DE4142518A1 - Schaltanlage - Google Patents

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.