DE4100720C2 - Druckgasisolierte und metallgekapselte waagerechte Anordnung für Hochspannungsschaltgeräte - 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 eine 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.

Bei waagerecht angeordneten Druckgasisolierungen sind metallische, mit Öffnungen versehene Einlagen bekannt, die im unteren Bereich der Außenelektrode liegen und in axialer Richtung vor der konvexen Stirn des Abstandshalters enden (DD 247 109). Soweit die Partikel durch die Perforation der Einlage in den darunter befindlichen feldschwachen Raum fallen können, stellen solche Einlagen einen guten Schutz dar. Das ist vor allem bei den durch Kontaktverschleiß im Betrieb entstehenden Partikeln der Fall. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß sie das besonders gefährdete Gebiete in der unmittelbaren Umgebung des Abstandshalters ungenügend schützt. Die Einlage endet in einer solchen Distanz vor der konvexen Stirn des Abstandshalters, daß sie im Bereich des Abstandshalters nicht zur Verringerung von Schlagweiten und zur Erhöhung von Feldstärken führt. Bei der Bauteilmontage in die Kapselung gelangende und dort verbleibende Partikel können sich schon beim Transport zum Aufstellungsort lösen. Erfolgt dieser Transport zumindest teilweise in schräger oder senkrechter Lage, fallen die Partikel in das Gebiet des Abstandshalters und können bereits bei der Inbetriebnahmeprüfung zu Überschlägen führen. Darüber hinaus gelangen durch Gasbewegungen bei Schalthandlungen auch im Betrieb erst entstehende Partikel in dieses kritische Gebiet.

Bei der in DD 247 110 angegebenen Lösung für senkrecht stehende Isolieranordnungen ist ein feldschwaches Gebiet in einer Ringnut in einem Gefäßflansch an der Einspannstelle des Abstandshalters vorgesehen. Dort können sich fertigungsbedingte Partikel in senkrechter Transport- oder Montagelage sammeln. Beim Kippen in eine waagerechte Lage, wenn eine solche Anwendung erwogen würde, könnte aber nicht verhindert werden, daß Partikel auch in das gefährdete Gebiet vor den Abstandshalter fallen. Im Betrieb entstehende Partikel würden in der Regel durch eine solche Anordnung nicht separiert werden.

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 dem Isolierraum mit einem unter Druck stehenden Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid.

Zwei metallische Schalen 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 Schalen 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 Schalen 4 berühren sich in axialer Richtung der Anordnung 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 in einer Flucht mit der inneren Seitenfläche der Ringnut liegt.

Claims (1)

1. Druckgasisolierte und metallgekapselte waagerechte Anordnung für Hochspannungsschaltgerät mit

   • - mindestens einer Innenelektrode,
   • - einer die Innenelektrode koaxial in Form einer Metallkapselung umhüllenden, auf Erdpotential liegenden Außenelektrode,
   • - einer mit Öffnungen versehenen metallischen Einlage im unteren Bereich der Außenelektrode,
   • - einem die Innenelektrode abstützenden, zur metallischen Einlage hin konvexen Abstandshalter,
   • - einer zur Innenelektrode hin offenen Ringnut an einem Flansch der Außenelektrode, an dem der Abstandshalter eingespannt ist,
   • - zur Außenelektrode führenden Rundungen der metallischen Einlage an deren dem Abstandshalter zugewandten Stirnseite und
   • - einer Isoliergasfüllung, insbesondere Schwefelhexafluorid,
     gekennzeichnet dadurch, daß die metallische Einlage,
   • - aus mindestens zwei sich längs der axialen Richtung der Außenelektrode (2) erstreckenden perforierten Schalen besteht, die zwischen ihren Längskanten mindestens eine Längsnut (9) mit einer Breite vom 0,5- bis 3fachen des Abstands zwischen metallischer Einlage und innerer Mantelfläche (5) der Außenelektrode (2) freilassen,
   • - insgesamt ein Viertel bis die Hälfte der inneren Mantelfläche (5) der Außenelektrode (2) bedeckt,
   • - Distanzstücke auf Abstand zur inneren Mantelfläche (5) der Außenelektrode (2) halten,
   • - an ihren axialen Kanten in Rundungen (8) übergeht, die zur Außenelektrode (2) gerichtet sind,
   • - mit ihren stirnseitigen Rundungen (7) in die Ringnut (10) einmündet und
   • - mit ihrer zum Abstandshalter (3) gewandten Oberfläche der Rundungen (7) in einer Flucht mit der dem Abstandshalter (3) abgewandten, freibleibenden Seitenfläche der Ringnut (10) liegt.