DE4142518A1 - Schaltanlage - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Schaltanlagen für Mittel- oder Hochspannung kommt es
durch Isolationsfehler gelegentlich zu elektrischen
Überschlägen mit Lichtbogenbildung zwischen elektrischen
Einbauteilen unterschiedlicher Phasen oder zwischen solchen
Einbauteilen und dem diesselben umgebenden geerdeten
Gehäuse. Bei solchen Lichtbogenereignissen können
erhebliche Beschädigungen der Anlagenteile auftreten. Die
Druckerzeugung in einem mit SF6 gefüllten Behälter, wächst
etwa proportional mit der Lichtbogenlänge. Zündet der
Lichtbogen zwischen einem der elektrischen Einbauteile und
dem Gehäuse, besteht die Gefahr, daßdie Gehäusewandung
durchschmilzt und die Schutzgasfüllung entweicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
Schaltanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Maßnahmen zu treffen, durch welche ein erhöhter Schutz der
Schaltanlage gegen auftretende Lichtbogenschäden erzielt
wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Bei einer Ausgestaltung einer Schaltanlage gemäß der
Erfindung wird eine Überschlagstelle geschaffen, die beim
Auftreten einer unzulässigen Überspannung selbsttätig
aktiviert wird. Dabei ist diese Störlichtbogen-
Sollbrennstrecke zwischen wenigstens einem der Einbauteile
und einer elektrisch mit dein Gehäuse verbundenen
massereichen Gegenelektrode ausgebildet, die thermisch
weitgehend von der angrenzenden Gehäusewandung entkoppelt
sein kann. Um auch das Einbauteil vor Beschädigungen zu
schützen, ist daran eine abstehende Abschlußelektrode
angesetzt. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden der
Sollbrennstrecke wird dabei insbesondere kleiner gewählt,
als der Abstand des Einbauteils bzw. der mit ihm elektrisch
verbundenen Bauelemente gegenüber anderen geerdeten
Einbauten. Die dadurch vorbestimmte extrem geringe
Lichtbogenlänge garantiert bei einem Lichtbogenereignis den
kleinsten Energieumsatz. Der damit gewählte günstigste
Brennort verhindert zudem ein Anschmelzen des
Gehäusewerkstoffes und ein Brennen des Lichtbogens in der
Nähe stark Gas abgebender Isolierstoffe, was zu einer
ungünstigen Beeinflussung der Schutzgasfüllung führen kann.
Die Elektroden können zudem aus einem möglichst
hochschmelzenden Werkstoff, insbesondere aus
kostengünstigem Stahl hergestellt werden und erhalten
dadurch die Lichtbogenlänge über relativ lange Zeit nahezu
konstant. Vorzugsweise wird die Abschlußelektrode nach Art
einer Hutmutter ausgebildet, die auf einen Schraubenbolzen
eines Stütz- oder Durchführungsisolators aufgedreht ist und
die einen rechtwinklig dazu abgehenden Sammelschienenleiter
hält. Diese Anordnung der Elektroden unterstützt die
magnetisch-dynamische Stromtreibwirkung auf einen
entstehenden Lichtbogen und stellt einen gleichbleibenden
Brennort sicher. Die Anordnung der Abschlußelektrode mit
kürzester Entfernung zu einem Kabelanschluß, der
beispielsweise über einen Durchführungsisolator erfolgt,
bewirkt, daß einlaufende, sehr steile und hohe
Stoßspannungswellen bevorzugt an der Sollbrennstrecke zur
Zündung führen. Selbst wenn es innerhalb der Kapselung der
Schaltanlage primär an einer anderen Stelle als an den
Elektroden der Sollbrennstrecke zu einer Zündung kommt,
dann kommt es nach kurzer Zeit zu einer Sekundärzündung an
der Sollbrennstelle. Die Gegenelektrode kann in einfacher
Ausführung durch einen in Richtung der Längsmittellinie vor
der Abschlußelektrode angeordneten Stab gebildet sein.
Zweckmäßig ist es dabei auch, in Mehrphasennetzen bei
entsprechender Anordnung mehrere, dementsprechenden
Einbauteilen der verschiedenen Phasen zugeordnete
Abschlußelektroden vorzusehen, die einer gemeinsamen
Gegenelektrode gegenüberstehen. Vorzugsweise besteht die
Gegenelektrode aus einem im Querschnitt winkelförmigen
Profil, dessen einer Schenkel mit Abstand vor der
Abschlußelektrode und deren anderer Schenkel parallel zur
Längsmittellinie derselben liegt. Die Schenkel reichen dann
bei senkrechter Projektion beidseitig über die eine oder
mehreren Abschlußelektroden hinaus. Dabei kann auch der vor
der Abschlußelektrode stehende Schenkel über deren
Längsmittellinie hinausragen, während der andere Schenkel
bis unter einen die Abschlußelektrode tragenden Isolator
reichen kann. Die Gegenelektrode weist dann bei einer
Materialstärke von beispielsweise 8 mm eine hohe
Wärmekapazität und damit eine hohe Durchbrennfestigkeit
auf. Sie umschließt zudem die Abschlußelektrode so
weitgehend, daß andere, mit dem Gehäuse verbundene Teile
nicht Fußpunkt eines Lichtbogens werden können. Es können
daher auch die Endseiten der Winkelschiene noch mit
Abschlußwandstücken versehen sein, so daß die
Gegenelektrode auch einen seitlichen Abschluß im Bereich
der jeweiligen Gegenelektrode bildet und auch in diesem
Bereich ein Überschlag auf andere Teile nicht möglich ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen von
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenschnittdarstellung einer
Störlichtbogen-Sollbrennstrecke im Gehäuse einer
Schaltanlage,
Fig. 2 eine Teilansicht einer Störlichtbogen-
Sollbrennstrecke mit winkelförmiger Gegenelektrode im
Seitenschnitt,
Fig. 3 eine um 90 Grad gedrehte Aufsicht auf die Anordnung
gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine Teilansicht mit einer aus einem Stab und einem
Winkelprofil kombinierten Gegenelektrode in Seitenansicht,
Fig. 5 die Anordnung nach Fig. 4 um 90 Grad gedreht in
Draufsicht und
Fig. 6 eine Anordnung mit wannenförmiger Gegenelektrode.
In einem Gehäuse 1 einer Schaltanlage für Mittel- oder
Hochspannung, die vorliegend als Ringkabelschaltanlage
ausgebildet ist, befindet sich ein luftisolierter
Kabelanschlußraum 2, in den wenigstens ein von außen
herangeführtes Hochspannungskabel 3 einläuft. Vom
Hochspannungskabel 3 führt ein Abzweig zu einem ebenfalls
Im Kabelanschlußraum 2 angeordneten Überspannungsableiter
3, während das Kabel andererseits an einen
Durchführungsisolator 4 angeschlossen ist, aber mit
waagerechtem Stromführungsbolzen 5 durch einen senkrechten
Wandabschnitt 6 der hermetisch geschlossenen, mit einem
Schutzgas, beispielsweise SF6, gefüllten Schaltkammer 7
eingeführt ist. Das in die Schaltkammer 7 ragende Ende des
Stromführungsbolzens 5 ist mit einem Gewinde versehen, auf
das eine als Abschlußelektrode 8 ausgebildete Hutmutter
aufgedreht ist, die ihrerseits einen rechtwinklig zum
Stromführungsbolzen nach oben wegführenden Abschnitt einer
Sammelschiene 9 mit dein Stromführungsbolzen 5 in elektrisch
leitender und mechanisch fester Zuordnung festsetzt. Die
Sammelschiene 9 führt zu einem oberhalb der Durchführung 4
in der Schaltkammer 7 angeordneten Lastrennschalter 10, der
vorliegend als selbstblasender Schalter ausgebildet ist.
Der Abschlußelektrode 8 steht eine Gegenelektrode 11 mit
Abstand gegenüber, wobei die Gegenelektrode 11 geerdet und
mit dem Gehäuse 1 elektrisch leitend verbunden,
wärmetechnisch davon jedoch weitgehend entkoppelt ist. Der
für einen Spannungsüberschlag wirksame lichte Abstand
zwischen den Elektroden 8,11 ist kleiner gewählt als
zwischen sonstigen stromführenden Teilen und geerdeten
Teilen der Schaltanlage. Hierdurch ist eine Störlichtbogen-
Sollbrennstrecke vorgegeben, die eine geerdete Elektrode
umfaßt. Diese Gegenelektrode 11 ist vorzugsweise mehreren
Abschlußelektroden 8 zugeordnet, die ihrerseits in einem
Mehrphasennetz entsprechenden, nebeneinander angeordneten
Stromführungsbolzen jeder Phase zugeordnet sein kann.
Gemäß Fig. 1 besteht die Gegenelektrode 11 aus einem
vorliegend im Querschnitt runden Profilstab, der quer zu
der durch den Stromführungsbolzen 5 vorgegebenen
Längsmittelachse der Abschlußelektrode verläuft und dabei
parallel zu benachbarten senkrechten und waagerechten
Wandabschnitten des Gehäuses, also in der Betriebslage
waagerecht liegt. Die Gegenelektrode 11 ist mit
ausreichendem Abstand gegenüber den benachbarten
Wandabschnitten des Gehäuses 1 angeordnet und vorzugsweise
an ihren seitlich über die Abschlußelektroden 8
hinaus ragenden Enden elektrisch leitend mit dem Gehäuse 1
verbunden. Bei einem Stabdurchmesser von beispielsweise 30 mm
weist diese Gegenelektrode eine ausreichende
Wärmekapazität für den Lichtbogenfall auf, so daß sie
wärmetechnisch weitgehend vom Gehäuse 1 entkoppelt sein
kann und eine Durchschmelzgefahr für das Gehäuse im
Fehlerfalle praktisch ausgeschlossen ist.
Gemäß den Fig. 2 und 3 besteht die Gegenelektrode 11 bei
sonst gleichem Aufbau aus einem Winkelprofil, das aus
Stahlblech von beispielsweise 8 mm Dicke gebildet ist und
dich in aber Flucht von beispielsweise drei nebeneinander
angeordneten Abschlußelektroden 8 seitlich über die äußeren
Abschlußelektroden 8 hinaus erstreckt. Ein Schenkel 11.1
der Abschlußelektrode 11 steht dabei senkrecht zur
Längsmittelachse des bei 5 angedeuteten
Stromführungsbolzens des Durchführungsisolators 4, während
der andere Schenkel 11.2 parallel zur Längsmittelachse in
waagerechter Richtung bis unter den Isolator 4 reicht. Im
Bereich der seitlichen Enden dieser Abschlußelektrode 11
sind Abschlußwände 11.3 angeschweißt, die in der
dargestellten Betriebslage senkrecht neben den äußeren
Abschlußelektroden 8 stehen. Der Schenkel 11.1 ragt dabei
nach oben in Richtung der Sammelschiene 9 über die
jeweilige Abschlußelektrode 8 hinaus, wobei der auf die
Längsmittellinie bezogene nach oben gerichtete Schenkelteil
wenigstens so lang wie der nach unten gerichtete
Schenkelteil ist. Die Abschlußelektroden 8 liegen dadurch
eingerahmt in der wannenförmig ausgebildeten Gegenelektrode
11, so daß Überschläge von den Abschlußelektroden 8 zum
benachbarten Gehäuse 1 aufgrund der Abstandsverhältnisse zur
Gegenelektrode praktisch ausgeschlossen sind.
In den Fig. 4 und 5 ist ebenfalls eine winkelförmige
Gegenelektrode 11 vorgesehen, bei der jedoch der nach oben
gerichtete Schenkel 11.1 verkürzt ist und durch einen im
Querschnitt runden Profilstab 12 abgeschlossen ist, der in
Richtung der Längsmittellinie der Abschlußelektrode 8 bzw.
des zugehörigen Stromführungsbolzens 5 auf die quer dazu
verlaufenden Längskanten des Schenkels 11.1 aufgeschweißt
ist. Die runde Oberfläche des Profilstabs 12 ermöglicht
aufgrund der günstigen elektrischen Feldverteilung einen
kürzeren Abstand zwischen den Elektroden 8,11 gegenüber
scharfkantigen Elektrodenteilen bei gleicher Soll-
Spannungsdurchschlagsfestigkeit.
Das Winkelprofil der Abschlußelektrode 11 ist im übrigen
ebenfalls mit Abstand vom Gehäuse 1 festgesetzt und
elektrisch leitend damit verbunden, wobei insbesondere die
Enden des Winkelprofils im Gehäuse festgesetzt sind, um
ebenfalls eine verminderte Wärmekopplung zwischen beiden
Teilen zu erzielen. Mit einer insbesondere gemäß den
Fig. 2 bzw. 3 ausgebildeten Anordnung wurde eine
erhebliche Verringerung der Lichtbogenleistung und eine
damit verbundene geringere Druckentwicklung im Gehäuse 1
erzielt. Dabei hat insbesondere der Abstand zwischen dem
unteren Schenkel 11.2 und der benachbarten Gehäusewand den
Vorteil, daß der dazwischen liegende Raum als Partikelfalle
dient, also einen elektrisch feldfreien Raum bildet, aus
dem einmal dorthin gefallene Partikel wie Staubteile,
Fasern, Späne und dergleichen vom elektrischen Feld nicht
mehr fortbewegt werden. Es ist bei diesem Aufbau durch
Plazierung der Elektroden 8,11 mit kürzester Entfernung zum
Kabelanschluß sichergestellt, daß über das Kabel 3
einlaufende unzulässige Überspannungen bevorzugt an den
Elektroden 8, 11 zur Zündung führen, wobei die rechtwinklige
Stromführung über den Stromführungsbolzen 5 und die
Sammelschiene 9 in Verbindung mit der Anordnung der
Elektroden 8, 11 durch die unterstützende magnetisch-
dynamische Stromtreibwirkung einen stabilen Brennort
zwischen den Elektroden 8, 11 sichert. Die Elektroden 8,11
können dabei aus hochschmelzenden, kostengünstigen
Werkstoffen, beispielsweise Stahl mit grober Wärmekapazität
hergestellt werden, so daß die vorgegebene Lichtbogenlänge
auch über eine längere Beanspruchungszeit relativ konstant
bleibt.
Daneben ist es gemäß Fig. 6 von Vorteil, die Gegenelektrode
11 noch zusätzlich mit einem Schenkel 11.4 auszustalten,
der die Gegenelektrode 11 zu einer Wanne ergänzt. Dieser
zusätzliche Schenkel 11.4 ist an den den Isolator 4
untergreifenden Schenkel 11.2 angesetzt und weist zum
Isolator 4 hin. Dadurch ist das Gehäuse 1 und insbesondere
die Trennwand 6 gegen das Aufheizen und Durchschmelzen
infolge der Strahlungswärme des Lichtbogens sowie durch
angeritzte Metallschmelze geschützt.
Claims (18)
1. Schaltanlage für Mittel- oder Hochspannung insbesondere
SF6-isolierte Ringkabelschaltanlage, mit in einem geerdeten
Gehäuse isoliert gehaltenen elektrischen Einbauteilen, wie
Schalteinrichtungen, Sammelschienen, elektrische Leiter
oder dergl., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
wenigstens einem der Einbauteile (4, 9) und einer elektrisch
mit dem Gehäuse (1) verbundenen massereichen Gegenelektroade
(11) eine Störlichtbogen-Sollbrennstrecke (8, 11)
ausgebildet ist.
2. Schaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an das Einbauteil (4, 9) eine davon abstehende
Abschlußelektrode (8) angesetzt ist.
3. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der wirksame Abstand zwischen der
Abschlußelektrode (8) und der Gegenelektrode (11) kleiner
als der Abstand stromführender Einbauteile (4, 9) gegenüber
anderen geerdeten Bauteilen (1) ist.
4. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußelektrode (8) nach
Art einer Hutmutter ausgebildet ist, die auf einen
Schraubenbolzen (5) aufgedreht ist.
5. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
daß die Anschlußelektrode (8) an einem Stütz- oder
Durchführungsisolator (4, 5) vorgesehen ist und daran einen
elektrischen Leiter (9) festsetzt.
6. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußelektrode (8) eine
im Querschnitt winkelförmige, geerdete Gegenelektrode (11)
zugeordnet ist, deren einer Schenkel (11.1) mit Abstand vor
der Abschlußelektrode (8) und deren anderer Schenkel (11.2)
parallel zur Längsmittellinie neben der Abschlußelektrode
(8) liegt und zum Isolator (4) berichtet ist.
7. Schaltanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der vor der Abschlußelektrode (8) stehende Schenkel
(11.1) über die Längsmittellinie (5) hinausragt.
8. Schaltanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der vor der Abschlußelektrode (8) liegende Schenkel
(11.1) der Gegenelektrode (11) eine quer zur
Längsmittellinie (5) verlaufende, auf die obere
Schenkellängskante (13) aufgesetzte Stabelektrode (12)
trägt.
9. Schaltanlage nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (11.1 und 11.2)
der Gegenelektrode (11) quer zur Längsmittellinie (5) eine
Breite aufweisen, die wenigstens dem doppelten kürzesten
Abstand zwischen der Abschlußelektrode (8) und der
Gegenelektrode (11) entspricht.
10. Schaltanlage nach Anspruch 2 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abschlußelektroden (8)
nebeneinander angeordnet sind und daß den
Abschlußelektroden (8) eine gemeinsame Gegenelektrode (11)
zugeordnet ist.
11. Schaltanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die gemeinsame Gegenelektrode (11) beidendig seitlich
über die jeweils benachbarte Abschlußelektrode (8)
hinausragt.
12. Schaltanlage nach Anspruch 9 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Gegenelektrode
(11) je eine parallel zur Längsmittelachse (5) verlaufende,
neben die benachbarte Abschlußelektrode (8) reichende
Abschlußwand (11.3) tragen.
13. Schaltanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der
Längsmittellinie (5) vor der Abschlußelektrode (8) eine
stabförmige, mit dem Gehäuse (1) elektrisch leitend
verbundene Gegenelektrode (11) angeordnet ist.
14. Schaltanlage nach Anspruch 2 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (11) im
Bereich der Abschlußelektrode (8) mit Abstand von
benachbarten Wandungsabschnitten des Gehäuses (1)
angeordnet ist.
15. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (8, 11)
unmittelbar an der Einführung eines von außen
herangeführten Kabels (3) vorgesehen ist.
16. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußelektrode (8) an
einer abknickenden Leiterführung (5, 9) angeordnet ist.
17. Schaltanlage nach Anspruch 6 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (11) als
Wanne ausgebildet ist.
18. Schaltanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenelektrode (11) einen von dem den Isolator (4)
untergreifenden Schenkel (11.2) ausgehenden, zum Isolator
(4) hin abstehenden Schenkel (11.4) aufweist.
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ID=6447842
Family Applications (1)
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DE19914142518 Expired - Lifetime DE4142518C2 (de) | 1991-12-21 | 1991-12-21 | Schaltanlage |
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