DE69605436T2 - Hochleistungschaltungsanordnung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochleistungs- Schaltanordnung und ist besonders, jedoch nicht ausschließlich, für eine Ringnetz-Schalteinheit geeignet.
• Bei einer Art von Hochleistungs-Schaltanordnung ist eine abgedichtete Kammer, die ein Schaltwerk enthält, mit einem isolierenden Gas, z. B. SF6, gefüllt. Unter bestimmten Umständen können Fehler oder Überlastungen auftreten, die einen Lichtbogen zwischen Bauteilen zur Folge haben, die in der Kammer angeordnet sind. Wenn dieser Lichtbogen andauert, wird das isolierende Gas erhitzt, so daß es expandiert und der Druck in der Kammer rasch ansteigt. Sofern keine kontrollierte Druckentlastung erfolgt, kann die Kammer explodieren, so daß sie zerstört wird und in der Nähe stehende Personen möglicherweise gefährdet werden.
• Eine Möglichkeit, wie der Druck in einer Schaltkammer entlastet werden kann, ist in unserer früheren Patentanmeldung GB 2235582 A beschrieben. Diese Anmeldung beschreibt eine Entlüftungseinrichtung mit einer Membran, die eine Öffnung in der Kammerwand abdichtet. Die Membran wird durch eine Platte abgestützt, die durch Ansätze in der Öffnung gehalten wird. Wenn der Druck ansteigt, wird die Platte durch die Öffnung gedrückt und die Membran zerrissen, so daß die Lichtbogenprodukte durch die Öffnung ausgestoßen werden können.
• Bei einer bekannten Anordnung (siehe GB 2252671 A) werden die auf diese Weise ausgestoßenen Produkte durch einen Drosselkasten geleitet, der Stauplattenteile enthält, an denen Wärme absorbiert wird.
• Die Erfindung ist eine Hochleistungs-Schaltanordnung mit einer Kammer, die mit einem isolierenden Gas gefüllt ist und ein Schaltwerk und eine Druckentlastungs- Entlüftungsöffnung enthält, die bläst, wenn der Druck in der Kammer normale Betriebswerte überschreitet; und einem Entlüftungsraum, der so angeordnet ist, daß er über die Entlüftungsöffnung aus der Kammer ausgestoßene Gase aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungsraum hintereinander ein Turbulenzerzeugungsmittel zum Erzeugen einer erheblichen Turbulenz in dem über die Entlüftungsöffnung in den Entlüftungsraum ausgestoßenen Gasstrom und stromunterhalb des Turbulenzerzeugungsmittels ein Gasstromleitmittel aufweist, das den Gasstrom zu einem Auslaß des Entlüftungsraums leitet.
• Mit "Hochleistung" ist eine hohe Spannung oder ein starker Strom oder eine Kombination der beiden gemeint. Die Erfindung ist insbesondere für Ringnetz-Schalteinheiten geeignet.
• Es hat sich herausgestellt, daß bei einem katastrophalen Fehler aus der Kammer über die Entlüftungsöffnung freigesetzte Gase extrem heiß sind und ohne Entlüftungsraum bestrebt sind, die Schaltanordnung herumfliegen zu lassen, so daß das Gerät und sich in seiner Nähe befindende Personen erheblichen Gefahren ausgesetzt werden. Durch die Aufnahme einer Belüftungskammer in die Schaltanordnung, wie vorstehend definiert, zur Aufnahme der Gase in einem sicheren, von der Einrichtung und Personen entfernten Bereich wird der Gasstrom kontrolliert, und außerdem werden durch die Explosion erzeugte Splitter einbehalten, so daß die Gefahren für sich in der Nähe befindende Personen erheblich verringert werden.
• Der Entlüftungsraum ermöglicht es, den Nebenprodukten eines Lichtbogens im Falle eines Defekts der Schalteinheit Energie zu entziehen.
• Bei einer bevorzugten Anordnung weist das Turbulenzerzeugungsmittel eine Ablenkplatte auf. Die Ablenkplatte kann einen sich durch sie hindurcherstreckenden Schlitz aufweisen, und der Schlitz kann sinusförmig sein.
• Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Rand der Ablenkplatte zum Teil oder vollständig sägezahnförmig sein, und die Ablenkplatte kann Turbulenzerzeugungsflügel aufweisen.
• Vorzugsweise ist ferner dafür gesorgt, daß das Gasstromleitmittel eine Platte mit wenigstens einer durchgehenden Öffnung aufweist, und die oder jede Öffnung kann jeweils ein darin angebrachtes hohles Rohr aufweisen. Ferner kann eine Vielzahl der erwähnten Rohre in unterschiedlichen Winkeln relativ zu der Platte angeordnet sein, wobei die Winkel so gewählt sind, daß ein vorbestimmtes Strömungsmuster der Gase in Richtung zum Auslaß bewirkt wird; der Winkel jedes Rohres kann einstellbar sein.
• Die Anordnung kann einen vorderen Teil haben, an oder in dem manuelle Steuerungen angeordnet sind, und der Entlüftungsraum-Auslaß kann auf der Rückseite der Anordnung angeordnet sein.
• Der Entlüftungsraum kann an einer Wand der Kammer angeordnet sein und eine strukturelle Stütze der Kammer bilden.
• Nachstehend wird ein Beispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Hochleistungs-Schalteinheit,
• Fig. 2 ausführlicher einen Teil der Einheit nach Fig. 1 im Querschnitt,
• Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht der Ablenkplatte nach Fig. 2, wie sie in dem Entlüftungsraum angeordnet ist.
• Nach Fig. 1 enthält eine Hochleistungs-Schaltanordnung 1 eine Kammer 2, in der eine Anzahl elektrischer Bauteile, z. B. Sicherungen, Schalter, Erdungsschalter, Sammelschienen und Prüfvorrichtungen untergebracht sind. Die Kammer 2 ist gasdicht und mit einem isolierenden Gas, SF6, gefüllt, das die Lichtbogenbildung zwischen den Hochleistungs-Bauteilen unterdrücken soll.
• Um Bauteile, wie Sicherungen, die ersetzt werden müßten, und manuell zu betätigende Schalter zugänglich zu machen, sind Deckel 3 und 4 vorgesehen. Diese Bereiche sind gegenüber dem übrigen Bereich der Kammer 2 getrennt, um das Entweichen des isolierenden Gases zu verhindern, wenn die Deckel 3 und 4 geöffnet werden.
• Die elektrische Leistung wird der Anordnung 1 bei 6 über eine Eingangseinheit 5 zugeführt. Die Leistung wird dann über ein Schaltwerk und andere Bauteile in der Kammer 2 dem Ausgang an einem Transformatorkabelkasten 7 zugeführt.
• Die Schalteinheit kann frei stehen oder über dem Boden aufgehängt sein, wobei sie beispielsweise an einem Transformator angebracht sein kann.
• In einer Wand 20 der Kammer 2 ist eine Entlüftungsöffnung 8 vorgesehen, die durch eine Membran abgedeckt ist. An der Kammerwand 20 ist ein Entlüftungsraum 9 angebracht, der eine Öffnung 10 aufweist, die mit der Entlüftungsöffnung 8 fluchtet und etwas größer als diese ist.
• Der Entlüftungsraum 9 enthält Turbulenzerzeugungsmittel, die, wie dargestellt, in Form wenigstens einer inneren Ab lenkplatte 31 ausgebildet sind. Die Ablenkplatte erstreckt sich zwischen den Seitenwänden des Raumes vertikal über diesen hinweg. Die Platte 31 ist durch irgendein geeignetes Mittel an den Wänden befestigt, z. B. angeschweißt.
• Wie Fig. 3 zeigt, sind die Ränder 33 der Platte 31 nahe der oberen und unteren Wand des Raumes zägezahnförmig, so daß eine Reihe Spalte 34 zwischen der Platte 31 und den Seitenwänden gebildet werden.
• In einem Abstand von der Ablenkplatte 31 ist ein Gasstromleitmittel angeordnet, das bei diesem Ausführungsbeispiel die Form einer Stromsteuerungsplatte 41 hat, die sich ebenfalls vertikal in dem Raum von oben nach unten und zwischen seinen Seitenwänden erstreckt. Die Platte 41 legt an der oberen und der unteren Wand sowie den Seitenwänden des Raums an und ist daran befestigt, z. B. durch Schweißen oder mittels Schrauben, die in die Platte 41 und (ein) weitere(s) Bauteil(e) eingreifen, das bis die an den Seitenwänden angeschweißt ist bzw. sind. Um die Gase in gesteuerter bzw. kontrollierter Weise durch die Platte 41 strömen zu lassen, ist die Platte 41 mit mehreren Öffnungen 42 versehen, die horizontal über die Platte 41 verteilt sind und jeweils ein hohles Rohr 43 aufnehmen. Jedes Rohr 43 kann sich mit seiner Längsachse unter dem gleichen Winkel zu den Oberflächen der Platte 41 erstrecken, und dies kann ein rechter Winkel sein, doch hat sich herausgestellt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn alle Rohre 43 auf einen anderen Winkel eingestellt sind.
• Beispielsweise können ein oder mehrere Rohre in der Nähe des einen Endes der Platte 41 im rechten Winkel zur Platte, ein oder mehrere Rohre im mittleren Bereich im Winkel von 82,5º zur Platte und ein oder mehrere Rohre in der Nähe des anderen Endes der Platte 41 im Winkel von 45º zur Platte stehen, doch sind auch andere Winkel möglich, und in bestimmten Fällen braucht nur ein Rohr 43 vorgesehen zu sein.
• Die Anordnung der Platte 41 und ihres zugehörigen Rohres (ihrer zugehörigen Rohre) ist so gewählt, daß sich ein kontrollierter Gasstrom zur Auslaßentlüftungsöffnung ergibt.
• Im normalen Betrieb der Schalteinheit bleibt die Entlüftungsöffnung 8 intakt, so daß der Entlüftungsraum nicht mitwirkt. Wenn jedoch ein katastrophaler Fehler in der Kammer 2 auftritt, der eine rasche Erhitzung und Expansion des isolierenden Gases bewirkt, dann wird die Membran der Entlüftungsöffnung 8 direkt oder durch eine mit ihr verbundende Platte zerrissen, so daß die heißen Gase aus der Kammer 2 über die Öffnung 10 in den Entlüftungsraum 9 ausgestoßen werden können. Dabei werden die heißen Gase und etwaige Bruchstücke, die durch die Explosion entstehen, zunächst in Richtung auf die Vorderseite des Raums 9 geleitet. Etwaige Bruchstücke werden durch die Platte 31 blockiert, während die heißen Gase um die Platte 31 herum in einen hinteren Teil des Raums 9 strömen können. Aufgrund ihrer Form bewirkt die Platte 31 eine turbulente Strömung der Gase zur Platte 41 hin. Die Platte 41 bewirkt eine kontrollierte gerichtete Strömung der Gase zur Auslaßöffnung des Entlüftungsraums hin. Diesen Teil des Raums erreichende Gase werden durch eine Entlüftungsöffnung freigegeben, bei der es sich einfach um das offene Ende des Raums 9 oder eine dort hindurchgehende Öffnung handeln kann; und die Entlüftungsöffnung kann eine abgewinkelte Ablenkwand aufweisen. Bei einer weiteren Anordnung blasen die Gase eine angelenkte Entlüftungsklappe auf, so daß sie sicher seitlich und/oder aufwärts austreten können. Infolge ihres Aufbaus und ihrer Anordnung bewirken die Platten 31 und 41, insbesondere die Platte 41, eine kontrollierte Drosselung, Zerstreuung und Aufteilung des Stroms der ausgestoßenen Gase. Sie bewirken eine Verringerung des Stroms, wodurch ein kontrollierter Druckanstieg in dem Entlüftungsraum erfolgt, so daß die Temperatur in dem Raum nur langsam ansteigt und die Wärme in kontrollierter Weise verbraucht wird.
• Obwohl die Platten 31, 41 als in dem Raum vertikal stehend beschrieben und dargestellt sind, ist auch irgendeine andere geeignete Anordnung möglich. Beispielsweise können die Platten relativ zur oberen und unteren Wand geneigt sein. Ferner kann die Platte 31 zur Erzeugung der turbulenten Strömung andere Mittel zusätzlich oder alternativ zu den Sägezähnen aufweisen, z. B. verschieden geformte Öffnungen mit zugeordneten Turbulenzerzeugungsflügeln.
• Obwohl bei dem in den Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Entlüftungsraum so angeordnet und ausgebildet ist, daß er die aus der Seite der Kammer 2 ausgestoßenen Gase aufnimmt und in der beschriebenen Weise kanalisiert, sind auch andere Konstruktionen möglich. Beispielsweise kann im Boden der Kammer 2 eine Druckentlastungsöffnung mit einem unter der Kammer angeordneten Entlüftungsraum vorgesehen sein, so daß die durch die Entlüftungsöffnung ausgestoßenen Gase nach unten aus der Kammer 2 geleitet werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Entlüftungsraum über der Kammer 2 angebracht sein.

Claims (14)

1. Hochleistungs-Schaltanordnung (1) mit einer Kammer (2), die mit einem isolierenden Gas gefüllt ist und ein Schaltwerk und eine Druckentlastungs-Entlüftungsöffnung (8) enthält, die bläst, wenn der Druck in der Kammer (2) normale Betriebswerte überschreitet; und einem Entlüftungsraum (9), der so angeordnet ist, daß er über die Entlüftungsöffnung (8) aus der Kammer (2) ausgestoßene Gase aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungsraum (9) hintereinander ein Turbulenzerzeugungsmittel (31) zum Erzeugen einer erheblichen Turbulenz in dem über die Entlüftungsöffnung (8) in den Entlüftungsraum (9) ausgestoßenen Gasstrom und stromunterhalb des Turbulenzerzeugungsmittels (31) ein Gasstromleitmittel (41) aufweist, das den Gasstrom zu einem Auslaß des Entlüftungsraums (9) leitet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das Turbulenzerzeugungsmittel eine Ablenkplatte (31) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Ablenkplatte (31) einen sich durch sie hindurcherstreckenden Schlitz aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der der Schlitz sinusförmig ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der wenigstens ein Rand der Ablenkplatte (31) zum Teil oder vollständig sägezahnförmig (33) ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Ablenkplatte (31) Turbulenzerzeugungsflügel aufweist.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Gasstromleitmittel eine Platte (41) mit wenigstens einer durchgehenden Öffnung (42) aufweist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der die oder jede Öffnung (42) jeweils ein darin angebrachtes hohles Rohr (43) aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der eine Vielzahl der erwähnten Rohre (43) in unterschiedlichen Winkeln relativ zu der Platte (41) angeordnet sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, bei der die Winkel so gewählt sind, daß ein vorbestimmtes Strömungsmuster der Gase in Richtung zum Auslaß bewirkt wird.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, bei der der Winkel jedes Rohres (43) einstellbar ist.

12. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Anordnung einen Vorderen Teil hat, an oder in dem manuelle Steuerungen angeordnet sind, und der Entlüftungsraum-Auslaß auf der Rückseite der Anordnung angeordnet ist.

13. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Entlüftungsraum (9) an einer Wand der Kammer (2) angeordnet ist.

14. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Entlüftungsraum (9) eine strukturelle Stütze der Kammer (2) bildet.