EP2034500A1 - Power resistor for high voltage power switch - Google Patents
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- EP2034500A1 EP2034500A1 EP07116030A EP07116030A EP2034500A1 EP 2034500 A1 EP2034500 A1 EP 2034500A1 EP 07116030 A EP07116030 A EP 07116030A EP 07116030 A EP07116030 A EP 07116030A EP 2034500 A1 EP2034500 A1 EP 2034500A1
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Definitions
- the invention relates to a Einschaltwiderstandsan extract according to the preamble of claim 1 and a high-voltage circuit breaker with such Einschaltwiderstandsan extract according to claim 9.
- a high-voltage circuit breaker with a Einschaltwiderstandsan accent is off WO 93/02461 known.
- the known high-voltage circuit breaker has a tubular, filled with insulating gas housing, which is at ground potential.
- a high voltage feedthrough is arranged on the housing.
- an interrupter unit and the Einschaltwiderstandsanowski are arranged in series and connected between the two high-voltage feedthroughs.
- the Einschaltwiderstandsan Aunt In order to disconnect the starting resistors of the Einschaltwiderstandsan Aunt from the circuit after switching on the high voltage circuit breaker, the Einschaltwiderstandsan Aunt has a parallel to the Einschaltwidermayn current path, which is closed with or shortly after the closing of the interrupter unit.
- the known Einschaltwiderstandsan extract has a plurality of series-connected resistive elements, which are arranged on two mutually parallel Isolierstoffstäben.
- the electrical connection between the resistive elements is made via electrodes that are substantially adjacent Connect resistance elements on the two insulating rods together. This ensures that the current path is meandered through the resistor assembly and thus the mechanically parallel juxtaposed resistor elements are electrically connected in series with each other.
- the object of the invention is to provide a comparison with the prior art improved Einschaltwiderstandsan instrument and a circuit breaker with such Einschaltwiderstandsan whatsoever not having the disadvantages of the prior art.
- an on-resistance or a high-voltage circuit breaker is to be created which allows a repeated switching even at higher voltages of the power grid.
- the on-resistance resistor arrangement comprises a plurality of cooling elements, which dissipate heat from the resistance elements of the Einschaltwiderstandsan accent. This ensures that the heated by a switch-on of a high-voltage circuit breaker resistance elements are effectively cooled and thus do not overheat in another switch-on.
- the cooling elements are formed flat and over a contact area, within which the resistance elements are thermally connected to the cooling element, via this resistance element.
- the contact area ensures that the heat can flow away from the resistance element to the cooling element. Due to the planar design of the cooling element, a large surface area is achieved in comparison with the total volume of the cooling element, as a result of which the heat can be released efficiently from the resistance element via the cooling element.
- the cooling element has a substantially round shape, which is flat within an outer edge region, wherein the edge region is arched out of the plane of the middle region.
- a plurality of resistance elements are arranged parallel to each other between two cooling elements and electrically connected in parallel to one another via the cooling elements.
- a cooling element serves, on the one hand, to cool the adjacent resistance elements and, on the other hand, to electrically connect the resistance elements arranged parallel to one another.
- the Einschaltwiderstandsan extract on an active group.
- the cooling elements and the resistance elements are mechanically connected to each other.
- the parallel arrangement of a plurality of resistive elements distributes the power of the current to a plurality of resistive elements.
- the interrupter unit and the Einschaltwiderstandsan teaspoon are each arranged within a separate housing part.
- a particularly compact design is achieved because the shape of the first housing part can be adapted to the shape of the interrupter unit and the shape of the second housing part to the shape of the Einschaltwiderstandsan nie.
- Fig. 1 shows a metal-enclosed high-voltage circuit breaker 10 for a gas-insulated switchgear.
- the circuit diagram of the high voltage circuit breaker is in Fig. 2 shown.
- sulfur hexafluoride (SF 6 ) is used as insulating. Instead of this gas, another gas with good insulating properties can be used.
- Such high voltage circuit breakers are used to switch currents in networks of over 400kV (kilovolts), especially over 800kV.
- the inventive high-voltage circuit breaker 10 can be used instead of in a gas-insulated switchgear in a hybrid switchgear, in which elements of the gas-insulated switchgear construction technology are combined with elements of the air-insulated switchgear construction technique.
- the high-voltage circuit breaker 10 has a first housing part 12, in which an interrupter unit 14 is arranged, and parallel to the first housing part 12, a second housing part 16, in which a Einschaltwiderstandsan extract 18 is arranged.
- the first housing part 12 as well as the second housing part 16 are made of a metal, in particular aluminum or steel and are in operation of the gas-insulated switchgear at ground potential.
- an interrupter unit 14 several, for example, four interrupter units can be used, which are connected in series with each other.
- the first housing part 12 as well as the second housing part 16 are respectively provided at both ends with connecting end regions 20, 21, 22, 23, which make it possible to couple the first housing part 12 to the second housing part 16.
- the connecting end regions 20, 21, 22, 23 each have lateral connecting pieces 24, 25, 26, 27 with flanges.
- the first housing part 12 as well as the second housing part 16 is substantially tubular.
- the interrupter unit 14 is arranged, which is arranged substantially along a first housing axis A1 defined by the tubular portion.
- the Einschaltwiderstandsan extract 18 is arranged, which is arranged substantially along a second defined by the tubular portion housing axis A2.
- the second housing part 16 is formed by two, the kausend Schemee 22, 23 forming connecting elements 22 ', 23' and by a lying between the two connecting elements tubular body 28.
- a known drive unit 30 is coupled, by means of which the interrupter unit 14 as well as a switch 32 is driven to turn on and off the Einschaltwiderstandsan Aunt 18.
- the switch 32 is arranged within that connection end region 22 of the second housing part 16 which lies closer to the drive unit 30.
- the mechanical connection between the drive unit 30 and the interrupter unit 14 is made via a drive rod 34 made of insulating material which extends in the direction of the first housing axis A1.
- the mechanical connection between the drive unit 30 and the switch 32 is made via a known mechanism, not shown.
- the two connecting end regions 20, 21 of the first housing part 12 each have an outlet connection 36, by means of which the high-voltage circuit breaker 10 can be connected to other elements of a gas-insulated switchgear.
- the outlet connection pieces 36 are arranged laterally with respect to the first housing axis A1, opposite the connection pieces 24, 25.
- a conductor 40 which is held by known insulating elements (not shown) spaced from the first housing part 12.
- the conductor 40 extends from the opening of the outlet nozzle 36 to the switch 32.
- the conductor 40 is electrically connected to a movable switching contact 46 of the switch 32 and connected to the interrupter unit 14.
- a fixed switching contact 48 of the switch 32 which cooperates with the movable switching contact 46 for closing the switch 32, is arranged within the drive-side connecting element 22 'of the second housing part 16. From the fixed switching contact 48, a conductor 41 passes through the drive-side connecting element 22 'of the second housing part 16 and connects the fixed contact 48 with a first terminal contact 50 of the Einschaltwiderstandsantechnischtechnische 18th
- a second terminal contact 52 of the Einschaltwiderstandsan extract 18 is connected via a further conductor 42 which passes through the connecting element 23 'of the second housing part 16 through, with a conductor 43 which from the connecting piece 25 of the remote from the drive 30 gleichsend Schemes 21 of the first housing part 12 to the departure mares 36 of the same kausend Schemes 21 runs. With this conductor 43, the interrupter unit 14 is also connected.
- the conductors 40, 41, 42, 43 are held by means of known, disc-shaped or conical insulators within the first and second housing part 12, 16 such that they in the radial direction to the conductor 40, 41, 42, 43 allows uniform distances to the first or second housing part 12, 16 have.
- the interrupter unit 14 in the first housing part 12 and the Einschaltwiderstandsan Ich 18 in the second housing part 16 can also be arranged in a common housing part, for example in the above-described first housing part, in which case the second housing part can be dispensed with.
- the leadership of the ladder must be adapted to this arrangement.
- Einschaltwiderstandsan onion 18 consists in the present embodiment of three active groups 56, which are arranged along the second housing axis A2 and in series with each other. Depending on the design of the Einschaltwiderstandsanowski 18 and a different number of active groups can be selected, in particular a single.
- a central axis A of the Einschaltwiderstandsan effet 18 coincides with the second housing axis A2.
- the three active groups 56 are placed on a running along the central axis A support tube 58 made of insulating material and are held by this in position and carried. At the two end portions of the support tube 58 each one of the two connection contacts 50, 52 is arranged.
- connection contacts 50, 52 are fixedly connected to the conductor 41 and to the conductor 42, respectively, so that the starting resistance arrangement 18 is supported by the conductors 41, 42.
- the connection contacts 50, 52 are made of a highly conductive material such as aluminum. In addition to their function as connection contacts 50, 52, they also serve to shield the starting resistor arrangement 56 in the direction of the second housing axis A2 or the center axis A.
- each of the in Fig. 1 and 3 shown active groups 56 has a plurality of cooling elements 60 arranged in series with each other.
- each cooling element 60 has a round, flat in the center region shape, wherein the outer edge portion 62 of the cooling element 60 is bent out of the plane such that the cooling element 60 in cross-section (see Fig. 5 ) Is C-shaped.
- each cooling element 60 has a feedthrough hole 64, through which the support tube 58 is guided. The diameter of the feedthrough hole 64 is selected larger than the diameter of the support tube 58, so that the cooling elements 60 are spaced from the support tube 58 or at least with sufficiently large clearance along the support tube 58 are displaced.
- the support tube 58 extends at right angles to the plane of each cooling element 60.
- the cooling element 60 is made of metal, in particular aluminum, and has a plate-like shape.
- the wall thickness of the cooling element 60 is for example less than 5 mm, preferably less than 3 mm or less than 1 mm.
- the diameter of the cooling element 60 is for example between 30 cm and 150 cm and preferably between 80 cm and 120 cm. In particular, the areal extent of the cooling element 60 is typically larger than the wall thickness of the cooling element 60 by 2 to 3 orders of magnitude.
- each cooling element 60 has five mounting holes 66 arranged on a circle (not shown) equidistant from each other.
- the center of this circle is congruent with the center of the feedthrough hole 64.
- the radius of the circle is chosen such that the circle lies substantially midway between the feedthrough hole 64 and the edge region 62.
- each active group 56 The cooling elements 60 of each active group 56 are aligned with each other so that the five mounting holes 66 and the feedthrough hole 64 of each cooling element 60 in the direction of the central axis A are each congruent. Due to the mutually aligned mounting holes 66 each made of an insulating material rod 68 is guided through.
- each active group 56 five resistor elements 70 are arranged in each case. Each of the five resistor elements 70 is held by one of the five rods 68.
- each active group 56 has two round support plates 72, 72 'carried by the support tube 58, which in turn support the rods 68 of each active group 56.
- the rods 68 carry the cooling elements 60 and the resistance elements 70.
- the two support plates 72, 72 'each have a hole in the center through which the support tube 58 passed and the support plate 72, 72' is held firmly on the support tube 58.
- the rod 68 is movably guided through the support plate 72, 72 '.
- the resistance elements 70 and cooling elements 60 described above are arranged between the two support plates 72, 72 'of each active group 22.
- each active group 22 and the cooling element 60 adjoining this support plate 72' five resistance elements 70 are again arranged, which are each supported by one of the rods 68. Between this support plate 72 'and a this side, thickened end portion 74 of each rod 68, a coil spring 76 is mounted on the rod 68.
- each rod 68 each a biasing ring 78 is held firmly.
- Each one of these biasing rings 78 cooperates with the thickened end portion 78 of the rod 68 and the coil spring 76 such that the cooling elements 60, resistance elements 70 and the one support plate 72 'arranged between the biasing ring 78 and the thickened end portion 74 are fixed in the direction of the rod 68 abut each other.
- This ensures that between the cooling elements 60 and the Resistive elements 70 a good electrical and thermal connection is ensured.
- this arrangement serves to compensate for a longitudinal expansion due to thermal expansion, in particular the longitudinal extent of the resistance elements 70, by the spring 76.
- the resistance elements 70 are made of a sintered material, for example, and are generally known by the name of the ceramic carbon resistor.
- Each resistance element 70 has a straight, circular cylindrical shape, wherein the resistance element 70 has a through hole 80 along its cylinder axis.
- the inner diameter of this through-hole 80 corresponds to the inner diameter of the mounting holes 66 of the cooling element 60.
- the through-hole 80 of the resistance element 70 serves to hold it in position on the rod 68 in the radial direction.
- the rod 68 is guided through the through hole 80.
- the two end faces of each resistance element 70 are formed as contacts and for this purpose preferably have a coating of a material with good electrical conductivity and serve to provide the electrical connection to the adjacent cooling elements 60 or to the adjacent support plate 72 '.
- the connection between the resistance element 70 and the cooling element 60 has a high thermal conductivity, so that heat of the resistance element 70 can be dissipated to the cooling elements 60.
- the outer diameter of the resistance elements 70 is chosen as large as possible, but only so large that neither the adjacent resistance elements 70, the support tube 58 nor the outer edge region 62 of the cooling element 60 are touched.
- each resistance element 70 contacts the adjacent cooling element 60 within a contact region, the cooling element 60 moving in the direction of the plane defined by the center region of the cooling element 60 over the contact region and thus projecting beyond the resistance element 70.
- the heat is conducted from the resistance elements 70 via the contact region of the cooling elements 60 into regions of the cooling elements 60, against which no resistance elements 70 abut.
- the heat is dissipated into the outer edge regions 62.
- the heat can be radiated radially outwards.
- the three arranged on the support tube 58 in series active groups 56 of the Einschaltwiderstandsan extract 18 are connected to each other electrically in series.
- the two connection contacts 50, 52 are each connected via a wire 82 to the adjacent support plate 72, 72 '.
- the electrical connection of the active groups 56 with each other is also made by wires 82, which connect adjacent support plates 72, 72 'of adjacent active groups 56 together.
- a wire 82 connects the support plate 72, which is disposed within the active group 56 away from the thickened end portion 74 of the insulating rod 68, to the adjacent cooling element 60.
- a convex shielding plate 90 is integrally formed on each support plate 72 ', which radially shields the springs 76, the thickened end portions 74 and the wire 82.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einschaltwiderstandsanordnung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Hochspannungsleistungsschalter mit einer derartigen Einschaltwiderstandsanordnung gemäss Anspruch 9.The invention relates to a Einschaltwiderstandsanordnung according to the preamble of claim 1 and a high-voltage circuit breaker with such Einschaltwiderstandsanordnung according to claim 9.
Ein Hochspannungsleistungsschalter mit einer Einschaltwiderstandsanordnung ist aus
Die bekannte Einschaltwiderstandsanordnung weist eine Vielzahl von in Serie zueinander geschalteten Widerstandselementen auf, welche auf zwei parallel zueinander verlaufenden Isolierstoffstäben angeordnet sind. Die elektrische Verbindung zwischen den Widerstandselementen ist über Elektroden hergestellt, die im Wesentlichen benachbarte Widerstandselemente auf den beiden Isolierstoffstäben miteinander verbinden. Dadurch wird erreicht, dass der Strompfad mäanderartig durch die Widerstandsanordnung geführt wird und somit die mechanisch parallel, nebeneinander angeordneten Widerstandselemente elektrisch in Serie zueinander geschaltet sind.The known Einschaltwiderstandsanordnung has a plurality of series-connected resistive elements, which are arranged on two mutually parallel Isolierstoffstäben. The electrical connection between the resistive elements is made via electrodes that are substantially adjacent Connect resistance elements on the two insulating rods together. This ensures that the current path is meandered through the resistor assembly and thus the mechanically parallel juxtaposed resistor elements are electrically connected in series with each other.
Nachteilig an dieser Anordnung erweist sich, dass wegen der sehr kompakten Bauweise dieser Einschaltwiderstandsanordnung die Verlustwärme der Widerstandselemente schlecht abgeführt werden kann. Dies führt zum Problem, dass der bekannte Leistungsschalter während einer gewissen Zeitspanne nach einem ersten Einschaltvorgang und einem daran anschliessenden Ausschaltvorgang nicht innerhalb der Zeitspanne ein zweites mal eingeschalten werden darf, weil dies ansonsten zu einer Überhitzung der Einschaltwiderstandsanordnung führen könnte. Dieses Problem wird insbesondere weiter verschärft, falls zu einer höheren Netzspannung übergegangen wird, da für die Leistung P des elektrischen Stromes gilt (U: Spannung; R: Widerstand) P = U2/R.A disadvantage of this arrangement proves that because of the very compact design of this Einschaltwiderstandsanordnung the heat loss of the resistive elements can be dissipated poorly. This leads to the problem that the known power switch may not be turned on a second time within a certain time period after a first switch-on and a subsequent switch-off, because this could otherwise lead to overheating of the Einschaltwiderstandsanordnung. In particular, this problem is further exacerbated if a higher mains voltage is used since the electric current P (U: voltage, R: resistance) P = U 2 / R.
Aufgabe der Erfindung ist es eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Einschaltwiderstandsanordnung und einen Leistungsschalter mit einer derartigen Einschaltwiderstandsanordnung zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen. Insbesondere soll ein Einschaltwiderstand beziehungsweise ein Hochspannungsleistungsschalter geschaffen werden der selbst bei höheren Spannungen des Stromnetzes ein mehrmaliges Schalten erlaubt.The object of the invention is to provide a comparison with the prior art improved Einschaltwiderstandsanordnung and a circuit breaker with such Einschaltwiderstandsanordnung not having the disadvantages of the prior art. In particular, an on-resistance or a high-voltage circuit breaker is to be created which allows a repeated switching even at higher voltages of the power grid.
Diese Aufgabe wird durch die Einschaltwiderstandsanordnung gemäss Anspruch 1 und durch den Hochspannungsleistungsschalter gemäss Anspruch 9 gelöst. Erfindungsgemäss weist die Einschaltwiderstandsanordnung eine Vielzahl von Kühlelementen auf, welche Wärme von den Widerstandselementen der Einschaltwiderstandsanordnung abführen. Dadurch wird erreicht, dass die durch einen Einschaltvorgang eines Hochspannungsleistungsschalters erhitzen Widerstandselemente effektiv gekühlt werden und somit bei einem weiteren Einschaltvorgang nicht überhitzen.This object is achieved by the Einschaltwiderstandsanordnung according to claim 1 and by the high-voltage circuit breaker according to claim 9. According to the invention, the on-resistance resistor arrangement comprises a plurality of cooling elements, which dissipate heat from the resistance elements of the Einschaltwiderstandsanordnung. This ensures that the heated by a switch-on of a high-voltage circuit breaker resistance elements are effectively cooled and thus do not overheat in another switch-on.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 3 sind die Kühlelemente flächig ausgebildet und stehen über einen Kontaktbereich, innerhalb welchem die Widerstandselemente mit dem Kühlelement thermisch verbunden sind, über dieses Widerstandselement vor. Durch den Kontaktbereich wird sichergestellt, dass die Wärme vom Widerstandselement auf das Kühlelement abfliessen kann. Durch die flächige Ausbildung des Kühlelements wird eine grosse Oberfläche im Vergleich zum Gesamtvolumen des Kühlelements erzielt, wodurch die Wärme effizient vom Widerstandselement über das Kühlelement abgegeben werden kann.According to a preferred embodiment according to claim 3, the cooling elements are formed flat and over a contact area, within which the resistance elements are thermally connected to the cooling element, via this resistance element. The contact area ensures that the heat can flow away from the resistance element to the cooling element. Due to the planar design of the cooling element, a large surface area is achieved in comparison with the total volume of the cooling element, as a result of which the heat can be released efficiently from the resistance element via the cooling element.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 4 weist das Kühlelement eine im Wesentlichen runde, innerhalb eines äusseren Randbereiches ebene Form aus, wobei der Randbereich aus der Ebene des mittleren Bereichs heraus gewölbt ist. Dadurch wird erreicht, dass das durch die Einschaltwiderstandsanordnung verursachte elektrische Feld möglichst homogen ist, wodurch sich ein kompakter Leistungsschalter mit der erfindungsgemässen Einschaltwiderstandsanordnung realisieren lässt. Zudem werden die zwischen zwei benachbarten Kühlelementen angeordneten Widerstandselemente abgeschirmt.According to a preferred embodiment according to claim 4, the cooling element has a substantially round shape, which is flat within an outer edge region, wherein the edge region is arched out of the plane of the middle region. This ensures that the electrical field caused by the Einschaltwiderstandsanordnung is as homogeneous as possible, which can be realized with the inventive Einschaltwiderstandsanordnung a compact circuit breaker. In addition, the arranged between two adjacent cooling elements resistance elements are shielded.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 6 sind zwischen zwei Kühlelementen mehrere Widerstandselemente parallel zueinander angeordnet und über die Kühlelemente parallel miteinander elektrisch verbunden. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise der Einschaltwiderstandsanordnung realisierbar. Ein Kühlelement dient zum einen der Kühlung der angrenzenden Widerstandselemente und zum andern der elektrischen Verbindung der parallel zueinander angeordneten Widerstandselemente.According to a preferred embodiment according to claim 6, a plurality of resistance elements are arranged parallel to each other between two cooling elements and electrically connected in parallel to one another via the cooling elements. This is one particularly compact design of the Einschaltwiderstandsanordnung realized. A cooling element serves, on the one hand, to cool the adjacent resistance elements and, on the other hand, to electrically connect the resistance elements arranged parallel to one another.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 7 weist die Einschaltwiderstandsanordnung eine Aktivgruppe auf. Durch die parallel zueinander angeordneten Stangen der Aktivgruppe, die je an ihren beidseitigen Endbereichen von Trägerplatten getragen sind, werden die Kühlelemente und die Widerstandselemente mechanisch miteinander verbunden. Durch die parallele Anordnung mehrerer Widerstandselemente wird die Leistung des Stroms auf mehrere Widerstandselemente verteilt.According to a preferred embodiment according to claim 7, the Einschaltwiderstandsanordnung on an active group. By the mutually parallel rods of the active group, which are each supported on their two-sided end portions of support plates, the cooling elements and the resistance elements are mechanically connected to each other. The parallel arrangement of a plurality of resistive elements distributes the power of the current to a plurality of resistive elements.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Anspruch 11 sind die Unterbrechereinheit und die Einschaltwiderstandsanordnung je innerhalb eines eigenen Gehäuseteils angeordnet. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht, da die Form des ersten Gehäuseteils auf die Form der Unterbrechereinheit und die Form des zweiten Gehäuseteils auf die Form der Einschaltwiderstandsanordnung abgestimmt werden kann.According to a preferred embodiment according to claim 11, the interrupter unit and the Einschaltwiderstandsanordnung are each arranged within a separate housing part. As a result, a particularly compact design is achieved because the shape of the first housing part can be adapted to the shape of the interrupter unit and the shape of the second housing part to the shape of the Einschaltwiderstandsanordnung.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen angegeben.Further preferred embodiments are specified in the further dependent claims.
Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:
- Fig. 1
- einen erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalter mit einem ersten Gehäuseteil mit einer darin angeordneten Unterbrechereinheit und einem zweiten Gehäuseteil mit einer darin angeordneten, erfindungsgemässen Einschaltwiderstandsanordnung, welche parallel zu der Unterbrechereinheit geschaltet ist;
- Fig. 2
- ein Schaltbild des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters gemäss
Fig. 1 ; - Fig. 3
- teilweise in Schnittdarstellung (Längsschnitt) die Einschaltwiderstandsanordnung gemäss
Fig. 1 ; - Fig. 4
- in einer Ansicht ein Kühlelement und fünf Widerstandselemente der erfindungsgemässen Einschaltwiderstandsanordnung; und
- Fig. 5
- das Kühlelement und zwei Widerstandselemente im Querschnitt entlang dem Schnitt V-V gemäss
Fig. 4 .
- Fig. 1
- a high-voltage circuit breaker according to the invention with a first housing part with an interrupter unit arranged therein and a second housing part with an inventive, arranged therein A switch resistor arrangement connected in parallel with the breaker unit;
- Fig. 2
- a circuit diagram of the inventive high-voltage circuit breaker according to
Fig. 1 ; - Fig. 3
- partially in sectional view (longitudinal section) the Einschaltwiderstandsanordnung according
Fig. 1 ; - Fig. 4
- in a view of a cooling element and five resistor elements of the inventive Einschaltwiderstandsanordnung; and
- Fig. 5
- the cooling element and two resistance elements in cross section along the section VV according to
Fig. 4 ,
Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Teile mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Für das Verständnis der Erfindung nicht wesentliche Teile sind zum Teil nicht dargestellt. Das beschriebenen Ausführungsbeispiel steht beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und hat keine beschränkende Wirkung.The reference numerals used in the figures and their meaning are listed in the list of reference numerals. Basically, the same or equivalent parts are provided with the same or similar reference numerals in the figures. For the understanding of the invention non-essential parts are not shown in part. The described embodiment is exemplary of the subject invention and has no limiting effect.
Der erfindungsgemässe Hochspannungsleistungsschalter 10 kann anstelle in einer gasisolierten Schaltanlage auch in einer Hybriden-Schaltanlage eingesetzt werden, in welcher Elemente der gasisolierten Schaltanlagenbautechnik mit Elementen der luftisolierten Schaltanlagenbautechnik kombiniert sind.The inventive high-
Der Hochspannungsleistungsschalter 10 weist ein erstes Gehäuseteil 12, in welchem eine Unterbrechereinheit 14 angeordnet ist, und parallel zum ersten Gehäuseteil 12 ein zweites Gehäuseteil 16 auf, in welchem eine Einschaltwiderstandsanordnung 18 angeordnet ist. Das erste Gehäuseteil 12 wie auch das zweite Gehäuseteil 16 sind aus einem Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl gefertigt und liegen im Betrieb der gasisolierten Schaltanlage auf Erdpotential. Anstelle einer Unterbrechereinheit 14 können auch mehrere, beispielsweise vier Unterbrechereinheiten zur Anwendung gelangen, die in Serie zueinander geschaltet sind.The high-
Das erste Gehäuseteil 12 wie auch das zweite Gehäuseteil 16 sind jeweils beiderends mit Verbindungsendbereichen 20, 21, 22, 23 versehen, welche es ermöglichen das erste Gehäuseteil 12 an das zweite Gehäuseteil 16 zu koppeln. Hierzu weisen die Verbindungsendbereiche 20, 21, 22, 23 jeweils seitliche Verbindungsstutzen 24, 25, 26, 27 mit Flanschen auf. Zwischen den Verbindungsendbereichen 20, 21, 22, 23 ist das erste Gehäuseteil 12 wie auch das zweite Gehäuseteil 16 im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Innerhalb des im Wesentlichen rohrförmigen Abschnitts des ersten Gehäuseteils 12 ist die Unterbrechereinheit 14 angeordnet, wobei diese im Wesentlichen entlang einer ersten durch den rohrförmigen Abschnitt definierten Gehäuseachse A1 angeordnet ist. Innerhalb des im Wesentlichen rohrförmigen Abschnitts des zweiten Gehäuseteils 16 ist die Einschaltwiderstandsanordnung 18 angeordnet, wobei diese im Wesentlichen entlang einer zweiten durch den rohrförmigen Abschnitt definierten Gehäuseachse A2 angeordnet ist. Das zweite Gehäuseteil 16 ist durch zwei, die Verbindungsendbereiche 22, 23 bildende Verbindungselemente 22', 23' und durch einen zwischen den beiden Verbindungselementen liegenden Rohrkörper 28 ausgebildet.The
An den einen Verbindungsendbereich 20 des ersten Gehäuseteils 12 ist eine bekannte Antriebseinheit 30 gekoppelt, mittels welcher die Unterbrechereinheit 14 wie auch ein Schalter 32 zum Ein- und Ausschalten der Einschaltwiderstandsanordnung 18 angetrieben ist. Der Schalter 32 ist innerhalb desjenigen Verbindungsendbereichs 22 des zweiten Gehäuseteils 16 angeordnet, der näher zur Antriebseinheit 30 liegt. Die mechanische Verbindung zwischen der Antriebseinheit 30 und der Unterbrechereinheit 14 ist über eine Antriebsstange 34 aus Isolierstoff hergestellt, die in Richtung der ersten Gehäuseachse A1 verläuft. Die mechanische Verbindung zwischen der Antriebseinheit 30 und dem Schalter 32 ist über eine bekannte, nicht dargestellte Mechanik hergestellt.To the one
Die beiden Verbindungsendbereiche 20, 21 des ersten Gehäuseteils 12 weisen je einen Abgangsstutzen 36 auf, mittels welchen der Hochspannungsleistungsschalter 10 mit weiteren Elementen einer gasisolierten Schaltanlage verbunden werden kann. Die Abgangsstutzen 36 sind bezüglich der ersten Gehäuseachse A1 seitlich, gegenüberliegend den Verbindungsstutzen 24, 25 angeordnet.The two connecting
Um den Hochspannungsleistungsschalter 10 elektrisch mit weiteren Elementen der gasisolierten Schaltanlage zu verbinden, verläuft durch den Abgangsstutzen 36 des antriebsseitigen Verbindungsendbereichs 20 ein Leiter 40, der mittels bekannten Isolationselementen (nicht gezeigt) beabstandet vom ersten Gehäuseteil 12 gehalten ist. Der Leiter 40 verläuft von der Öffnung des Abgangsstutzens 36 zum Schalter 32. Der Leiter 40 ist elektrisch mit einem beweglichen Schaltkontakt 46 des Schalters 32 und mit der Unterbrechereinheit 14 verbunden.In order to connect the high-
Ein feststehender Schaltkontakt 48 des Schalters 32, der zum Schliessen des Schalters 32 mit dem beweglichen Schaltkontakt 46 zusammen wirkt, ist innerhalb des antriebsseitigen Verbindungselements 22' des zweiten Gehäuseteils 16 angeordnet. Vom feststehenden Schaltkontakt 48 verläuft ein Leiter 41 durch das antriebsseitige Verbindungselement 22' des zweiten Gehäuseteils 16 hindurch und verbindet den feststehenden Kontakt 48 mit einem ersten Anschlusskontakt 50 der Einschaltwiderstandsanordnung 18.A fixed
Ein zweiter Anschlusskontakt 52 der Einschaltwiderstandsanordnung 18 ist über einen weiteren Leiter 42, der durch das Verbindungselement 23' des zweiten Gehäuseteils 16 hindurch verläuft, mit einem Leiter 43 verbunden, der vom Verbindungsstutzen 25 des vom Antrieb 30 abgewanden Verbindungsendbereichs 21 des ersten Gehäuseteils 12 zum Abgangsstuten 36 desselben Verbindungsendbereichs 21 verläuft. Mit diesem Leiter 43 ist ebenfalls die Unterbrechereinheit 14 verbunden. Die Leiter 40, 41, 42, 43 sind mittels bekannten, scheibenförmigen oder konischen Isolatoren innerhalb des ersten beziehungsweise zweiten Gehäuseteils 12, 16 derart gehalten, dass sie in radialer Richtung zum Leiter 40, 41, 42, 43 möglichtst gleichmässige Abstände zum ersten bzw. zweiten Gehäuseteil 12, 16 aufweisen.A
Alternativ zu der in
Die in
Jede der in
Das Kühlelement 60 ist aus Metall, insbesondere aus Aluminium gefertigt und weist eine plattenartige Form auf. Die Wandstärke des Kühlelements 60 beträgt beispielsweise weniger als 5 mm, bevorzugt weniger als 3 mm oder weniger als 1mm. Der Durchmesser des Kühlelements 60 liegt beispielsweise zwischen 30 cm und 150 cm und bevorzugt zwischen 80 cm und 120 cm. Insbesondere ist die flächige Ausdehnung des Kühlelementes 60 typischerweise um 2 bis 3 Grössenordnungen grösser als die Wandstärke des Kühlelements 60.The cooling element 60 is made of metal, in particular aluminum, and has a plate-like shape. The wall thickness of the cooling element 60 is for example less than 5 mm, preferably less than 3 mm or less than 1 mm. The diameter of the cooling element 60 is for example between 30 cm and 150 cm and preferably between 80 cm and 120 cm. In particular, the areal extent of the cooling element 60 is typically larger than the wall thickness of the cooling element 60 by 2 to 3 orders of magnitude.
Weiter weist jedes Kühlelement 60 fünf Montagelöcher 66 auf, die auf einem Kreis (nicht gezeigt) in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind. Der Mittelpunkt dieses Kreises liegt deckungsgleich zum Mittelpunkt des Durchführungslochs 64. Der Radius des Kreises ist derart gewählt, dass der Kreis im Wesentlichen mittig zwischen dem Durchführungsloch 64 und dem Randbereich 62 liegt.Further, each cooling element 60 has five mounting
Die Kühlelemente 60 jeder Aktivgruppe 56 sind derart gegeneinander ausgerichtet, dass die fünf Montagelöcher 66 und das Durchführungsloch 64 jedes Kühlelements 60 in Richtung der Zentralachse A jeweils deckungsgleich sind. Durch die gegeneinander ausgerichteten Montagelöcher 66 ist je eine aus einem Isolierstoff gefertigte Stange 68 hindurch geführt.The cooling elements 60 of each
Zwischen zwei in Richtung der Zentalachse A benachbarten Kühlelementen 60 jeder Aktivgruppe 56 sind jeweils fünf Widerstandselemente 70 angeordnet. Jedes der fünf Widerstandselemente 70 ist von einer der fünf Stangen 68 gehalten.Between two adjacent in the direction of the central axis A cooling elements 60 each
Um die Aktivgruppen 56 am Trägerrohr 58 zu halten, weist jede Aktivgruppe 56 zwei runde, vom Trägerrohr 58 getragene Trägerplatten 72, 72' auf, die ihrerseits die Stangen 68 jeder Aktivgruppe 56 tragen. Die Stangen 68 tragen die Kühlelemente 60 sowie die Widerstandselemente 70. Die zwei Trägerplatten 72, 72' weisen jeweils mittig ein Loch auf, durch welches das Trägerrohr 58 hindurch geführt und die Trägerplatte 72, 72' fest am Trägerrohr 58 gehalten ist. Weiter weist jede Trägerplatte 72, 72' analog zu den Kühlelementen 60 fünf Montagelöcher 66 auf, durch welche je eine der Stangen 68 hindurch geführt und in Umfangsrichtung wie auch in radialer Richtung gehalten ist. In Richtung der Zentralachse A ist die Stange 68 beweglich durch die Trägerplatte 72, 72' hindurch geführt. Die oben beschriebenen Widerstandselemente 70 und Kühlelemente 60 sind zwischen den beiden Trägerplatten 72, 72' jeder Aktivgruppe 22 angeordnet.In order to hold the
Zwischen der einen Trägerplatte 72' jeder Aktivgruppe 22 und dem an diese Trägerplatte 72' angrenzenden Kühlelement 60 sind wiederum fünf Widerstandselemente 70 angeordnet, die jeweils von einer der Stange 68 getragen sind. Zwischen dieser Trägerplatte 72' und einem diesseitigen, verdickten Endbereich 74 jeder Stange 68 ist eine Spiralfeder 76 auf die Stange 68 aufgesetzt.Between the one support plate 72 'of each active group 22 and the cooling element 60 adjoining this support plate 72', five
Zwischen der anderen Trägerplatte 72 jeder Aktivgruppe 56 und dem an diese Trägerplatte 72 angrenzenden Kühlelement 30 sind insgesamt fünf Vorspannringe 78 angeordnet, wobei an jeder Stange 68 je ein Vorspannring 78 fest gehalten ist. Je einer dieser Vorspannringe 78 wirkt mit dem verdickten Endbereich 78 der Stange 68 und der Spiralfeder 76 derart zusammen, dass die zwischen dem Vorspannring 78 und dem verdickten Endbereich 74 angeordneten Kühlelemente 60, Widerstandselemente 70 und die eine Trägerplatte 72' in Richtung der Stange 68 fest aneinander anliegen. Dadurch wird erreicht, dass zwischen den Kühlelementen 60 und den Widerstandselementen 70 eine gute elektrische wie auch thermische Verbindung gewährleistet ist. Weiter dient diese Anordnung dazu, dass eine Längenausdehnung aufgrund thermischer Ausdehnung, insbesondere der Längenausdehnung der Widerstandselemente 70, durch die Feder 76 kompensiert wird.Between the
Die Widerstandselemente 70 sind beispielsweise aus einem Sinterwerkstoff gefertigt und sind allgemein unter der Bezeichnung Ceramic Carbon Resistor bekannt. Jedes Widerstandselement 70 weist eine gerade, kreiszylindrische Form auf, wobei das Widerstandselement 70 entlang seiner Zylinderachse ein Durchgangsloch 80 aufweist. Der Innendurchmesser dieses Durchgangslochs 80 entspricht dem Innendruchmesser der Montagelöcher 66 der Kühlelement 60. Das Durchgangsloch 80 des Widerstandselements 70 dient dazu, dieses an der Stange 68 in radialer Richtung in Position zu halten. Hierzu wird die Stange 68 durch das Durchgangsloch 80 hindurch geführt. Die beiden Stirnflächen jedes Widerstandselementes 70 sind als Kontakte ausgebildet und weisen hierzu bevorzugt eine Beschichtung aus einem elektrisch gut leitenden Material auf und dienen dazu, die elektrische Verbindung zu den anliegenden Kühlelementen 60 beziehungsweise zu der anliegenden Trägerplatte 72' her zu stellen. Weiter weist die Verbindung zwischen dem Widerstandselement 70 und dem Kühlelement 60 eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass Wärme des Widerstandselements 70 zu den Kühlelementen 60 abgeführt werden kann.The
Der Aussendurchmesser der Widerstandselemente 70 ist möglichst gross gewählt, jedoch nur so gross, dass weder die benachbarten Widerstandselemente 70, das Trägerrohr 58 noch der äussere Randbereich 62 der Kühlelement 60 berührt werden. Folglich berührt jedes Widerstandselement 70 das angrenzende Kühlelement 60 innerhalb eines Kontaktbereiches, wobei das Kühlelement 60 in Richtung der durch den Mittenbereich des Kühlelements 60 definierten Ebene über den Kontaktbereich und somit über das Widerstandselement 70 vorsteht. Dadurch wird erreicht, dass die Wärme von den Widerstandselementen 70 über den Kontaktbereich der Kühlelemente 60 in Bereiche der Kühlelemente 60 geleitet wird, an welche keine Widerstandselemente 70 anliegen. Insbesondere wird die Wärme in die äusseren Randbereiche 62 abgeleitet. Insbesondere vom äusseren Randbereich 62 kann die Wärme radial nach aussen abgestrahlt werden.The outer diameter of the
Die drei auf dem Trägerrohr 58 in Serie angeordneten Aktivgruppen 56 der Einschaltwiderstandsanordnung 18 sind zueinander elektrisch in Serie geschalten. Hierzu sind die beiden Anschlusskontakte 50, 52 über je einen Draht 82 mit der angrenzenden Trägerplatte 72, 72' verbunden. Die elektrische Verbindung der Aktivgruppen 56 untereinander ist ebenfalls über Drähte 82 hergestellt, welche benachbarte Trägerplatten 72, 72' benachbarter Aktivgruppen 56 miteinander verbinden. Weiter verbindet in jeder Aktivgruppe 56 ein Draht 82 die Trägerplatte 72, welche innerhalb der Aktivgruppe 56 vom verdicken Endbereich 74 des Isolierstoffstabes 68 entfernt angeordnet ist, mit dem benachbarten Kühlelement 60.The three arranged on the
Um Draht 82 zwischen den Aktivgruppen 56 abzuschirmen, ist an jeder Trägerplatte 72' ein konvexes Abschirmblech 90 angeformt, welches die Federn 76, die verdickten Endbereiche 74 und den Draht 82 radial abschirmt.To
- 1010
- HochspannungsleistungsschalterHigh voltage circuit breaker
- 1212
- erstes Gehäuseteilfirst housing part
- 1414
- UnterbrechereinheitInterrupter unit
- 1616
- zweites Gehäuseteilsecond housing part
- 1818
- Einschaltwiderstandsanordnungclosing resistor
- 20-2320-23
- VerbindungsendbereicheConnection end portions
- 22', 23'22 ', 23'
- Verbindungselementefasteners
- 24-2724-27
- Verbindungsstutzenconnecting pieces
- 2828
- Rohrkörperpipe body
- 3030
- Antriebseinheitdrive unit
- 3232
- Schalterswitch
- 3434
- Antriebsstangedrive rod
- 3636
- Abgangsstutzenoutlet spigot
- 40-4340-43
- Leiterladder
- 4646
- beweglicher Schaltkontaktmovable switching contact
- 4848
- feststehender Schaltkontaktfixed switching contact
- 5050
- erster Anschlusskontaktfirst connection contact
- 5252
- zweiter Anschlusskontaktsecond connection contact
- 5656
- Aktivgruppeactive group
- 5858
- Trägerrohrsupport tube
- 6060
- Kühlelementcooling element
- 6262
- äusserer Randbereichouter border area
- 6464
- DurchführungslochThrough Hole
- 6666
- Montagelochmounting hole
- 6868
- Stangenrods
- 7070
- Widerstandselementresistive element
- 72, 72'72, 72 '
- Trägerplattesupport plate
- 7474
- Endbereichend
- 7676
- Spiralfederspiral spring
- 7878
- Vorspannscheibenbiasing discs
- 8080
- DurchgangslochThrough Hole
- 8282
- Drahtwire
- 9090
- Abschirmblechshield
- AA
- Zentralachsecentral axis
- A1A1
- erste Gehäuseachsefirst housing axis
- A2A2
- zweite Gehäuseachsesecond housing axis
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eines der mit einem der Widerstandselementen (70) elektrisch verbundenen Verbindungselemente (60) Zwecks Abführung von Wärme von dem Widerstandselement (70) als Kühlelement (60) ausgebildet sind.A high resistance circuit breaker device comprising a plurality of resistive elements (70) and a plurality of interconnecting elements (60), said interconnecting elements (60) arranged in series with each other and between at least two series connected interconnecting elements (60) of at least one of said resistive elements (70). is arranged for the serial electrical connection of these connecting elements (60),
characterized in that
at least one of the electrically connected to one of the resistance elements (70) connecting elements (60) for the purpose of dissipation of heat from the resistance element (70) as a cooling element (60) are formed.
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (60) als Kühlelemente (60) ausgebildet sind und zwei zueinander in Serie angeordnete Kühlelementen (60) mittels eines Widerstandselement (70) miteinander elektrisch verbunden sind.Einschaltwiderstandsanordnung according to claim 1,
characterized in that the connecting elements (60) as cooling elements (60) are formed and two mutually in series arranged cooling elements (60) by means of a resistive element (70) are electrically connected to each other.
dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltwiderstandsanordnung eine Aktivgruppe (56) aus Widerstandselementen (70) und Kühlelementen (60) aufweist, wobei die Aktivgruppe (56) einer der Anzahl an parallel zueinander angeordneten Widerstandselementen (70) entsprechende Anzahl von Stangen (68) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind und dazu dienen, die Kühlelemente (60) und die Widerstandselemente (60) mechanisch miteinander zu verbinden, wobei die parallel zueinander angeordneten Widerstandselemente (70) von den parallel zueinander angeordneten Stangen (68) getragen sind, und die Stangen (68) an beidseitigen Endbereichen von je eine Trägerplatte (72, 72') an einem gemeinsamen Trägerrohr (58) der Einschaltwiderstandsanordnung getragen sind.Einschaltwiderstandsanordnung according to claim 6,
characterized in that the on resistance resistor arrangement comprises an active group (56) of resistive elements (70) and cooling elements (60), the active group (56) having a number of resistance elements (70) arranged parallel to one another corresponding number of bars (68) are arranged parallel to one another and serve to mechanically connect the cooling elements (60) and the resistance elements (60), the resistance elements (70) arranged parallel to one another being carried by the rods (68) arranged parallel to one another, and the rods (68 ) on both sides end regions of a respective support plate (72, 72 ') on a common support tube (58) of the Einschaltwiderstandsanordnung are supported.
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aktivgruppen (56) auf dem Trägerrohr (58) angeordnet sind, die miteinander seriell elektrisch verbunden sind.Einschaltwiderstandsanordnung according to claim 7,
characterized in that a plurality of active groups (56) are arranged on the carrier tube (58), which are electrically connected to each other in series.
dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltwiderstandsanordnung parallel zu einer Unterbrechereinheit (14) des Leistungsschalters geschalten ist.High-voltage circuit breaker according to claim 9,
characterized in that the on-resistance resistor is connected in parallel with a breaker unit (14) of the circuit breaker.
dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechereinheit (14) innerhalb eines ersten Gehäuseteils (12) des Hochspannungsleistungsschalters (10) und die Einschaltwiderstandsanordnung (18) innerhalb eines zweiten Gehäuseteils (16) des Hochspannungsleistungsschalters (10) angeordnet sind, wobei das erste Gehäuseteil (12) und das zweite Gehäuseteil (16) an Verbindungsendbereichen (20, 21, 22, 23) des ersten Gehäuseteils (12) und des zweiten Gehäuseteils (16) miteinander verbunden sind.High-voltage circuit breaker according to claim 10,
characterized in that the interrupter unit (14) within a first housing part (12) of the high voltage circuit breaker (10) and the Einschaltwiderstandsanordnung (18) within a second housing part (16) of the high voltage circuit breaker (10) are arranged, wherein the first housing part (12) and the second housing part (16) are connected to one another at connection end regions (20, 21, 22, 23) of the first housing part (12) and of the second housing part (16).
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