DE4142518C2 - Schaltanlage - Google Patents
SchaltanlageInfo
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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.
Priority Applications (1)
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Family
ID=6447842
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914142518 Expired - Lifetime DE4142518C2 (de) | 1991-12-21 | 1991-12-21 | Schaltanlage |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ALSTOM SACHSENWERK GMBH, 93055 REGENSBURG, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: AREVA SACHSENWERK GMBH, 93055 REGENSBURG, DE |
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R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |