EP1417693A1 - Elektrisches schaltgerät für mittel- oder hochspannung - Google Patents

Elektrisches schaltgerät für mittel- oder hochspannung

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EP1417693A1
EP1417693A1 EP02754490A EP02754490A EP1417693A1 EP 1417693 A1 EP1417693 A1 EP 1417693A1 EP 02754490 A EP02754490 A EP 02754490A EP 02754490 A EP02754490 A EP 02754490A EP 1417693 A1 EP1417693 A1 EP 1417693A1
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EP
European Patent Office
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insulating material
switching device
housing
electrical switching
gel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02754490A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Edelhard Kynast
Joerg Scharschmidt
Frank Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H01H2033/6623—Details relating to the encasing or the outside layers of the vacuum switch housings

Definitions

  • the invention relates to an electrical switching device for medium or high voltage for interrupting an electrical current path by means of an interrupter unit which is arranged within a housing filled with an insulating material.
  • Such an electrical switching device is known, for example, from US Pat. No. 3,471,669.
  • the known switching device has an interrupter unit for interrupting a current path by means of a movable contact piece.
  • a drive device is provided for driving the movable contact piece.
  • the interrupter unit and the drive device are arranged within a metallic housing.
  • the interrupter unit and the drive device are positioned within the housing by a permanently elastic insulating material.
  • This insulating material is a solid molded body through which a drive rod and the electrical connecting pieces are passed.
  • the present invention is based on the object of designing an electrical switching device of the type mentioned at the outset in such a way that simplified maintenance and assembly of the assemblies surrounded by an insulating material, in particular the interrupter unit, is made possible.
  • the object is achieved according to the invention in that the insulating material is a gel.
  • the insulating material is a soft, vulcanized gel.
  • a soft, vulcanized gel is almost free of cracks and voids on the walls. This ensures that unwanted voids are avoided in these areas.
  • a vulcanizate of this type also has a high level of inherent tack, which allows the insulating material to adhere to surfaces without additional structural devices.
  • An advantageous embodiment further provides that the insulating material contains a silicone.
  • Silicones have favorable dielectric properties.
  • such silicone gels are inexpensive to process. It is also advantageously provided that the insulating material is compressible.
  • the insulating material has small cavities.
  • Such small cavities support the compressibility of the insulating material.
  • the size of these small cavities is chosen so that the partial discharge resistance of the insulating material is not reduced.
  • Such small cavities can be created by foaming the gel or advantageously also in that the insulating material has fillers.
  • such fillers can also be made incompressible.
  • Polyethylene bodies are particularly suitable as fillers. These fillers increase the thermal conductivity of the insulating material and thus help to prevent inadmissible heating of the electrical switching device.
  • the housing is an insulating housing.
  • Such switches can be integrated into existing systems by using standard insulating housings. the. If the use of electrically conductive material is provided for the housing, then such an electrical one
  • Switchgear can be easily integrated into a metal-enclosed, electrical switchgear.
  • the interrupter unit is a vacuum interrupter.
  • Vacuum interrupters are particularly suitable for insulation with a thixotropic insulating material.
  • a switching tube is a hermetically sealed interrupter unit that is easy to encase with this insulating material.
  • the insulating material is introduced into the housing in a liquid state and the insulating material crosslinks into a soft gel within the housing.
  • the shows 1 shows a high-voltage circuit breaker with a
  • Vacuum interrupter and an insulating housing Vacuum interrupter and an insulating housing
  • Figure 2 shows a high-voltage circuit breaker with a vacuum interrupter and an electrically conductive housing.
  • the high-voltage circuit breaker 1 shown in FIG. 1 has an insulating housing 2, in the interior of which an interrupter unit 3 is arranged.
  • the interrupter unit 3 designed as a vacuum interrupter, is held in the interior of the insulating housing 2 by a first base 4 and a second base 5.
  • the first base 4 and the second base 5 are made of electrically conductive material.
  • a first connection piece 13 is arranged on the first base 4 and a second connection piece 14 is arranged on the second base 5.
  • the first base 4 and the second base 5 serve for the electrical contacting of a movable contact piece 8 and a fixed contact piece 9 of the vacuum interrupter.
  • the fixed contact piece 9 is directly electrically connected to the first base 4.
  • the movable contact piece 8 is connected to the second base 5 in an electrically conductive manner via contact lamellae 10.
  • an insulating drive rod 12 is coupled to the movable contact piece 9.
  • the high-voltage circuit breaker 1 is carried by a post insulator 11.
  • FIG. 2 shows a further high-voltage circuit breaker 21 with a metallic housing 22.
  • Chen assemblies of the embodiment variants shown in Figures 1 and 2 are provided with the same reference numerals.
  • the first and second connecting pieces 13, 14 are insulated and sealed and passed through the metallic housing 22.
  • the insulating drive rod 12 is also passed through the metallic housing 22 in a sealed manner.
  • a filling opening 23a, b is arranged on the upper side of the metallic housing 22 or the insulating housing 2. By means of these filling openings 23a, an insulating material can be filled into the metallic housing 22 or into the insulating housing 2.
  • the interior of the insulating housing 2 or the metallic housing 22 is filled with a silicone gel 6 which acts as an insulating material.
  • the silicone gel 6 ensures the external dielectric strength of the vacuum interrupter 3 between the first base 4 and the second base 5. Furthermore, the dielectric strength to the metallic housing 22 is also ensured.
  • the silicone gel 6 has a filler 7. This filler 7 can be elastically compressible or solid.
  • the silicone gel 6 can be, for example, an addition-crosslinking two-component silicone rubber. This silicone rubber does not vulcanize to a silicone rubber in the conventional sense, but results in a soft vulcanizate.
  • the silicone gel 6 has a very low hardness.
  • a silicone gel 6 with a suitable property is used, for example, by
  • Wacker-Chemie-GmbH under the name Wacker Power-
  • ® sil gel 79039 If a thixiotropic gel is used, it liquefies under mechanical influence and solidifies again when it is at rest. In this way, cavities are avoided during assembly or after maintenance.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Manufacture Of Switches (AREA)

Abstract

Um die äussere Spannungsfestigkeit einer Unterbrechereinheit (3) zu gewährleisten, ist die Unterbrechereinheit (3) innerhalb eines Gehäuses (2, 22) angeordnet. Das Gehäuse (2, 22) ist mit einem Isolierstoff (6) gefüllt. Der Isolierstoff (6) ist ein weiches Gel, insbesondere ein tixotropes Gel.

Description

Beschreibung
Elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder Hochspannung
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder Hochspannung zur Unterbrechung eines elektrischen Strompfades mittels einer Unterbrechereinheit, die innerhalb eines mit einem Isolierstoff gefüllten Gehäuses angeordnet ist.
Ein derartiges elektrisches Schaltgerät ist beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 3,471,669 bekannt. Das bekannte Schaltgerät weist eine Unterbrechereinheit zum Unterbrechen eines Strompfades mittels eines bewegbaren Kontaktstückes auf. Zum /Antrieb des bewegbaren Kontaktstückes ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen. Die Unterbrechereinheit sowie die Antriebseinrichtung sind innerhalb eines metallischen Gehäuses angeordnet. Innerhalb des Gehäuses werden die Unterbrechereinheit sowie die Antriebseinrichtung durch einen dauerhaft elastischen Isolierstoff positioniert. Dieser Isolierstoff ist ein fester Formkörper, durch welchen eine Antriebsstange sowie die elektrischen Anschlusstücke hindurchgeführt sind.
Bei einem derartig gekapselten Schaltgerät gestaltet sich die Wartung der Unterbrechereinheit sowie des Antriebes verhältnismäßig aufwendig. Zu Wartungsarbeiten muss der feste Isolierstoff entfernt werden, um an die von ihm umhüllten Baugruppen zu gelangen. Dabei wird der feste Isolierstoff zerstört. Eine nochmalige Verwendung dieses elastischen Isolierstoffes ist dann nicht möglich. Aufgrund von den im Mittel- oder Hochspannungsbereich auftretenden elektrischen Feldstärken ist eine Fertigung des elastischen Isolierstoffes in Einzelteilen und eine entsprechende Anordnung der Einzelteile um die Baugruppen herum nicht möglich. Die bei einer derartigen
Konstruktion entstehenden Stossstellen würden die Entstehung von unerwünschten Teilentladungen begünstigen.
Weiterhin ist in dem Beitrag „Trockene Freiluftendverschlusse mit Stützeigenschaften" (Eitle, Kaumanns; Elektrizitätswirtschaft, Jg. 99 (2000) , Heft 11, Seiten 36-38) der Einsatz von Silikonkunststoffen als Vergussmasse für Kabelgarnituren, insbesondere für Freiluftendverschlusse von VPE-Hochspan- nungskabeln beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine vereinfachte Wartung und Montage der von einem Isolierstoff umgebenen Baugruppen, insbesondere der Unterbrechereinheit, ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird bei einem elektrischen Schaltgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Isolierstoff ein Gel ist.
Durch die Verwendung eines Gels ist es nunmehr möglich, die von ihm umschlossenen Baugruppen, wie beispielsweise die Unterbrechereinheit, zu Wartungszwecken aus dem Isolierstoff zu entfernen und den Isolierstoff nach erfolgter Wartung wieder zu verwenden. Die gelartigen Eigenschaften des Isolierstoffes, bedingt durch eine festere Bindung der Moleküle des Isolierstoffes untereinander als bei einer Flüssigkeit und gleichzeitig eine wesentlich schwächere Bindung der Moleküle als bei einem festen Stoff, gestatten es, einen derartigen Isolierstoff wiederholt um eine zu isolierende Baugruppen herum anzuordnen. Es kann somit auf eine Zerstörung der bekannten festen Isolierung verzichtet werden. Gegenüber den darüber hinaus bekannten flüssigen bzw. gasförmigen Isolierstoffen weist insbesondere die Verwendung eines thixotropen Gels Vorteile auf. Bei flüssigen und gasförmigen Isoliermedien ist es notwendig, diese vor einer Wartung einer Unterbrechereinheit zu entfernen und zwischenzulagern. Dies ist bei Einsatz eines thixotropen Gels nicht notwendig. Dieses braucht nur je nach Bedarf aus dem Gehäuse entnommen zu werden. Aufgrund der weichen Struktur ist es möglich, Baugruppen aus ihm herauszuziehen, ohne die mechanischen Eigenschaften des thixotropen Gels nachteilig zu beeinflussen. Beim Wiedereinbringen der Baugruppe verflüssigt sich das thixotrope Gel und legt sich spaltenfrei um die Baugruppe. Anschließend verfestigt sich das Gel .
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Isolierstoff ein weiches, vulkanisiertes Gel ist.
Ein weiches, vulkanisiertes Gel legt sich nahezu frei von Spalten und Hohlräumen an Wandungen an. Dadurch ist gewährleistet, dass unerwünschte Hohlräume in diesen Bereichen vermieden sind. Ein derartiges Vulkanisat weist weiterhin eine hohe Eigenklebrigkeit auf, welche den Isolierstoff ohne zusätzliche konstruktive Vorrichtungen an Oberflächen haften lässt .
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht weiterhin vor, dass der Isolierstoff ein Silicon enthält.
Silicone weisen günstige dielektrische Eigenschaften auf. Darüber hinaus sind derartige Silicongele günstig zu verarbeiten. Vorteilhafterweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Isolierstoff kompressibel ist.
In einem elektrischen Schaltgerät treten häufig wechselnde Temperaturen auf. Diese Temperaturwechsel sind sowohl durch äußere Einflüsse als auch durch Stromwärmeeffekte bedingt. Es ist notwendig, dabei auftretende Volumenänderungen des Isolierstoffes auszugleichen. Ist der Isolierstoff selbst kompressibel, so kann auf den Einsatz von Ausdehnungsvolumina verzichtet werden. Dadurch ist eine kompaktere und kostengünstigere Bauweise eines Schaltgerätes möglich.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Isolierstoff Kleinsthohlräume aufweist.
Derartige Kleinsthohlräume unterstützen die Kompressibilität des Isolierstoffes. Die Größe dieser Kleinsthohlräume ist dabei so gewählt, dass die Teilentladungsfestigkeit des Isolierstoffes nicht vermindert wird. Derartige Kleinsthohlräume können durch Aufschäumen des Gels oder vorteilhaft auch dadurch geschaffen werden, dass der Isolierstoff Füllkörper aufweist. Neben dem Einbringen von kompressiblen Füllkörpern können derartige Füllkörper auch inkompressibel ausgebildet sein. Als Füllkörper sind Polyethylen-Körper besonders geeignet. Diese Füllkörper erhöhen die Wärmeleitfähigkeit des Isolierstoffes und tragen so dazu bei, dass eine unzulässige Erwärmung des elektrischen Schaltgerätes vermieden wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse ein Isoliergehäuse ist.
Durch den Einsatz von üblichen Isoliergehäusen können derartige Schalter in bereits bestehende Anlagen integriert wer- den. Ist die Verwendung von elektrisch leitendem Material für das Gehäuse vorgesehen, so kann ein derartiges elektrisches
Schaltgerät mit geringem Aufwand in eine metallgekapselte, elektrische Schaltanlage integriert werden.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Unterbrechereinheit eine Vakuumschaltröhre ist.
Vakuumschaltröhren eignen sich besonders zur Isolierung mit einem thixotropen Isolierstoff. Eine Schaltröhre stellt eine hermetisch abgeschlossene Unterbrechereinheit dar, die leicht mit diesem Isolierstoff zu ummanteln ist.
Außerdem ist bei einem Verfahren zum Anordnen eines vorstehend beschriebenen Isolierstoffes vorgesehen, dass der Isolierstoff in einem flüssigen Zustand in das Gehäuse eingebracht wird und der Isolierstoff innerhalb des Gehäuses zu einem weichen Gel vernetzt.
Durch die Anwendung eines derartigen Verfahrens ergeben sich hinsichtlich der Fertigung derartig isolierter elektrischer Schaltgerät Zeitersparnisse, da ein Isolierstoff im flüssigen Zustand relativ schnell in das Gehäuse einbringbar ist. Das Vernetzen zu einem weichen Gel kann dann innerhalb des Gehäuses erfolgen. Ein aufwendigeres Füllen der Gehäuse mit vernetzten! Isolierstoff kann so vermieden werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die Figur 1 einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer
Vakuumschaltröhre und einem Isoliergehäuse und die
Figur 2 einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer Vakuumschaltröhre und einem elektrisch leitenden Gehäuse .
Der in Figur 1 dargestellte Hochspannungs-Leistungsschalter 1 weist ein Isoliergehäuse 2 auf, in dessen Inneren eine Unterbrechereinheit 3 angeordnet ist. Die als Vakuumschaltröhre ausgebildete Unterbrechereinheit 3 wird durch einen ersten Sockel 4 und einen zweiten Sockel 5 im Innern des Isoliergehäuses 2 gehalten. Der erste Sockel 4 und der zweite Sockel 5 sind aus elektrisch leitendem Material hergestellt. Zur Einbindung des Hochspannungs-Leistungsschalters 1 in ein Elektroenergieversorgungsnetz ist an dem ersten Sockel 4 ein erstes Anschlussstück 13 und an dem zweiten Sockel 5 ein zweites Anschlussstück 14 angeordnet. Neben der Halterung der Vakuumschaltröhre dienen der erste Sockel 4 und der zweite Sockel 5 der elektrischen Kontaktierung eines bewegbaren Kontaktstückes 8 und eines feststehenden Kontaktstückes 9 der Vakuumschaltröhre. Das feststehende Kontaktstück 9 ist mit dem ersten Sockel 4 unmittelbar elektrisch leitend verbunden. Das bewegbare Kontaktstück 8 ist über Kontaktlamellen 10 mit dem zweiten Sockel 5 elektrisch leitend verbunden. Zum Antreiben des bewegbaren Kontaktstückes 8 ist eine isolierende Antriebsstange 12 an das bewegbare Kontaktstück 9 angekoppelt. Der Hochspannungs-Leistungsschalter 1 ist von einem Stützisolator 11 getragen.
Die Figur 2 zeigt einen weiteren Hochspannungs-Leistungs- schalter 21 mit einem metallischen Gehäuse 22. Die bauglei- chen Baugruppen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Aus- gestaltungsvarianten sind mit den selben Bezugszeichen versehen. Das erste und das zweite Anschlussstück 13, 14 sind isoliert und abgedichtet durch das metallische Gehäuse 22 hindurchgeführt. Die isolierende Antriebsstange 12 ist ebenfalls abgedichtet durch das metallische Gehäuse 22 hindurchgeführt. - Beispielhaft ist an der Oberseite des metallischen Gehäuses 22 bzw. des Isoliergehäuses 2 eine Einfüllöffnung 23a, b angeordnet. Mittels diesen Einfüllöffnungen 23a, ist ein Isolierstoff in das metallische Gehäuse 22 bzw. in das Isoliergehäuse 2 einfüllbar.
Das Innere des Isoliergehäuses 2 bzw. des metallischen Gehäuses 22 ist mit einem als Isolierstoff wirkenden Silicongel 6 gefüllt. Durch das Silicongel 6 ist die äußere Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre 3 zwischen dem ersten Sockel 4 und dem zweiten Sockel 5 sichergestellt. Weiterhin ist auch die Spannungsfestigkeit zum metallischen Gehäuse 22 sichergestellt. Das Silicongel 6 weist einen Füllstoff 7 auf. Dieser Füllstoff 7 kann elastisch kompressibel oder fest sein. Das Silicongel 6 kann beispielsweise ein additionsvernetzender Zwei-Komponenten-Siliconkautschuk sein. Dieser Siliconkautschuk vulkanisiert nicht zu einem Silicongummi im herkömmlichen Sinn, sondern ergibt ein weiches Vulkanisat. Das Silicongel 6 weist eine sehr geringe Härte auf. Ein Silicongel 6 mit passender Eigenschaft wird beispielsweise von der
Fa. Wacker-Chemie-GmbH unter der Bezeichnung Wacker Power-
® sil -Gel 79039 angeboten. Wird ein thixiotropes Gel verwendet, verflüssigt sich dies bei mechanischer Einwirkung und verfestigt sich wieder im Ruhezustand. Auf diese Weise werden Hohlräume bei der Montage oder auch nach einer Wartung vermieden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder Hochspannung zur Unterbrechung eines elektrischen Strompfades mittels einer Unterbrechereinheit (3), die innerhalb eines mit einem Isolierstoff (6) gefüllten Gehäuses (2, 22) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Isolierstoff ein Gel ist.
2. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Isolierstoff (6) ein vulkanisiertes Gel ist.
3. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Isolierstoff (6) ein Silicon enthält.
4. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Isolierstoff (6) kompressibel ist.
5. Elektrisches Schaltgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Isolierstoff (6) Kleinsthohlräume aufweist.
6. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Isolierstoff (6) Füllkörper (7) aufweist.
7. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Gehäuse (2) ein Isoliergehäuse ist.
8. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s des das Gehäuse (22) aus elektrisch leitendem Material besteht .
9. Elektrisches Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Unterbrechereinheit (3) eine Vakuumschaltröhre ist.
10. Verfahren zum Anordnen eines Isolierstoffs (6) gemäß einem der vorgehenden Ansprüche um eine Unterbrechereinheit (3) herum innerhalb eines Gehäuses (2, 22) eines elektrischen Schaltgerätes (1) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Isolierstoff (6) in einem flüssigen Zustand in das Gehäuse eingebracht wird und der Isolierstoff (6) innerhalb des Gehäuses (2, 22) zu einem weichen Gel vernetzt.
EP02754490A 2001-08-14 2002-07-29 Elektrisches schaltgerät für mittel- oder hochspannung Withdrawn EP1417693A1 (de)

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DE10139624A DE10139624C1 (de) 2001-08-14 2001-08-14 Elektrisches Schaltgerät für Mittel- oder Hochspannung
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