DE4142518C2 - Schaltanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Schaltanlage ist aus der DD-PS 109 772 bekannt.

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 dieselben umgebenden geerdeten Gehäuse. Bei solchen Lichtbogenereignissen können erhebliche Beschädigungen der Anlagenbauteile 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, dass die Gehäusewandung durchschmilzt und die Schutzgasfüllung entweicht.

Bei der DD-PS 109 772 ist mindestens eine Wand vorgesehen, durch die die thermische Lichtbogenfestigkeit des Gehäuses erhöht wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Lichtbogen aufgrund der anliegenden Stromverhältnisse immer automatisch zu dieser Wand getrieben wird. Der Abstand der Wand zu dem Leiter ist für diese Bewegung des Lichtbogens zu der Wand nicht von Bedeutung, da, wie erwähnt, einzig die anliegenden Ströme als die den Lichtbogen beeinflussenden Größen beschrieben sind. Desweiteren ergibt sich aus der DD-PS 109 772, daß der Abstand zwischen dem Leiter und dem Gehäuse durch die Hinzufügung der Wand möglichst nicht verändert, insbesondere nicht kleiner werden soll. Eine selbsttätige Aktivierung des Lichtbogens an dieser Wand, insbesondere eine Auslösung einer Sekundärzündung, ist in der DD-PS 109 772 nicht beschrieben.

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 dem 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 Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

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 13, während das Kabel andererseits an einen Durchführungsisolator 4 angeschlossen ist, der 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 ihrerseites einen rechtwinklig zum Stromführungsbolzen nach oben wegführenden Abschnitt einer Sammelschiene 9 mit dem 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 hinausragenden 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 sich in der 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 Abstandsverhältnise 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 Wärmekoppelung 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 großer 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 auszugestalten, 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 aufgespritzte Metallschmelze geschützt.

Claims (13)

1. Schaltanlage für Mittel- oder Hochspannung, insbesondere SF6-isolierte Ringkabelschaltanlage, mit in einem geerdeten Gehäuse isoliert gehaltenen elektrischen Einbauteilen, wie Schalteinrichtungen, Sammelschienen, elektrischen Leitern, dadurch gekennzeichnet, dass an das Einbauteil (4, 9) eine davon abstehende Abschlusselektrode (8) angesetzt ist, dass zwischen der Abschlusselektrode (8) und einer elektrisch mit dem Gehäuse (1) verbundenen massereichen Gegenelektrode (11) eine Störlichtbogen-Sollbrennstrecke (8, 11) ausgebildet ist, und dass der wirksame Abstand im Gas zwischen der Abschlusselektrode (8) und der Gegenelektrode (11) derart kleiner als der Abstand sonstiger stromführender Einbauteile (4, 9) gegenüber anderen geerdeten Bauteilen (1) ist, dass eine Sekundärzündung zwischen der Abschlusselektrode (8) und der Gegenelektrode (11) möglich ist.

2. Schaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusselektrode (8) nach Art einer Hutmutter ausgebildet ist, die auf einen Schraubenbolzen (5) aufgedreht ist.

3. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlusselektrode (8) an einem Stütz- oder Durchführungsisolator (4) vorgesehen ist und daran einen elektrischen Leiter (9) festsetzt.

4. 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) liegt und deren anderer Schenkel (11.2) parallel zur Längsmittelachse neben der Abschlusselektrode (8) liegt und zum Isolator (4) gerichtet ist.

5. Schaltanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vor der Abschlusselektrode (8) stehende Schenkel (11.1) auf der dem anderen Schenkel (11.2) abgewandten Seite über die Längsmittelachse hinausragt.

6. Schaltanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vor der Abschlusselektrode (8) liegende Schenkel (11.1) der Gegenelektrode (11) eine etwa senkrecht zur Längsmittelachse verlaufende, parallel zu dem anderen Schenkel (11.2) verlaufende und auf die obere Schenkellängskante (13) aufgesetzte Stabelektrode (12) trägt.

7. Schaltanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (11.1 und 11.2) der Gegenelektrode (11) quer zur Schnittlinie der beiden Schenkel (11.1 und 11.2) eine Länge aufweisen, die wenigstens dem doppelten kürzesten Abstand zwischen der Abschlusselektrode (8) und der Gegenelektrode (11) entspricht.

8. Schaltanlage nach Anspruch 4, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (11) als Wanne ausgebildet ist.

9. Schaltanlage nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, 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.

10. Schaltanlage nach Anspruch 1 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) in Richtung der nebeneinander angeordneten Abschlusselektroden (8) beidendig über die jeweils benachbarte Abschlusselektrode (8) hinausragt.

12. Schaltanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Gegenelektrode (11) je eine etwa senkrecht zur Richtung der nebeneinander angeordneten Abschlusselektroden (8) verlaufende, neben die benachbarte Abschlusselektrode (8) reichende Abschlusswand (11.3) tragen.

13. Schaltanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlußelektrode (8) an einer abknickenden Leiterführung (5.9) angeordnet ist.