DE4135850A1 - Kompaktstation mit druckentlastungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompaktstation, im Freien auf­ stellbare Mittelspannungsnetzstation, vorgesehen für Bau­ gruppen, wie Transformator, Niederspannungsverteilung und gasisolierter Mittelspannungsschaltanlage, die neben Ge­ häusegrundkörper, Bodenplatte und Türen wahlweise getrennt herstellbare Seitenwände und Dach aufweist und die zusätz­ lich mit einer Druckentlastungseinrichtung versehen ist.

Mittelspannungs-Transformatorstationen in Kompaktbauweise, die aus Kostengründen, insbesondere wegen des immer weniger zur Verfügung stehenden Raumangebots, meist als nicht be­ gehbare Kleinstationen ausgeführt sind, werden im allge­ meinen in unmittelbarer Nähe des Verbrauchers aufgestellt, also dort, wo mit starkem Personenaufkommen zu rechnen ist. Bei inneren Fehlern, z. B. im Bereich der Schaltanlage, kann es zu erhöhter Beanspruchung des Gebäudes kommen und schließlich Personen, die sich in unmittelbarer Nähe der Station befinden, gefährden durch Herausreißen von Sta­ tionsteilen oder durch Austreten heißer Gase mit glühenden Partikeln. Mit der heutigen Anlagentechnik, insbesondere der gasisolierten Schaltanlagentechnik, konnte zwar ein ho­ her Sicherheitsstandard erreicht werden, jedoch ist ein Restrisiko nicht auszuschließen und die Stationen müssen entsprechend störlichtbogenfest ausgelegt sein. Zum Nach­ weis auf ausreichende Störlichtbogenfestigkeit werden die Stationsgebäude nach den Pehla-Richtlinien geprüft, wobei die Gefährdung sich in der Nähe befindender Personen be­ rücksichtigt wird. Bekannte Stationen werden daher in druckfester Ausführung angeboten, bei der das gesamte Sta­ tionsgehäuse so stark dimensioniert ist, daß keine Zer­ störung bzw. Abreißen irgendwelcher Teile möglich ist.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich bei der inzwischen weit verbreiteten Bauweise mit hermetisch gekapselten gas­ isolierten Schaltanlagen und eingebauter Druckentlastungs­ berstscheibe ein im Vergleich zu herkömmlichen luftiso­ lierten Anlagen hoher Druck langsam aufbaut und daß die Auswirkungen nach dem Öffnen der Berstscheibe durch bren­ nende Gase klein sind. Bei dieser Bauweise mit gasiso­ lierten Schaltanlagen stellt sich vielmehr die Aufgabe, den Druck gezielt abzubauen.

Es wurden daher eine Vielzahl von Maßnahmen vorgeschlagen, diese teilweise explosionsartig auftretende Druckwelle si­ cher zu beherrschen. So werden u. a. Stationen gebaut, die mit aufwendigen Entlastungskanälen z. B. innerhalb des Sta­ tionsraumes versehen sind (Druckschrift "Das Störlichtbo­ genverfahren der SF₆-Lastschaltanlage GA 24- Lösung für al­ le Verteilernetze" aus Elektrizitätswirtschaft, Jg. 86 (1987), Heft 22, S. 979). Aus der DE-OS-38 40 239 ist eine Transformatorstation bekannt, die zusätzliche Druckent­ lastungsklappen aufweist, die in die Stationswände einge­ baut sind.

Alle auf diese Art und Weise getroffenen Maßnahmen bereiten jedoch einen enormen Konstruktions- und Fertigungsaufwand, zusätzlichen Raumbedarf und kostspielige zusätzliche Bau­ teile.

Es wurden daher Stationen gebaut, die z. B. zwischen dem Dach und den Außenwänden einen feststehenden Spalt aufwei­ sen, durch den der Überdruck abgeleitet werden kann. Je­ doch erhöht man hierdurch wiederum die Fehlerursachen von Störungen durch Eindringen von Staub, Schmutz, Kleintieren etc.. In der DE-OS 32 33 989 wird daher eine Lösung beschrie­ ben, bei der zwischen dem Flachdach und den Außenwänden ei­ ne ringsum laufende Abdeckung angeordnet ist, die das o. g. Risiko einschränken soll. Aber auch diese Maßnahme erweist sich als sehr kompliziert, zu teuer und nicht universell anwendbar.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln und unter Verzicht jegli­ cher zusätzlicher bautechnischer Maßnahmen eine Transfor­ matorstation mit einer Druckentlastungseinrichtung zu schaffen, bei der die infolge von inneren Lichtbogenfehlern auftretende Druckwelle sicher beherrscht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Ausführung konnte in überraschend einfacher Weise ohne Veränderung oder Umbau des Stations­ gebäudes oder Hinzufügen anderer Bauteile eine einfache, preiswerte und zugleich sichere Druckentlastungseinrichtung geschaffen werden, indem ein bereits vorhandenes Stations­ element, beispielsweise Stationsdach oder Seitenwand, als Druckentlastungsklappe bzw. -deckel verwendet wird, wobei dieses Teil mit dem übrigen Stationsgebäude derart verbun­ den ist, daß es sich nicht durch Transport oder andere Er­ schütterungen versehentlich öffnen kann.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung liegt darin, daß unter Ausnutzung des Stationsdaches, einer Tür oder einer Seitenwand sich der Druck über eine große Fläche verteilen kann. Die Beanspruchung auf die betroffe­ nen Teile ist entsprechend gering. Bei bereits bekannten speziell angefertigten Druckentlastungsklappen sind die Übertragungskräfte erheblich höher, da nur eine kleine Fläche zur Verfügung steht. Bei unzureichender Dimensionie­ rung der Verbindungselemente kann es zum Herausreißen der Klappe kommen.

Ein weiterer Vorteil ist, daß im Normalzustand keine uner­ wünschten Verunreinigungen eindringen können, da die Sta­ tion komplett geschlossen ist. Die erfindungsgemäße Anord­ nung bietet sich besonders an für die heute im Ortsnetz­ bereich sehr stark verbreiteten fertig montierten Klein­ stationen aus unmittelbar oder über Profilstäbe miteinander verbundenen Plattenzuschnitten, wobei beispielsweise eine Wandplatte für die Druckentlastungseinrichtung verwendet werden kann.

Für die Be- und Entlüftung des Traforaumes können die sich sehr bewährten Lüftungslamellen verwendet werden, die be­ weglich gelagert sind und bei einer evtl. auftretenden Druckwelle automatisch verschließen.

Unter Verwendung des Stationsdaches als Druckentlastungs­ einrichtung reicht eine lose Verbindung aus, da dieses bei einem Störfall nach einem leichten Anheben durch sein Ei­ gengewicht wieder in die Ruhelage zurückkehrt. Durch das Hinzufügen von Anschlägen oder flexiblen Elementen, bei­ spielsweise Bänder, ist ein Wegreißen sicher verhindert.

Das Anbringen von Führungsbolzen, -schienen oder Gelenken zwischen dem lose auf- bzw. anliegenden, separaten Fertig­ teil und den angrenzenden Gebäudeteilen bewirkt bei Druck­ anstieg in vorteilhafter Weise einen definierten Bewegungs­ ablauf in Öffnungsrichtung, wodurch zwischen dem bewegli­ chen Stationsteil und dem feststehenden Teil ein vorgege­ bener Spalt entsteht.

Um ein Wiederverschließen der sich im Störfall öffnenden Teile und eine transport- und erschütterungsfeste Vebindung zu gewährleisten, können an den Verbindungsstellen zusätz­ lich Federelemente angebracht werden, die der Öffnungsrich­ tung entgegenwirken.

Als Verbindungen reichen die meist ohnehin bereits vorhan­ denen Verbindungsstellen aus, wobei ggf. lediglich ein Aus­ tausch der vorhadenen Schrauben erfolgen braucht. Eine be­ reits vor Ort aufgestellte Station kann daher mit einer dem Erfindungsgedanken zugrunde liegenden Druckentlastungsein­ richtung mit sehr geringem Aufwand nachgerüstet werden. Für neue Stationen sind keins grundlegenden Konstruktionsände­ rungen nötig.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Transformatorstation sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten. Zur besseren Veran­ schaulichung der Erfindung dienen die dazugehörigen Figu­ ren.

Es zeigt

Fig. 1 eine nicht begehbare Kompaktstation in perspekti­ vischer Ansicht.

Fig. 2 die Kompaktstation gemäß Fig. 1 im Schnitt mit dem Stationsdach als Druckentlastungseinrichtung. Dabei sind die Ausbreitungslinien der Druckwelle infolge eines Störlichtbogens und das Öffnen des Daches in Druckentlastungsrichtung schematisch eingezeichnet.

Fig. 3 die Kompaktstation gemäß Fig. 1 von vorn gesehen mit zwei Seitenwänden als Druckentlastungseinrich­ tung, wobei das Öffnen der Wände schematisch darge­ stellt ist. Gasführung in Pfeilrichtung eingezeich­ net.

Fig. 4 die in Fig. 2 erwähnte Kompaktstation in einer De­ tailansicht mit einer Ausführungsform für die Ver­ bindungsstelle.

Fig. 5 die in Fig. 3 erwähnte Kompaktstation in einer De­ tailansicht mit einer Ausführungsform für die Ver­ bindungstelle.

Die beispielhaft dargestellte nicht begehbare Kompaktsta­ tion 1 besteht aus Fundament 9, Stationsboden 8, Seiten­ wänden 6 mit integrierten Lüftungslamellen 10, Türen 7 und Stationsdach 6. Sie ist gegliedert in drei vorzugsweise voneinander getrennten Räumen, dem Niederspannungsraum 4, Transformatorraum 3 und Mittelspannungsraum 2. Dieser als solcher bekannte Aufbau ist nur beispielhaft dargestellt und kann in jeder bekannten Weise gestaltet sein.

Im Mittelspannungsraum befindet sich eine hermetisch gekap­ selte gasisolierte Schaltanlage 11, die beispielsweise im Boden des Anlagenkessels eine Druckentlastungsscheibe 12 aufweist. Bei einem Isolationsfehler innerhalb der Schalt­ anlage kommt es nach einem relativ langsamen Druckanstieg zum Ansprechen der Druckentlastungsberstscheibe. Der An­ sprechdruck der Berstscheibe ist geringer als die Druck­ festigkeit der Gehäuse. Während bei herkömmlichen luftiso­ lieren Schaltanlagen aufgrund des schnellen und steilen Druckanstiegs die Druckbeanspruchung auf das Gehäuse sehr groß sein kann und die Folgeschäden durch Brandeinwirkung nicht abschätzbar sein können, wird bei den gasisolierten Anlagen der durch Lichtbogeneinwirkung entstandene Brand weitgehend auf das Innere des Anlagenkessels begrenzt. Durch die Expansion der freiwerdenden Gase nach dem Öffnen der Berstscheibe tritt bereits eine starke Abkühlung ein. Die teilweise explosionsartig auftretende Druckwelle brei­ tet sich rasch im gesamten Stationsgebäude aus und ist in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird beispielsweise das gesamte Stationsdach 6 zur Druckentlastung ausgenutzt, das im Normalzustand lose, jedoch über die Verbindungen 13 in seiner Lage fest fixiert auf den Außenwänden 6 aufliegt. Bei einem inneren Druckan­ stieg verteilt sich der Druck auf die gesamte Dachfläche und bewirkt ein kurzzeitiges Anheben des Daches. Dabei reicht ein kleiner Spalt aus, da dieser ringsum verläuft. Die Verbindung 13 zwischen dem Dach und den Außenwänden kann gemäß des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiels so vorgenommen werden, daß zwischen den bereits standard­ mäßig vorhandenen Auflagewinkeln 14, die fest über Profil­ leisten mit den Außenwänden verbunden sind, und dem Dach jeweils eine längere Schraube 15 eingesetzt wird, deren Schraubenkopf bzw. eine Unterlegscheibe 16 als Anschlag dient und das Anheben des Daches auf den Spalt mit dem Maß "a" begrenzt. Das Spaltmaß "a" läßt sich darüber hinaus vorteilhafterweise durch Drehen der Schrauben einstellen.

Als zusätzliche sicherheitsdienende Maßnahme können zwi­ schen dem feststehenden und beweglichen Teil Federn einge­ baut werden. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 gezeigt, befindet sich zwischen dem Auflagewinkel und dem fest mit dem Dach verbundenen Bolzen 15 eine Druckfeder 17. Eine solche Anordnung, die auch in jeder anderen Weise ge­ staltet sein kann, bewirkt die Funktion eines Ventils, wo­ bei das Stationsdach als Ventildeckel wirkt.

Eine andere sicherheitstechnische Maßnahme kann auch durch das Einbauen von Sollbruchstellen ermöglicht werden, bei­ spielsweise über Kunststoffschrauben.

Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist in Fig. 3 wiedergegeben. Hier werden zur Druckentlastung zwei in Plattenform ausgeführte Seitenwände 6 verwendet, die beispielsweise über ein Gelenk und ggf. auch über Federn oder lediglich über ein einfaches ggf. federndes Band, wie in der Zeichnung abgebildet, in eine vorübergehende, be­ grenzte Öffnungsstellung im Störfall gebracht werden. Der Spalt "b" ist so zu wählen, daß keine Gefährdung gemäß der Prüfrichtlinien auftreten kann. Das im Falle eines auftre­ tenden Störlichtbogens strömende Gas ist in Pfeilrichtung eingezeichnet.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Beispiele nur einige von vielen Ausführungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens sind. Viele andere Varianten, die hier nicht aufgezeigt worden sind, beispielsweise andere Aufteilung des Stationsraumes, andere Gestaltung oder An­ zahl der Verbindungen bzw. Auflage, lassen sich selbst­ verständlich aus den Merkmalen des Patentanspruches ab­ leiten.

Aufgrund der beengten Platzverhältnisse konnte sich das Konzept, Kleinstationen mit kompakten gasisolierten Mit­ telspannungsschaltanlagen zu bestücken, gerade im verbrau­ chernahen Bereich sehr stark durchsetzen. Die der Erfindung zugrunde liegende neue Technik bietet zu diesem Konzept eine fantastische Lösung an, nicht zuletzt aufgrund der Si­ cherheit sondern auch wegen der einfachen, preiswerten und daher dem Anwender sehr entgegenkommenden Bauweise.

Claims (5)

1. Kompaktstation, im Freien aufstellbare Mittelspannungs­ netzstation, vorgesehen für Baugruppen, wie Transforma­ tor, Niederspannungsverteilung und gasisolierter Mit­ telspannungsschaltanlage, die neben Gehäusegrundkörper, Bodenplatte und Türen wahlweise getrennt herstellbare Seitenwände und Dach aufweist und die zusätzlich mit einer Druckentlastungseinrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der getrennt herge­ stellten Seitenwände, das Dach oder mindestens eine Tür die Druckentlastungseinrichtung darstellt und mit dem angrenzenden Stationsgehäuse derart in Verbindung steht, daß sich zumindest ein Teilbereich des zugleich als Druckentlastungseinrichtung wirkenden separaten Ge­ häuseteils sich im Störfall kurzfristig und vorüber­ gehend jedoch nur begrenzt öffnen kann.

2. Kompaktstation nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die als Druckentlastungseinrichtung die­ nende Seitenwand, das Dach oder eine Tür derart mit dem angrenzenden Stationsgehäuse mechanisch in Verbindung steht, daß ein genau definierter Bewegungsablauf in Druckentlastungsrichtung vorgegeben ist und über An­ schläge begrenzt ist.

3. Kompaktstation nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem sich im Störfall öffnen­ dem Teil und dem feststehenden Teil Führungsschienen, Führungsbolzen, Gelenke oder flexible Elemente, bei­ spielsweise Bänder, als Verbindungselemente vorgesehen sind.

4. Kompaktstation nach den Patentansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungsstellen der Öff­ nungsrichtung entgegenwirkende Federelemente angeordnet sind.

5. Kompaktstation nach Patentanspruch 1 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Stationsdach lose aufliegt und teilweise mit dem feststehenden Gebäudeteil über flexi­ ble Elemente verbunden ist.