DE60104788T2 - Gasisolierter Leistungsschalter mit integriertem elektronischem Stromwandler - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Einphasen-Hochspannungsschalter, welcher mindestens eine Trennkammer umfasst, welche durch ein isolierendes Rohr gebildet ist, das sich entlang einer axialen Richtung erstreckt und mit einem Isolationsgas gefüllt ist, welcher für mindestens eine Trennkammer einen Stromwandler aufweist, welcher eine Primärseite und eine Sekundärseite umfasst, wobei die Sekundärseite in Luft um die Primärseite herum an einem Ende des Rohrs angeordnet ist. Die Primärseite befindet sich auf dem elektrischen Hochspannungspotenzial der Phase und die Sekundärseite unterliegt einem Hochspannungspotenzial, welches ungefähr gleich dem der Primärseite ist.
• Aus der Patentschrift US 4 742 197 ist ein Hochspannungsschalter dieser Art mit mindestens einem Stromwandler eines Typs, welcher eingebaut elektronisch genannt wird, bei welchem die Primärseite durch einen röhrenförmigen Leiter in Luft gebildet ist, welcher an einem Ende des Isolationsrohrs der Trennkammer einen Hochspannungspol des Schalters bildet, bekannt. Die Sekundärseite ist in Luft um die Primärseite herum angeordnet und unterliegt einem Hochspannungspotenzial, welches ungefähr gleich demjenigen der Primärseite ist. Das elektrische Signal der Sekundärseite wird in ein optisches Signal umgewandelt, welches beispielsweise mit Hilfe einer optischen Faser bis zu einem Signalverarbeitungssystem in einer Einrichtung auf Erdpotenzial befördert wird. Eine solche Vorrichtung weist Vorteile im Vergleich zu einem Hochspannungsschalter auf, welcher mit einem herkömmlichen Stromwandler ausgestattet ist, weil es nicht mehr erforderlich ist, die Drahtwicklungen der Sekundärseite an den Messvorrichtungen, welche mit der Erde verbunden sind, herbeizuführen, was es insbesondere ermöglicht, den Platzbedarf des Hochspannungsschalters am Boden zu verringern.
• Ein solcher Hochspannungsschalter weist auch Vorteile im Vergleich zu einem Schalter mit Gasisolation mit einem Stromwandler des elektronischen eingebauten Typs auf, wie er zum Beispiel aus der Patentschrift DE 196 08 285 bekannt ist. Bei der Vorrichtung dieses Dokuments ist die Sekundärseite des Wandlers in dem Isolationsgas der Trennkammer an einem Ende des Isolationsrohrs, welches diese Kammer bildet, angeordnet. Bei einer solchen Anordnung des Wandlers kann sich die Wartung des Wandlers aufgrund der Schwierigkeit, die Sekundärseite zu erreichen, und des Erfordernisses, in solch einem Fall das Isolationsgas des Schalters zu entlassen, als kostspielig erweisen.
• Die in der Patentschrift US 4 742 197 beschriebenen Vorrichtungen ermöglichen es daher die Wartungskosten des oder der Stromwandler zu verringern. Sie ermöglichen es außerdem, verschiedenen Konfigurationen des Schalters (Säulenschalter oder eine T-Form) gerecht zu werden. Jedoch müssen die radialen Abmessungen eines Stromwandlers sowie der Kappe, welche diesen Wandler mit seiner zugehörigen Elektronik einschließt, wenn die Sekundärseite des Wandlers dazu bestimmt ist, um das Isolationsrohr der Trennkammer herum an einem Ende, welches von einer Betätigungsstange dieser Kammer durchquert ist, angebracht zu werden, im Vergleich zu einer anderen Anordnung, bei welcher die Sekundärseite um einen primären Leiter herum angeordnet ist, welcher in Luft angeordnet ist und an einem Pol der Trennkammer befestigt ist, vergrößert werden. Es ist somit nicht möglich, ein gleiches Stromwandlermodul unabhängig von der Anordnung des Moduls in dem Schalter zu verwenden.
• Außerdem ist aufgrund der Tatsache, dass die Anbringung eines Wandlers um das Isolationsrohr der Trennkammer herum eine Vergrößerung des radialen Abstands zwischen dem primären Leiter und der Sekundärseite erfordert, das Signal der Sekundärseite allgemein dementsprechend geschwächt. Die Messung des primären Stroms ist somit im Vergleich zu der anderen, kompakteren Anordnung des Wandlers weniger genau. Darüber hinaus kann diese Vergrößerung des radialen Platzbedarfs des Stromwandlers sich als nachteilig erweisen, zum Beispiel hinsichtlich des Platzbedarfs einer Mehrphasen-Schalterbaugruppe, welche mehrere Einphasen-Schalter, die Seite an Seite angeordnet sind, zusammenschließt, aufgrund des radialen Raums, welcher um jeden Wandler herum für den Zugang bei der Wartung erforderlich ist.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben, und genauer, einen Einphasen-Hochspannungsschalter mit einer Gasisolation bereitzustellen, welcher mindestens einen Stromwandler, welcher vom eingebauten elektronischen Typ ist und in modularer Weise angeordnet ist, um mehrere Aufbaukonfigurationen des Wandlers unabhängig von der Konfiguration des Schalters (Säulenschalter oder in T-Form) zu ermöglichen, während es ermöglicht wird, den Platzbedarf des Stromwandlers zu verringern, und die Möglichkeit vorhanden ist, ein gleiches Modul unabhängig von der Anordnung des Moduls in dem Schalter zu verwenden.
• Zu diesem Zweck hat die Erfindung einen Schalter der Art, wie sie als Oberbegriff definiert ist, zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite durch eine ringförmige metallische Halterung gebildet ist, welche an einem ringförmigen metallischen Flansch befestigt ist, wobei der ringförmige Flansch an einem Ende des Isolationsrohrs angebracht ist und elektrisch mit einem Kontakt des Schalters verbunden ist, und dass der ringförmige Innenraum der Halterung sich in Verbindung mit dem Volumen des Rohrs befindet, um mit demselben Iso lationsgas gefüllt zu sein, wobei eine Dichtigkeit zwischen diesem Gas und der Außenluft realisiert ist.
• Über ihre Funktion der elektrischen Leitung hinaus gewährleistet die Primärseite des Wandlers außerdem eine mechanische Halterungsfunktion, wenn sie an der Grenzfläche der Trennkammer des Schalters und einer Halterungssäule oder auch an der Grenzfläche der Trennkammer des Schalters und eines Schließwiderstandsgehäuses oder auch an der Grenzfläche der Trennkammer des Schalters und eines Anschlussgehäuses an eine Halterungssäule bei einer T-Schalterkonfiguration angeordnet ist.
• Der ringförmige Innenraum einer ringförmigen Halterung, welche die Primärseite bildet, ermöglicht somit das Durchführen des Betätigungsschafts einer Trennkammer oder auch das Durchführen eines Leiters, welcher dazu geeignet ist, einen Schließwiderstand mit einem Kontakt der Trennkammer elektrisch zu verbinden.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters umfasst die die ringförmige Halterung bildende Primärseite einen ringförmigen Abschnitt, welcher einen äußeren Kragen beinhaltet, wobei dieser Kragen in koaxialer Weise an dem metallischen Flansch befestigt ist, welcher elektrisch mit einem Kontakt des Schalters verbunden ist.
• Bei einer ergänzenden Ausführungsform umfasst die ringförmige Halterung einen weiteren ringförmigen Abschnitt, welcher koaxial und in abdichtender Weise in den ersten ringförmigen Abschnitt eingefügt ist. Es gibt jedoch erfindungsgemäße Schalterkonfigurationen, für welche das Realisieren einer Halterung aus zwei ringförmigen Abschnitten nicht erforderlich ist, zum Beispiel in dem Fall, dass der Durchmesser der Halterungssäule des Schalters klein angesichts des Durchmessers der Trennkammer ist. Die ringförmige Halterung, welche die Primärseite bildet, kann somit durch einen einzigen ringförmigen Abschnitt mit einem radialen Querschnitt in Form eines L gebildet sein, um welche die Sekundärseite vor der Anbringung der Trennkammer auf der Halterungssäule aufgesteckt wird.
• Bei einer Säulenschalter- oder T-Schalterkonfiguration können die durch die optoelektronische Schaltung gewonnenen Messsignale durch optische Fasern, welche vorteilhafterweise entlang und an der Außenseite der Halterungssäule geführt werden können, ohne Verwendung von abdichtenden Durchführungen zum Boden geleitet werden. Wenn die Halterungssäule durch ein Rohr aus einem Verbundmaterial des Typs aus Glasfasern, welche in Harz getränkt sind, und mit einer Verkleidung aus einem Elastomer gebildet ist, können die optischen Fasern insbesondere unter der Elastomerverkleidung entlang des Verbundmaterialrohrs geführt werden. Diese optischen Fasern sind somit ab Werk des Schalters, welcher auf der Halterungssäule angebracht ist, geschützt. Bei Nutzung des Schalters können die optischen Fasern ebenso an der Innenseite eines zusätzlichen Säulenisolators, welcher parallel zu der Säulenhalterung der Trennkammer des Schalters angeordnet ist, zum Boden geführt werden, wie es in dem Patent US 4 742 197 dargestellt ist.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile eines erfindungsgemäßen Schalters werden außerdem beim Lesen der Beschreibung mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren, welche verschiedene Ausführungsbeispiele betrifft, hervortreten.
• Die 1 zeigt schematisch in einem axialen Schnitt eine erste Bauart eines erfindungsgemäßen Schalters.
• Die 2 zeigt schematisch in einem axialen Schnitt eine zweite Bauart eines erfindungsgemäßen Schalters.
• Die 3 zeigt schematisch in einem axialen Schnitt eine dritte Bauart eines erfindungsgemäßen Schalters.
• Die 4 zeigt schematisch den Aufbau des Schalters der 2 mit einer Isolatorsäule für das Führen der optischen Fasern in Richtung des Bodens.
• Die 5 zeigt schematisch eine Draufsicht einer vierten Bauart eines erfindungsgemäßen Schalters.
• Bei einem erfindungsgemäßen Schalter umfasst der eingebaute Stromwandler einen primären Stromkreis, welcher durch einen ringförmigen metallischen Leiter 12 gebildet ist, welcher gleichzeitig als mechanische Halterung dient, wenn er sich an der Grenzfläche zwischen der Trennkammer 1 und einer Säulenhalterung, wie zum Beispiel 9, oder einem Schließwiderstandsgehäuse oder einem Anschlussgehäuse befindet, wie zuvor genannt.
• Der ringförmige metallische Leiter 12 ist vorzugsweise aus zwei ringförmigen Abschnitten 12A und 12B gebildet, welche koaxial und in einer Weise ineinander eingefügt oder eingesteckt sind, um eine einfache Anbringung des sekundären Stromkreises des Wandlers zu ermöglichen. Spezieller ist der Abschnitt 12A durch ein erstes Rohr gebildet, welches mit einem ringförmigen äußeren Endkragen 13A versehen ist, der sich radial erstreckt und einen Außendurchmesser aufweist, welcher in etwa identisch mit demjenigen des Kragens 11 ist. Der Abschnitt 12B ist durch ein zweites Rohr gebildet, welches einen Innendurchmesser aufweist, welcher geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des ersten Rohrs, um auf das erste Rohr des Abschnitts 12A aufgesteckt zu werden. Das Rohr des Abschnitts 12B ist ebenso mit einem ringförmigen äußeren Endkragen 13B versehen, welcher sich radial erstreckt und einen Außendurchmesser aufweist, welcher in etwa identisch mit demjenigen des Kragens 8 ist. Wie es außerdem aus der 1 hervorgeht, umfasst das Rohr des Abschnitts 12B einen ringförmigen inneren Absatz, auf welchem, zum Beispiel durch Schrauben 13D, das Rohr des Abschnitts 12A angeflanscht wird, wenn die zwei Abschnitte 12A und 13A ineinander eingefügt sind. Bei dieser Realisierung sind die Kragen 13A und 13B voneinander entlang der Achse A beabstandet und begrenzen einen ringförmigen Raum, in welchem die Sekundärseite des Wandlers angebracht ist. Ein O-Ring 14 ist zwischen den zwei Rohren der Abschnitte 12A und 12B angeordnet, um eine Abdichtung des Zusammenbaus zu gewährleisten.
• Der Aufbau der metallischen ringförmigen Halterung 12 aus zwei Abschnitten 12A und 12B, welche ineinander eingefügt sind, ermöglicht es, einen guten mechanischen Halt, dass der Wandler an der Grenzfläche oder am Ende der Kammer gelegen ist, sowie eine gute Abdichtung für das Isolationsgas, welches sich unter einem Druck von einigen Bar in der Trennkammer befindet, zu gewährleisten.
• Die Sekundärseite des Wandlers ist um die Primärseite 12 herum in Luft angeordnet und kann durch Rogowski-Spulen oder durch einen Faraday-Kristall gebildet sein. Wie weiter oben angedeutet, wird jede Rogowski-Spule, wie zum Beispiel 15, oder der Faraday-Kristall (nicht dargestellt) zuerst auf dem Rohr eines der Abschnitte 12A oder 12B eingesetzt, wobei sie bzw. er es mit einem leichten Spiel umgibt, und das Rohr des anderen Abschnitts der Primärseite in einer solchen Weise angebaut, dass sich die Sekundärseite zwischen den Kragen 13A und 13B der Primärseite eingefügt befindet. Die optoelektronische Schaltung 16, welche mit der Sekundärseite des Wandlers verbunden ist, kann vorteilhafterweise in Luft in der Nähe der Sekundärseite in dem ringförmigen Raum zwischen den Kragen 13A und 13B angeordnet sein, und ein abnehmbares Schutzgehäuse 17 aus Blech kann auf dem Kragen 13A oder 13B in einer Weise befestigt werden, dass der ringförmige Raum geschlossen wird, um die Sekundärseite und ihre optoelektronische Schaltung von der äußeren Umgebung zu schützen. In dem speziellen Fall einer Verwendung eines Faraday-Kristalls als Sekundärstromkreis kann die mit der Sekundärseite verbundene Schaltung nur rein optische Mittel umfassen, welche durch optische Fasern mit elektronischen Mitteln verbunden sind, welche am Boden angeordnet sind, und der elektronische Abschnitt der gesamten optoelektronischen Schaltung ist somit nicht dem Hochspannungspotenzial ausgesetzt.
• Bei der Säulenschalterkonstruktion der 1 ist der elektronische Stromwandler an der Grenzfläche zwischen dem Rohr 2 der Trennkammer und der Halterungssäule 9 angeordnet und ist durch den Betätigungsschaft 6 durchquert. Genauer ist der Kragen 13A koaxial durch Schrauben oder Ähnliches an dem Kragen 8 befestigt und der Kragen 13B ist koaxial durch Schrauben oder Ähnliches an dem Kragen 11 befestigt. Die Gasabdichtung der Grenzfläche zwischen dem Rohr 2 und der Halterungssäule 9 ist durch einen O-Ring 18, welcher zwischen den Kragen 13A und 8 angeordnet ist, und durch einen weiteren O-Ring 19, welcher zwischen den Kragen 13B und 11 angeordnet ist, gebildet. Bei diesem Aufbau dient der Kragen 13B als Stromanschluss für den Schalter, und das Rohr und die Säule stehen untereinander über die ringförmige Halterung 12 in Verbindung, welche somit durch das Isolationsgas durchströmt ist.
• Die 2 zeigt eine weitere Konstruktion eines erfindungsgemäßen Schalters, bei welcher der elektronische Stromwandler an dem freien Ende der Trennkammer 1 angeordnet ist. Genauer gesagt ist das Rohr 2, welches die Trennkammer bildet, an seinem Ende mit einem metallischen ringförmigen Flansch 20 versehen, auf welchem koaxial der Kragen 13A der Halterung 12 befestigt ist. Der Kragen 13B dient als Stromanschluss für den Schalter und weist einen ringförmigen Innenraum auf, welcher durch einen Deckel 21 in gasdichter Weise verschlossen ist.
• Die 3 zeigt einen weiteren Aufbau eines erfindungsgemäßen Schalters, bei welcher der elektronische Stromwandler an der Grenzfläche zwischen der Trennkammer 1 und einem metallischen Gehäuse 22, welches einen Schließwiderstand 23 einschließt, angeordnet ist. Diese Konstruktion entspricht genauer einer T-artigen Anbringung von zwei Schaltern auf einer Halterungssäule, wobei die Achse A des Rohrs 2 sich horizontal senkrecht zu der Halterungssäule erstreckt. In der 3 ist zu erkennen, dass der metallische ringförmige Flansch 20, welcher an dem Ende des Rohrs 2 angebracht ist, koaxial an dem Kragen 13A der Halterung 12 befestigt ist und der Kragen 13B der Halterung 12 koaxial an einem metallischen ringförmigen Flansch 24, welcher auf dem Gehäuse 22 vorgesehen ist, befestigt ist. Der Kragen 13B dient außerdem als Stromanschluss für den Schalter, und das Gehäuse 22 und das Rohr 2 stehen untereinander über die ringförmige Halterung 12, welche durch das Isolationsgas durchströmt ist, in Verbindung. Die Halterung 12, welche in abdichtender Weise zwischen dem Gehäuse 22 und dem Rohr 2 eingefügt ist, ist auch durch einen elektrischen Leiter 30 durchquert, welcher sich in dem Isolationsgas zwischen dem Schließwiderstand 23 in dem Gehäuse 22 und einem Kontakt in dem Rohr 2 erstreckt.
• Erfindungsgemäße kann ein Wandler auch an der Grenzfläche einer Trennkammer und eines Anschlussgehäuses von zwei T-artig angebrachten Schaltern auf der Oberseite einer Halterungssäule angeordnet sein. In der 5, in einer solchen T-artigen Schalterkonfiguration, verbindet ein Gehäuse 31 die Trennkammern 1A und 1B der zwei Schalter und überbrückt eine Isolationshalterungssäule 32, wobei diese Kammern sich zu beiden Seiten des Gehäuses 31 senkrecht zu der Halterungssäule 32 erstrecken. Wie bei den in den vorhergehenden Figuren gezeigten Realisierungen umfasst jeder Stromwandler eine ringförmige Halterung 12, welche die Primärseite bildet, eine Sekundärseite 15, welche die Primärseite 12 umschließt, und ein Schutzgehäuse 17, welches die optoelektronische Schaltung mit der Sekundärseite einschließt. Die Primärseiten der zwei Stromwandler sind in abdichtender Weise einerseits zwischen der Trennkammer 1A und dem Gehäuse 31 und andererseits zwischen dem Gehäuse 31 und der Trennkammer 1B eingefügt.
• Somit macht die Konzeption des elektronischen Stromwandlers in einem erfindungsgemäßen Schalter diesen Wandler modular und an zahlreiche Anbringungskonfigurationen anpassbar, ohne seine Leistungen zu beeinträchtigen.
• Bei dem Säulenschalter der 1 und 2 können die Messsignale, welche durch die optoelektronische Schaltung 16 gewonnen werden, durch, nicht dargestellte, optische Fasern, welche an der Außenseite der Halterungssäule 9 und/oder des Rohrs, welches die Trennkammer bildet, entlanggeführt sind, zum Boden geführt werden. In der 4 sind diese optischen Fasern 24 durch das Innere einer Isolatorsäule 26, welche parallel zu der Halterungssäule der Trennkammer 1 des Schalters angeordnet ist, in Richtung des Bodens geführt.

Claims (10)

1. Einphasen-Hochspannungsschalter, umfassend mindestens eine Trennkammer (1, 1A, 1B), welche durch ein isolierendes Rohr (2) gebildet ist, das sich entlang einer axialen Richtung (A) erstreckt und mit einem Isolationsgas gefüllt ist, welcher für mindestens eine Trennkammer einen Stromwandler aufweist, der eine Primärseite und eine Sekundärseite umfasst, wobei die Sekundärseite (15) in Luft um die Primärseite herum an einem Ende des Rohrs (2) angeordnet ist, wobei die Primärseite sich auf dem elektrischen Hochspannungspotenzial der Phase befindet und die Sekundärseite (15) einem Hochspannungspotenzial unterliegt, welches ungefähr gleich dem der Primärseite ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärseite durch eine ringförmige metallische Halterung (12) gebildet ist, welche an einem ringförmigen metallischen Flansch (5, 20) befestigt ist, wobei der ringförmige Flansch an einem Ende des Rohrs (2) angeordnet ist und elektrisch mit einem Kontakt (4) des Schalters verbunden ist, und dass der ringförmige Innenraum der Halterung (12) sich in Verbindung mit dem Volumen des Rohrs (2) befindet, um mit demselben Isolationsgas gefüllt zu sein, wobei eine Dichtigkeit zwischen diesem Gas und der Außenluft realisiert ist.
2. Schalter gemäß Anspruch 1, wobei die ringförmige Halterung (12) einen ringförmigen Abschnitt (12A) umfasst, der einen äußeren Kragen (13A) beinhaltet, wobei der Kragen in koaxialer Weise an dem ringförmigen Flansch (5, 20) befestigt ist.
3. SSchalter gemäß Anspruch 2, wobei die ringförmige Halterung (12) einen weiteren ringförmigen Abschnitt (12B) umfasst, welcher koaxial und in abdichtender Weise in den ringförmigen Abschnitt (12A) eingefügt ist.
4. Schalter gemäß Anspruch 3, wobei jeder der zwei ringförmigen Abschnitte (12A, 12B) einen zylindrischen hohlen Rumpf aufweist, wobei der weitere ringförmige Abschnitt (12B) an einem Ende mit einem weiteren äußeren Kragen (13B) versehen ist, welcher als Stromanschluss dienen kann.
5. Schalter gemäß Anspruch 4, wobei die Sekundärseite (15) mit einer optoelektronischen Schaltung verbunden ist und mit der letzteren in dem ringförmigen Außenraum, welcher zwischen den zwei äußeren Kragen (13A, 13B) der ringförmigen Halterung (12) gelegen ist, angeordnet ist, wobei der ringförmige Außenraum durch ein abnehmbares Gehäuse (17) verschlossen ist.
6. Schalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sekundärseite (15) durch Rogowski-Spulen oder einen Faraday-Kristall gebildet ist.
7. Schalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Rohr (2), welches die Trennkammer beherbergt, koaxial an einer Halterungssäule (9) angebracht ist, wobei die ringförmige Halterung (12) in abdichtender Weise zwischen dem Rohr und der Halterungssäule angeordnet ist und das Rohr (2) und die Säule (9) über die ringförmige Halterung in Verbindung stehen.
8. Schalter gemäß Anspruch 7, wobei die ringförmige Halterung (12) von einem isolierenden Betätigungsschaft (6) durchquert ist, welcher sich in dem Isolationsgas zwischen dem Rohr (2) und der Säulenhalterung (9) erstreckt und welcher einen Kontakt (4) des Schalters verschieben kann.
9. Schalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen Schließwiderstand (23) und wobei die ringförmige Halte rung (12) in abdichtender Weise zwischen einem Gehäuse (22) des Schließwiderstands und dem Rohr (2), welches die Trennkammer bildet, angeordnet ist, wobei das Gehäuse und das Rohr über die ringförmige Halterung in Verbindung stehen.
10. Schalter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zwei Trennkammern (1A, 1B) T-förmig über ein Verbindungsgehäuse (31) mit einer Halterungssäule (32) verbunden sind, und wobei eine ringförmige Halterung (12) in abdichtender Weise zwischen jeder Trennkammer und dem Anschlussgehäuse angeordnet ist.