 angegebenen Lösung für senkrecht stehende Isolieranordnungen ist ein feldschwaches Gebiet mit einer Ringnut im Gefäßflansch an der äußeren Einspannstelle des Abstandshalters vorgesehen. Dort können sich fertigungsbedingte Partikel in senkrechter Montage- oder Transportlage sammeln. Beim Kippen in eine waagerechte Lage, wenn eine solche Anwendung vorgesehen ist, kann aber nicht verhindert werden, daß auch Partikel in das Gebiet vor den Abstandshalter fallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Druckgasisolierungen für metallgekapselte waagerecht angeordnete Hochspannungsschaltgeräte, die mit feldschwachen Räumen zur Separierung von Partikeln für eine mögliche senkrechte Transportlage und für die waagerechte Betriebslage versehen sind, das besonders gefährdete, aber gegen Partikelablagerungen ungeschützte Gebiet vor dem Abstandshalter wirksam zu schützen.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches aufgezeigten Mitteln gelöst.

Entgegen den üblichen fachgerechten Dimensionierungsregeln, soweit sie auf Kleinräumigkeit orientiert sind, nähert sich die metallische Einlage mit ihrer Verlängerung bis in die Ringnut so stark dem Abstandshalter, daß sie dort zu einer Feldstärkeerhöhung führt, die durch eine Druckerhöhung des Isoliergases oder vergrößernder Anpassung der geometrischen Verhältnisse kompensiert werden müßte. Andererseits können sich neue Partikel nicht mehr in einem ungeschützten Gebiet zwischen der Ringnut am Abstandshalter und einer Einlage im zentralen Bereich der äußeren Elektrode festsetzen und dort erheblich größere Feldstärkeerhöhungen hervorrufen als die erfindungsgemäßen Einlagen, so daß die positive Wirkung dominiert. Die Rundung der metallischen Einlage hält die elektrische Feldstärke an ihrer axialen Begrenzung auf ungefährlichen Werten und vergrößert die wirksame Tiefe der Ringnut als feldschwachen Raum.

In einem durch eine Teilung der Einlage in zwei Schalen freibleibenden Längsspalt an der tiefsten Stelle des Umfanges der äußeren Elektrode sammeln sich unter der Wirkung der Schwerkraft von der Fertigung her in der Isolierung enthaltene Partikel. Bei Lageveränderungen der Druckgasisolierung während Transport und Montage können diese Partikel dann bis in die Ringnut gleiten und werden dort festgehalten. Ein kleiner Spalt als das 0,5fache vom Abstand der Oberfläche der Schalen von der inneren Mantelfläche der äußeren Elektrode wird zum Einfangen der Partikel zu eng, ein größerer als der 3fache schafft keinen ausreichend wirksamen feldfreien Raum mehr.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 die Druckgasisolierung im Schnitt parallel zur Längsachse,

Fig. 2 die Druckgasisolierung im Schnitt senkrecht zur Längsachse.

Die Druckgasisolierung besteht aus einer Innenelektrode 1 einer Außenelektrode 2, einem Abstandshalter 3, der die Innenelektrode 1 gegenüber der Außenelektrode 2 definiert haltert und dazwischen dem Isolierraum mit einem unter Druck stehenden Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid.

Zwei metallische Halbschalen 4 sind im Bereich der inneren Metallfläche 5 der Außenelektrode 2 vorgesehen. Sie sind in nicht dargestellter Weise perforiert und werden durch nicht dargestellte Distanzstücke in definiertem Abstand zur Mantelfläche 5 gehalten und mit dieser elektrisch verbunden.

An der Einspannstelle des Abstandshalters 3 geht die Außenelektrode 2 in einen Flansch 6 über. Die Halbschalen 4 enden am Flansch 6 und an der Mantelfläche 5 der Außenelektrode 2 in Rundungen 7 und 8, die z. B. durch Bördelung entstehen. Die Halbschalen 4 berühren sich in axialer Ausdehnung der Druckgasisolierung nicht. Sie nähern sich einander nur bis auf einen vorgegebenen Abstand, so daß zwischen ihnen eine axiale Längsnut 9 entsteht. Weiter ist unmittelbar an der Einspannstelle des Abstandshalters 3 in den Flansch 6 der Außenelektrode 2 eine Ringnut 10 eingearbeitet.

Die Längsnut 9 und die Ringnut 10 stellen die feldschwachen Räume zur Separierung der Partikel dar. Die wirksamen Tiefe der Ringnut 10 wird durch die Rundung 7 noch vergrößert, wobei, um Unstetigkeitsstellen im Feldverlauf zu vermeiden, die äußere Oberfläche der Rundung die einer Flucht mit der inneren Seitenfläche der Ringnut liegt.

Claims (2)

1. Waagerecht angeordnete Druckgasisolierung für metallgekapselte Hochspannungsschaltgeräte, bestehend aus mindestens einer Innenelektrode, einer die Innenelektrode in Form einer Metallkapselung umhüllenden, auf Erdpotential liegenden Außenelektrode, einem die Innenelektrode abstützenden Abstandshalter, einer Isoliergasfüllung, insbesondere Schwefelhexafluorid, einer zur Innenelektrode hin offenen Ringnut in einem Flansch der Außenelektrode an der Einspannstelle des Abstandshalters und einer mit Öffnungen versehenen metallischen Einlage im unteren Teil des Umfanges im zentralen Bereich der inneren Mantelfläche der Außenelektrode, gekennzeichnet dadurch, daß die metallische Einlage bis in den Bereich des Abstandshalters (3) ausgedehnt ist und dort an ihrer axialen Stirnfläche in eine zur Außenelektrode (2) führende Richtung (7) übergeht, deren äußere Oberfläche in einer Flucht mit der inneren, dem Abstandshalter abgewandten Seitenfläche der Ringnut (10) liegt.

2. Druckgasisolierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die metallische Einlage aus mindestens zwei perforierten Schalen besteht, die jeweils etwa ein achtel bis ein viertel des Umfanges bedecken, durch Distanzstücke auf Abstand zur inneren Mantelfläche der äußeren Elektrode gehalten werden und sich längs dieser bis um einen Abstand vom 0,5- bis 3fachen des Abstandes der Oberflächen der Schalen von der inneren Mantelfläche der äußeren Elektrode einander nähern.