NO332561B1 - Elektrisk koblingsutstyr for hoy- eller mellomspenning - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen gjelder en lede-innretning for plasma eller gass som strømmer ut i tilfellet av feil (ødeleggende lysbuer) i et gassisolert koblingsutstyr for høy- eller mellomspenning. Oppfinnelsens kjerne er en lede-innretning (10) for i det minste én gasstrøm som trer ut, idet denne er anordnet på koblingsutstyret og er slik konstruert at det i ledeinnretningen (10) i det minste finnes én strømningskanal (40) som muliggjør gjennomstrømning (40) langs en rett vei for gass som kommer ut fra både tanken (50) og sidebeholderen (60).

Description

Oppfinnelsen gjelder et gassisolert elektrisk koblingsutstyr for høy- eller mellomspenningsanlegg.

For koblingsutstyr forlanges det generelt at eiendom og personer beskyttes mot trykk-belastninger fra gassutslipp som skyldes forstyrrelser. Ved lysbuer som oppstår på grunn av kortslutning i utstyret bygger det seg opp et høyt trykk og høy temperatur som har skadelige virkninger. Gass som da kommer ut av koblingsutstyret river med seg metalliske og ikke-metalliske forbrenningsbestanddeler. For å konstruere kompak-te luftfylte anlegg brukes det i tillegg isolasjonsmaterialer av plast for å isolere de forskjellige faser av de spenningsførende deler fra hverandre, fordi den luftisolasjons-avstand som finnes, alene ikke er tilstrekkelig. Som følge av dette oppstår det i tilfellet av lysbuer i luftfylt utstyr særlig store mengder forbrent plast (spesielt sot) i tillegg til små metalldeler.

For å minske de nevnte skadelige virkninger er det allerede foreslått trykkutlignings-og filteranordninger.

Et av disse forslag, kjent fra publikasjonen DE 196 45 304, består i at gass som strømmer ut fra forskjellige funksjonsrom i et koblingsutstyr går inn i en felles trykkutslippskanal som foran utslippet til det ytre er lukket med et dempningselement. Et sådant dempningselement kan f.eks. oppvise et vinkelblikk som deflektorelement.

Med denne konstruksjon tilbakelegger de utgående, varme gasser en forholdsvis lang vei hvor varmeutviklingen kan anrette skader før gassene når dempningselementet og der blir avkjølt.

Videre beskriver publikasjonen DE 196 46 547 Al (tilsvarende NO 1999 2118 A) et mellomspenningsbryteranlegg med en eller flere funksjonsrom for opptak av bryter-anordninger og/eller kabeltilkoblinger og/eller samleskinner. Dette mellomspennings-koblingsanlegg er for hvert funksjonsrom (BR, KR, KS) slik utstyrt med minst én absorpsjonsinnretning (AB, AR, AS) for støylysbuer, at minst én absorpsjonsinnretning tilordnet funksjonsrom er ført ut til baksideområdet eller sideområdet av anlegget. Slike absorpsjonsinnretninger for støylysbuer brukes bl.a. i mellomspenningsanlegg for å minske trykket og absorbere varme.

Tidligere er det også kjent fra publikasjonen EP 0 903 826 Al, en enhet for å slukke flammer, særlig i elektriske mellomspenningstavler. I banen for å slippe ut røyk frembrakt ved opptredenen av en lysbue inne i det elektriske koblingsutstyr er det anordnet et legeme som er gjennomtrengelig for passering av røyk. Dette legeme består av en masse med lav termisk treghet for å absorbere varme, slik at flammen slukkes ved nedkjøling.

Foreliggende oppfinnelse har som oppgave å angi en anordning som kan gjennom-strømmes av varme gasser og som er anordnet så nær som mulig stedet hvor de oppstår eller slipper ut, for å forkorte de skadelige gassers vei. Ingen av publikasjon-ene nevnt ovenfor angir en anordning som har en strømningskanal som er slik at en gasstrøm kan passere gjennom den langs en lineær bane.

Oppfinnelsen gjelder således et elektrisk koblingsutstyr for høy- eller mellomspenning og med en hermetisk lukket tank fylt med isolasjonsgass og i det minste en spenningsførende sidebeholder tilordnet koblingsutstyret, hvor: - isolasjonsgasstanken så vel som sidebeholderen begge oppviser en trykkavlastningsåpning for en strøm av lysbuegasser som i tilfellet av feil trer ut, og - trykkavlastningsåpningene for isolasjonsgasstanken og sidebeholderen er anordnet inntil hverandre i rommet, mens - en lede-innretning for gasstrømmer som trer ut, er anordnet i området av det romlige naboskap, og hvor: - lede-innretningen oppviser i det minste én strømningskanal som kan gjennom-strømmes av en gasstrøm som trer ut fra isolasjonsgasstanken så vel som fra sidebeholderen.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har da koblingsutstyret i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at strømningskanalen i lede-innretningen har en slik fasong at en gjen-nomstrømning langs en rett bane er mulig for hver av de mulige gasstrømmer.

Utover den løsning på oppgaven som dette særtrekk ved oppfinnelsen angir, er ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen angitt i de vedføyde underkrav.

Et vesentlig poeng ved oppfinnelsen er at det i koblingsutstyret er anordnet trykk-avlastningsåpninger i isolasjonsgasstanken og sidebeholderen som befinner seg inntil hverandre og at det i området av dette naboskap i rommet er anordnet en lede-innretning for gasstrømmer som kommer ut, idet lede-innretningen i det minste oppviser en strømningskanal som kan gjennomstrømmes av en gasstrøm som kommer ut fra isolasjonstanken, så vel som en som kommer ut fra sidebeholderen. Koblingsutstyr med lede-innretningen i henhold til oppfinnelsen kan installeres i beholdere eller etterinstalleres i f.eks. gamle bygninger, idet det på grunn av det lille behov for tilleggsrom ikke må gjøres særskilte tiltak for stabilisering (forsterkning) av veggstrukturen. Særlig er anvendelse i bygninger med mursteinsvegger fordelaktig, siden trykkstøt som ikke er gjort mindre, er farlige i vegger med sådan struktur.

Lede-innretningen har i det minste én strømningskanal som er dannet ved hjelp av metallplater. Flere strømningskanaler dannes ved hjelp av en stabel av metallplater hvor de enkelte mellomrom utgjør strømningskanalene. Metallplatene er anordnet rettvinklet på åpningen for trykkavlastningsanordningen og rettvinklet på utslipps-åpningen for koblingsutstyrets sidebeholder. Uten omdirigering av gasstrømmen strømmer plasmaet som kommer ut fra gasstanken eller sidebeholderen, gjennom kanalene i lede-innretningen, langs en rett vei. Lede-innretningens store masse har høy varmekapasitet. Med evne til å oppta mye varme kan en temperaturhevning begrenses.

På grunn av den senkede temperatur kan medførte partikler av skadelige stoffer umiddelbart slå seg ned på metallplatene. Siden løse (pyrolyse-) og reaksjons-produkter til en stor del fanges opp, skjer det i motsetning til utstyr uten lede-innretning, en betydelig minskning av skadelige forbrenningsrester i nærheten av koblingsutstyret. Som en bivirkning av temperatursenkningen skjer det i gasstrømmen en svekkelse av trykkhevningen.

Fordelen ved denne anordning er altså at det med en forholdsvis enkel konstruksjon som har lite plassbehov og lett materialvalg, oppnås en virksom gasstyring, trykk-senkning og også en reduksjon av skadelige stoffer. Anordningen er en direkte del av koblingsutstyret. Dessuten lar den seg integrere i en vegg i sidebeholdere (f.eks. i en kabeltilkoblingsboks). Ytterligere, utvendige påbygninger av koblingsutstyret er ikke nødvendig.

På koblingsutstyr som omfatter transformatorstasjoner er det som regel dannet flere koblingsfelt og/eller sidebeholdere. En sidebeholder kan f.eks. være en kabeltilkoblingsboks.

Fordelaktige utførelsesformer kan være som følger:

- Lede-innretningen kan være festet på utsiden av en tank foran i det minste en trykkavlastningsåpning. - Lede-innretningen skal være romlig kompakt konstruert og oppvise en høy varmekapasitet. - I lede-innretningen kan det være dannet flere strømningskanaler, idet strømnings-kanalene er dannet ved hjelp av parallelt anordnede metallplater. Metallplatene kan bestå av stål og ha en tykkelse på 3 - 6 mm og en innbyrdes avstand på 3 - 10 mm. Metallplatene kan ha kvadratisk fasong og en enhetlig lengde som er noe større enn diameteren av trykkavlastningsåpningen.

Nevnte særtrekk kan anvendes eller tas i bruk hver for seg eller i kombinasjon med hovedkravets særtrekk.

På de vedføyde tegninger er det vist utførelsesformer av oppfinnelsen, på hvilke:

Fig. 1 viser et koblingsutstyr med kabeltilkoblingsboks og gassgjennomløp, og fig. 2 viser en perspektivskisse av en lede-innretning.

I fig. 1 er det skjematisk vist et koblingsutstyr 5 for mellomspenning, som er anbragt i en bygning, av hvilken det er antydet en bygningsvegg 70 og et gulv. Kjernen i koblingsutstyret er en hermetisk lukket gasstank 50 fylt med isolasjonsgass. I den fremre del av koblingsutstyret er det inntegnet en kabeltilkoblingsboks 60. I feiltilfeller kan det oppstå en ødeleggende lysbue i tanken og i elektrisk tilhørende sidehus (slik som kabeltilkoblingsbokser og trafo-rom). I bunnen av tanken 50 finnes det en sprengskive (trykkavlastningsåpning 30) som virker som utslippssted for ødeleggende lysbueplasma fra gasstanken. Gass som strømmer ut fra det elektriske tilhørende sidehus 60 og ut fra gasstanken strømmer inn i hulrom nedenfra og bakfra. Det viste utstyr er forsynt med et gjennomløp 65 utformet som en avløpskanal hvor de utstrømmende gasser blir ført bort over strømningsveier 50' eller 50" bakover og oppover. I henhold til oppfinnelsen er lede-innretningen 10 (se flg. 2) anordnet i et område som gjennomstrømmes av plasma som i tilfellet av feil kommer ut fra tanken 50 så vel som fra sidehuset 60.

Som isolasjonsgass kan det f.eks. brukes SF6. Med SF6-gass oppnås det små romlige dimensjoner for gasstanker. Sådant utstyr har som regel bare én eneste trykkavlastningsåpning (sprengskive). Ved anvendelse av andre gasser eller i utstyr for større ytelse kan det også være nødvendig med flere trykkavlastningsåpningen I sådant utstyr kan det ifølge oppfinnelsen eventuelt anordnes en lede-innretning bak hver trykkavlastningsåpning. For typisk utstyr ligger SF6-gassvolumet, alt etter ytelse, på mellom 80 og 400 liter. I utstyr på fra 12 til 36 kV ligger strømstyrken i lysbuer på omtrent 16 - 25 kA. Diameteren eller tverrmålet av utblåsningsåpningen i trykkhuset ligger på mellom 70 og 108 mm alt etter anleggstype.

Som nevnt er trykkavlastningsåpningen lukket med en sprengskive. Den er innspent i en flenslignende, sirkelrund ramme 32 ved hjelp av festeskruer 34. Sprengskiven 32 består av en 0,2 - 0,3 mm tykk edelstålfolie. Åpningen har et utstrømningstverrsnitt som er tilpasset gasstankens volum.

I fremstillingen vist i fig. 2 er lede-innretningen 10 festet i kort avstand bak sprengskiven. Innfestingen kan være foretatt umiddelbart på gasstanken 50 eller på veggelementer i et sidehus 60 tilordnet koblingsutstyret. Oppbrekkingen av sprengskiven satt inn i åpningen er forhåndsinnstilt til et bestemt overtrykk. Som et eksempel kan et sådant overtrykk som på 1,5 bar være forutbestemt. Ved større trykkoverbelast-ning rives sprengskiven av. På kabeltilkoblingsbokser finnes det som regel ingen særskilt trykkavlastningsinnretning. Her er det tilstrekkelig med en gjennomgangs-åpning som byr gass fra et utslipp på minst mulig strømningsmotstand.

Med den utstrømmende plasma blir folien i sprengskiven delvis revet i stykker og slynget bort. Små deler av den slørlette metallfolie kan imidlertid forbli hengende på lede-innretningen, men disse gir likevel ingen nevneverdig motstand eller innskrenk-ning av tverrsnittet. Gasstrømmen (40) blir således ikke mekanisk påvirket.

Dette utførelseseksempel er særlig dimensjonert for et SF6-isolert koblingsutstyr med en maksimal koblingsytelse på 16 kA. Et sådant koblingsutstyr har f.eks. et volum i SF6-gasstanken på ca. 250 liter og et indre gasstrykk på 1,3 bar. Med et sådant koblingsutstyr måles det ved en lysbue som oppstår på grunn av en kortslutnings-strøm på 16 kA, en trykkhevning på mellom 3 og 5 bar.

Ved å bruke lede-innretningen reduseres trykkutviklingen. Med et koblingsutstyr av den foran nevnte type måles det en trykkøkning i den umiddelbare omgivelse (i kabeltilkoblingsboksen) på bare 20 til 30 mbar.

Lede-innretningen 10 er anordnet i strømningsretningen bak trykkavlastningsåpningen 30 og gjennomgångstverrsnittet T x B av lede-innretningen tilsvarer spreng-skivens utstrømningstverrsnitt 0. For monteringsformål kan avstanden bak spreng skiven holdes innenfor noen millimeter (ca. 20 - 40 mm). I den ene figur er lede-innretningen 10 festet med holdeelementer (en flens 18 og skruer 20) direkte på gasstanken 50.

Fortrinnsvis brukes det metallplater 12, 15 av stålblikk med en tykkelse D på 3 - 6 mm som har en innbyrdes avstand på mellom 3 og 10 mm. Derved dannes det flere strømningskanaler 40. I sideretningen holdes platestabelen sammen ved hjelp av strebere 14. Metallplatene 12 kan ha kvadratisk eller firkantet fasong. Som et eksempel kan de ha følgende dimensjoner: En dybde T tilsvarende utstrømningstverrsnittet 0 i sprengskiven på 200 mm (med en mulig båndbredde på 150 - 300 mm) og en enhetlig lengde H på 300 mm (med en båndbredde på 200 - 400 mm). Som et eksempel har en platestabel av stål med dimensjonene 5 x 300 x 200 mm et volum på 300 cm3, eller en masse på minst 2,3 kg, idet masse-andelen av festeelementer (strebere og skruer) kommer i tillegg. Med denne utforming lar det seg gjøre å konstruere en lede-innretning med høy varmekapasitet og som tar liten plass. På grunn av den store varmekapasitet kan mye varme tas opp og den utstrømmende gass effektivt avkjøles.

Utformingen av lede-innretningen med hensyn til dimensjonering av metallplatene (masse, tverrsnitt, flate- eller tykkelsesmål) kan av fagfolk tilpasses i samsvar med andre ytelser, for gasstanker med andre isolasjonsgasser og vedkommende antall trykkavlastningsvinduer som finnes.

LISTE OVER HENVISNINGER

Claims (9)

1. Elektrisk koblingsutstyr for høy- eller mellomspenning og med en hermetisk lukket tank (50) fylt med isolasjonsgass og i det minste en spenningsførende sidebeholder (60) tilordnet koblingsutstyret (5), hvor: - isolasjonsgasstanken (50) så vel som sidebeholderen (60) begge oppviser en trykkavlastningsåpning (30) for en strøm (55', 55") av lysbuegasser som i tilfellet av feil trer ut, og - trykkavlastningsåpningene (30) for isolasjonsgasstanken (50) og sidebeholderen (60) er anordnet inntil hverandre i rommet, mens - en lede-innretning (10) for gasstrømmer (55', 55") som trer ut, er anordnet i området av det romlige naboskap, og hvor: - lede-innretningen (10) oppviser i det minste én strømningskanal (40) som kan gjennomstrømmes av en gasstrøm (55") som trer ut fra isolasjonsgasstanken (50) så vel som fra sidebeholderen (60), karakterisert vedat strømningskanalen (40) i lede-innretningen (10) har en slik fasong at en gjennomstrømning langs en rett bane er mulig for hver av de mulige gasstrømmer (55', 55").

2. Koblingsutstyr som angitt i krav 1, og hvor lede-innretningen (10) er festet på utsiden av tanken foran i det minste en trykkavlastningsåpning (30).

3. Koblingsutstyr som angitt i krav 1 eller 2, og hvor lede-innretningen (10) er romlig kompakt konstruert og oppviser høy varmekapasitet.

4. Koblingsutstyr som angitt i et av de foregående krav, og hvor strømnings-kanalen^) (40) er dannet av parallelt anordnede metallplater (12, 15).

5. Koblingsutstyr som angitt i det foregående krav, og hvor metallplatene (12) består av stål og har en tykkelse på mellom 3 og 6 mm, og en innbyrdes avstand på mellom 3 og 10 mm.

6. Koblingsutstyr som angitt i det foregående krav, og hvor metallplatene (12) har kvadratisk fasong og en enhetlig lengde som er noe større enn tverrmålet av trykkavlastningsåpningen (30).

7. Koblingsutstyr som angitt i et av de foregående krav, og hvor lede-innretningen (10) er festet til gasstanken (50) eller til veggelementer i sidebeholderen (65) ved hjelp av holdeelementer (18, 20).

8. Koblingsutstyr som angitt i et av de foregående krav, og hvor sidebeholderen (60) er utformet som en kabeltilkoblingsboks eller et transformatorrom.

9. Koblingsutstyr som angitt i et av de foregående krav, og hvor trykkavlastningsåpningen (30) er lukket med en sprengskive (32) av metallfolie.