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Hochspannungsschaltanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsschaltanlage,
deren spannungsführende Teile (Sammelschienen, Geräteteile, Verbindungs- und Zuleitungen,
Abzweigstellen) in einem geschlossenen System von einzelnen Gefäßen untergebracht
sind, das mit einem unter Überdruck stehenden Isoliermittel gefüllt ist. Die der
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, die Überschlagsfestigkeit
zwischen den spannungsführenden Teilen zu erhöhen bzw. die Isolierabstände aller
Anlageteile, also der Sammelschienen, Geräteteile,- Verbindungs-und Zuleitungen,
Abzweigstellen usw., zu verringern und somit die Abmessungen der Hochspannungsschaltanlage
zu verkleinern.
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Bekannte Hochspannungsschaltanlagen, bei denen die spannungsführenden
Anlageteile durch Isolatoren abgestützt, im übrigen aber frei im Raum verlegt sind,
stellen zwar eine verhältnismäßig einfache Bauweise dar, sind aber mit verschiedenen
Nachteilen behaftet. So ist der Platzbedarf derartiger Schaltanlagen wegen des notwendigen
großen Isolierabstandes der einzelnen Teile untereinander und gegen Erde sehr groß.
Der Schutz gegen
unbeabsichtigtes oder unbefugtes Berühren spannungsführender
Teile ist nur unvollkommen. Die spannungsführenden Teile sind ferner der Verschmutzung
ausgesetzt.
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Man hat deshalb insbesondere in industriellen Anlagen die spannungsführenden
Teile von Schaltanlagen gekapselt, und zwar entweder in Luft oder bei gleichzeitiger
Einbettung in Vergußmasse oder auch in Öl. Bei derartigen gekapselten Anlagen sind
zwar die oben beschriebenen Nachteile vermieden. Ihre Anwendung ist jedoch infolge
hoher Herstellungs- und Montagekosten auf den Bereich verhältnismäßig geringer Betriebsspannungen
beschränkt. Für sehr hohe Betriebsspannungen von z. B. 6o und ioo kV würden derartige
gekapselte Anlagen wegen der erforderlichen großen Isolierabstände so unförmig und
kostspielig werden, daß ihre praktische Verwendung nicht in Frage kommt.
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Es ist ferner bei Verteilungsanlagen bekannt, Verbindungsleitungen
(Kabelstränge), und zwar insbesondere ihre Knotenpunkte, mit ruhender Isolierflüssigkeit
zu umgeben. Abgesehen davon, daß es sich hierbei nur um einzelne mit ruhender Isolierflüssigkeit
umgebene und nicht sämtliche Teile einer Anlage handelt, stellt die Flüssigkeit
bei dieser Isolierungsart lediglich einen Ersatz für Gase dar.
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Die Maßnahme, mehrere spannungsführende Teile einer Hochspannungsschaltanlage
in einem geschlossenen, mit unter Überdruck stehender Isolierflüssigkeit gefülltem
Gefäßsystem unterzubringen, ist zwar an sich nicht neu. Hierbei handelt es sich
jedoch ebenfalls um ruhende Isolierflüssigkeit, deren Isolierfähigkeit sich mindestens
an einigen Stellen der Anlage schon nach kurzer Betriebsdauer erheblich verschlechtern
kann.
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Es ist weiterhin bei elektrischen Ölkabeln bekannt, eine gewisse Ölbewegung
herbeizuführen. Hierdurch wird erstrebt, die Ausbildung von Hohlräumen sowie Blasen
zu verhindern und dadurch Entladungen zu vermeiden, die zu weiteren örtlichen Überhitzungen
führen und damit die Zerstörung des umgebenden Isoliermaterials einleiten können.
Bei derartigen Ölkabeln soll somit lediglich verhindert werden, daß die durch das
Vorhandensein von Öl gewährleistete Isolierung verschlechtert wird. Zwischen dem
Anfang und Ende des Ölkabels soll. dabei nur so viel Druckunterschied vorhanden.
sein, daß das Öl von einem Kabelende zu dem anderen über die Leiter oder die Hohlräume
der Kabelisolation gelangen kann. Hierzu wird an einem Ende des Kabels ein geringer
Überdruck, an dem anderen Ende ein Unterdruck, und zwar durch Evakuierung eines
der Behälter erzeugt, so daß an irgendeiner Stelle des Kabels eine Umkehrung von
geringem Überdruck zu geringem Unterdruck eintritt. Jede Unterdruckerzeugung, d.
h. jedes Saugen in Öl, begünstigt bzw. vergrößert aber die Bildung von Luftbläschen
bzw. die Gasabgabe aus dem Öl. Diese Erscheinungen sollen bei dem bekannten Ölkabel
zur Reinigung des Öls von Gas benutzt werden. Es wird daher an gewissen Stellen
des Kabels nicht einmal das zugrunde liegende Ziel, die Isolation des Öls im Betrieb
aufrechtzuerhalten, erreicht, da unter der Wirkung des Unterdrucks im Kabel Gas
abgeschieden wird.
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Noch ungünstiger liegen aber die Verhältnisse bei dem bekannten Ölkabel
im Hinblick auf die Isolation, wenn man besondere Pumpen fortfallen läßt und somit
die Ölbewegung nur durch Unterdruckbildung herbeiführt, da dann die Isolation verschlechtert
wird. Eine zusätzliche Erhöhung der Isolationsfestigkeit der Ölfüllung wird bei
dem bekannten Kabel somit weder erstrebt noch herbeigeführt.
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Demgegenüber wird bei dem Erfindungsgegenstand durch die Wahl eines
ausreichenden auf das flüssige Isoliermittel einwirkenden Überdrucks in der für
solche Anlagen bekannten Weise von vornherein eine Isolierfestigkeit erreicht, die
die Isolierfestigkeit der bekannten Kabel bei weitem übersteigt. Bei dem Erfindungsgegenstand
werden somit die Verhältnisse im voraus so festgelegt, daß in der Hochspannungsschaltanlage
kein Unterdruck trotz der erzeugten, beliebig hohen Druckunterschiede auftritt.
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Die Erfindung geht gegenüber dem bekannten Kabel aber noch einen Schritt
«-eiter, indem sie eine Kreislaufströmung des unter ausreichendem Druck stehenden
Isoliermittels vorsieht. Wollte man bei dein bekannten Kabel eine Kreislaufströmung
des Öls hervorrufen und dementsprechend nicht nur ein Kabel, sondern eine ganze
Hochspannungsschaltanlage bauen, so würden sich derart große zu fördernde Ölmengen
ergeben, daß der Bau einer solchen Hochspannungsschaltanlage schon allein aus wirtschaftlichen
Gründen nicht möglich wäre.
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Gegenüber den bekannten Anordnungen wird bei der Anwendung des unter
statischem Druck stehenden Isoliermittels dasselbe erfindungsgemäß in eine dauernde,
durch willkürlich erzeugte Druckunterschiede hervorgerufene Kreislaufströmung versetzt.
Hierdurch läßt sich die gewünschte Verbesserung der Isolation und somit die Verkleinerung
der Abmessungen der Hochspannungsschaltanlage herbeiführen, wobei die entsprechend
gewählte Strömung nicht nur eine allmähliche Erneuerung des Öls ermöglicht, sondern
zugleich, wie es insbesondere bei Anwendung von Stromrichtern der Fall ist, periodisch
arbeitende Kontakte zu bespülen gestattet. Dadurch, daß für die umlaufende Bewegung
ein unter Druck stehendes
Isoliermittel verwendet wird, ergibt sich
infolge der Verkleinerung des umzuwälzenden Isol.iermittelvolumens erst ein wirtschaftlich
tragbarer Aufwand für die zur Erzeugung des Isoliermittelumlaufs erforderliche Einrichtung.
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Die Abmessungen einer derartigen Anlage können daher z. B. so klein
gewählt werden, daß es möglich ist, sie unterirdisch oder in umbauten Räumen anzuordnen.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine wirtschaftliche Herstellung
von gekapselten Schaltanlagen für 6o bzw. ioo kV und mehr ohne weiteres möglich.
Für kleinere Spannungen bedeutet die erzielte Herabsetzung der äußeren Abmessungen
eine wesentliche Verbilligung. Aber äuch für Freiluftaufstellung sind derartige
Anlagen gut geeignet, weil sie staub- und feuchtigkeitssicher sind.
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Die Beeinträchtigung der Isolierfähigkeit durch etwa vorkommende Verschmutzungen
ist bei einer dauernd unter statischem Überdruck stehenden, im Kreislauf befindlichen
Flüssigkeit verschwindend klein gegenüber einer unter Atmosphärendruck stehenden
Flüssigkeit. Vor bekannten Anlagen, bei denen die spannungsführenden Teile von Druckluft
umgeben sind, besitzt die Anwendung einer dauernd unter statischem Überdruck stehenden
Flüssigkeit als Isoliermittel den Vorteil, daß keine Vorentladungen stattfinden,
die Anlage daher koronasicher ist. Aus dem gleichen Grunde ist auch der Entladeverzug
größer trotz kleinerer Isolierabstände.
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Mit besonderem Vorteil werden als Isolierflüssigkeit nicht brennbare
Stoffe verwendet. Besonders geeignet sind chlorierte Kohlenwasserstoffe. Erfindungsgemäß
wird die Flüssigkeit beispielsweise mittels einer Pumpe od. dgl. in dauernde Strömung
versetzt, deren Geschwindigkeit gering sein kann. Es wird damit durch den ständigen
Ersatz der Isolierflüssigkeit an allen Stellen die allmähliche Ausbildung schwacher
Stellen verhindert. Um den Isolierzustand der Flüssigkeit dauernd auf gleicher Höhe
zu halten, ist nach der weiteren Erfindung im Strömungsweg der Isolierflüssigkeit
eine Reinigungsvorrichtung eingebaut. Zur dauernden Überwachung kann außerdem eine
die Durchschlagsfestigkeit der Isolierflüssigkeit dauernd oder in Zeitabständen
periodisch prüfende Vorrichtung, z. B. eine Funkenstrecke, im Strömungsweg angebracht
sein. Diese spricht an, wenn sich der Isolierzustand zu stark verschlechtert hat,
und kann z. B. eine Anzeigevorrichtung oder eine Abschalteinrichtung auslösen, welche
die Anlage spannungslos macht.
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Es empfiehlt sich, die Behälter und Rohre, in denen sich die Isolierflüssigkeit
befindet, zu miteinander kommunizierenden Gruppen zusammenz.ufassen: und die einzelnen
Gruppen durch flüssigkeitsdichte Zwischenwände (Schotten) gegeneinander abzuteilen.
Das hat den Vorteil, daß bei etwa notwendigen Reparaturen an einzelnen Teilen der
Anlage nicht die gesamte Isolierflüssigkeit vom Druck entlastet und gegebenenfalls
abgelassen zu werden braucht. Um während des normalen Betriebes einen möglichst
vollständigen Druckausgleich zu erzielen, können entweder die Zwischenwände selbst
beweglich angeordnet oder mit verschließbaren Durchflußorganen versehen sein. Es
genügt dann auch eine einzige Umlaufpumpe zum Hervorrufen der Strömung in mehreren
Abteilungen der Anlage. Der zur Erzeugung des dauernden statischen Überdruckes und
gegebenenfalls als Ausdehnungsgefäß dienende Hochbehälter kann erfindungsgemäß gleichzeitig
als Gasabscheider ausgebildet sein, z. B. indem er so groß bemessen wird, daß die
Flüssigkeit in ihm nahezu zur Ruhe kommt.