WO2001041273A1 - Durchführungsstützer und -stromwandler für metallgekapselte luftisolierte mittelspannungs-schaltanlagen - Google Patents

Durchführungsstützer und -stromwandler für metallgekapselte luftisolierte mittelspannungs-schaltanlagen Download PDF

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Luis-Angel Piaggi
Rainer Stolz
Christoph Roehling
Dieter Zweng
Olaf Brockmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/0356—Mounting of monitoring devices, e.g. current transformers

Definitions

  • the invention relates to feedthrough connectors and feedthrough current transformers for metal-encapsulated, air-insulated medium-voltage switchgear assemblies, each of which is arranged on a carrying plate and is detachably connected to it.
  • Feedthrough connectors and feedthrough current transformers are used in the medium-voltage switchgear to establish the electrical connection between busbars or generally between cable connections and switching devices.
  • the bushing current transformers also monitor the current conditions of the individual phases of the medium-voltage switchgear.
  • Both the feedthrough supports and the feedthrough current transformers are to be dimensioned in such a way that they correspond to the mechanical requirements with regard to their load-bearing capacity and also to the electrical requirements with regard to their dielectric strength.
  • the object on which the invention is based is to design feedthrough connectors and feedthrough current transformers for higher rated voltages, for example in the range up to 24 kV, without significantly exceeding the construction volume of such devices previously rated for lower voltages.
  • the lead-through users and the lead-through flow walkers each have a rectangular lead-through opening, which is offset from the front toward the outside, 1.2 the lead-through opening is followed by a receiving part, which is arranged transversely to it, preferably provided with a round cross-sectional structure, with a conductor connection pointing outwards, 1.3 the conductor connection is electrically conductively connected to a mating contact via a primary conductor,
  • the cast resin body has a U-shaped surrounding in the front area of the opening
  • the cast resin body is reached in the border area between the lead-through opening and the receiving part with an internal control electrode cast in the cast resin and shielding the lead-through opening in the form of a plate.
  • the increase in dielectric strength for the feedthrough connectors and feedthrough current transformers is promoted in addition to the step-like design of the feedthrough opening to increase the creepage distance, and additionally by the presence of two control electrodes, the U-shaped external control electrode and the plate-shaped internal control electrode, each of which is arranged in the cast resin body and are shed there.
  • the rectangular bushing opening which increases from the inside to the outside in a staircase shape, the electrical resistance in the area of the air gap and the is for a high-voltage rectangular contact arm that is introduced to establish an electrically conductive connection with the mating contact m
  • the electrical field and the aquipotentials in the casting resin are influenced in such a way that the counter contact has a correspondingly enlarged effect due to the clearly reduced air gap to the opening.
  • the electrical field lines of the mating contact are distributed practically spherically by the plate-shaped internal control electrode.
  • the external control electrode can be electrically conductively connected on one side to an earth potential connection, and 2.2 the earth potential connection is arranged on the front side in the area of the carrying plate.
  • the features are 3.1 the receiving part contains a current transformer core,
  • the primary conductor is electrically conductively connected to the conductor connection in such a way that at least a portion of the current transformer core is shielded from the outside at a distance from the primary conductor.
  • the dielectric strength is achieved by bundling the
  • Aquipotential lines in the area of the current transformer core additionally increased.
  • the bushing converter is designed as a toroidal core converter
  • the primary conductor is extended in such a way that the entire current transformer core is shielded from the outside. This increases the dielectric strength for the toroidal core converter.
  • FIGS. 1 and 2 representing a feedthrough current transformer
  • FIGS. 3 and 4 each showing a feedthrough connector in two technical views, the side view in partial section and the top view.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the feedthrough current transformer DSW, arranged on the support plate TBL, a partial sectional view such that the mating contact GKT with its primary conductor PLT and the conductor connection LTA is visible are.
  • the primary conductor PLT cast in the casting resin is surrounded centrally by the current transformer core SWK of the feedthrough current transformer DSW also cast in the casting resin body GHK (FIG. 2), and that in the area of the connection to the conductor connection LTA at least a partial area of the current transformer core SWK is surrounded by the returned primary conductor PLT is surrounded hm m approximately the same distance from it.
  • the step-like configuration of the same for increasing the leakage current path length can be seen in the region of the feedthrough opening DFO.
  • the front plate plate FBP shown in excerpts indicates that the feedthrough current transformer DSW m is fixed in position on the front of the medium-voltage switchgear by means of a groove (not shown).
  • the external control electrode SEA is arranged in the area of the front plate plate FBP, which is connected on one side to the defined earth point potential via the earth potential connection EPA.
  • the electrical field strength of the lead-through opening DFO starting from the active counter contact GKT with corresponding control of the aquipotentials, is reduced in a defined manner against the external control electrode.
  • Partial discharge processes and voltage flashover especially in the area of the sharp edges of the front plates, are prevented.
  • FIG. 2 shows the feed-through current transformer m from the top view, from which the position fixing of the cast resin body GHK within the front plate plate FBP of the medium-voltage switchgear is particularly evident. Likewise, these are m
  • Representation m the arrangement of the support arm STA and the preferably round cross-sectional contour of the receptacle partly AFT recognizable with the externally accessible conductor connection LTA.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the lead-through connector DFS with the cast resin body GHK, the essential function of which is merely to provide a pluggable electrical connection to the conductor connection LTA via its lead-through opening DFO.
  • a contact arm with high voltage potential must be able to be connected securely and free of voltage flashover to the counter contact arranged at the same point as the feedthrough current transformer but not shown at the end of the feedthrough opening DFO.
  • the feedthrough connector DFS also has a support arm STA for comparing the load capacity with respect to the device, not shown, which is connected to the conductor connection LTA.
  • the lead-through connector DFS is also detachably connected to the support plate TBL.
  • FIG. 4 From the plan view shown below, FIG. 4, the preferably round cross-sectional contour of the receiving part AFT as well as the conductor connection LTA and the support arm STA arranged here as a cantilever can be seen.

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Abstract

Die Durchführungsstützer (DFS) und die Durchführungsstromwandler (DSW) weisen jeweils eine frontseitig nach außen hin treppenförmig abgesetzte, rechteckförmige Durchführungsöffnung (DFO) auf, an der sich ein zu dieser quer angeordnetes, vorzugsweise mit runder Querschnittsstruktur versehenes Aufnahmeteil (AFT) mit einem zur Oberseite nach außen weisenden Leiteranschluß (LTA) anschließt, der über einen Primärleiter (PLT) mit einem Gegenkontakt (GKT) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Durchführungsöffnung (DFO) und das Aufnahmeteil (AFT) Bestandteil eines gemeinsamen Gießharzkörpers (GHK) sind und der Gießharzkörper (GHK) im frontseitigen Bereich der Durchführungsöffnung (DFO) eine diese U-förmig umgebene, im Gießharz vergossene Außensteuerelektrode (SEA) aufweist und der Gießharzkörper im Grenzbereich zwischen der Durchführungsöffnung (DFO) und dem Aufnahmeteil (AFT) mit einer im Gießharz vergossenen,die Durchführungsöffnung (DFO) tellerförmig abschirmenden Innensteuerelektrode (SEI) versehen ist.

Description

Beschreibung
Durchfuhrungsstutzer und -stromwandler für metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungs-Schaltanlagen
Die Erfindung betrifft Durchfuhrungsstutzer und Durchfuhrungsstromwandler für metallgekapselte, luftisolierte Mit- telspannungs-Schaltanlagen, die jeweils auf einem Trageblech angeordnet und mit diesem losbar verbunden sind.
Durchfuhrungsstutzer und Durchfuhrungsstromwandler dienen bei den Mittelspannungs-Schaltanlagen zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Sammelschienen bzw. allgemein zwischen Kabelanschlüssen und Schaltgeraten. Mit den Durch- fuhrungsstromwandlern werden darüber hinaus die Stromverhaltnisse der einzelnen Phasen der Mittelspannungs-Schaltanlagen überwacht. Sowohl die Durchfuhrungsstutzer als auch die Durchfuhrungsstromwandler sind konstruktiv derart zu bemessen, daß sie den mechanischen Anforderungen im Hinblick auf ihre Tragfähigkeit und auch den elektrischen Anforderungen hinsichtlich ihrer Spannungsfestigkeit entsprechen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, Durchfuhrungsstutzer und Durchfuhrungsstromwandler für höhere Bemessungspannungen, beispielsweise im Bereich bis 24 kV, zu konzipieren, ohne daß die bisher für niedrigere Spannungen bemessenen Bauvolumen derartiger Gerate wesentlich überschritten werden.
Erfmdungsgemaß wird dies durch die Merkmale 1.1 die Durchfuhrungsstutzer und die Durchfuhrungsstro wand- 1er weisen jeweils eine frontseitig nach außen hin trep- penfor ig abgesetzte, rechteckfor ige Durchfuhrungsoffnung auf, 1.2 an die Durchfuhrungsoffnung schließt sich ein zu dieser quer angeordnetes, vorzugsweise mit runder Querschnittsstruktur versehenes Aufnahmeteil mit einem zur Oberseite nach außen weisenden Leiteranschluß an, 1.3 der Leiteranschluß ist über einen Pπmarleiter mit einem Gegenkontakt elektrisch leitend verbunden,
1.4 die Durchfuhrungsoffnung und das Aufnahmeteil sind Bestandteil eines gemeinsamen Gießharzkorpers,
1.5 der Gießharzkorper weist im frontseitigen Bereich der Durchfuhrungsoffnung eine diese U-formig umgebene im
Gießharz vergossene Außensteuerelektrode auf,
1.6 der Gießharzkorper ist im Grenzbereich zwischen der Durchfuhrungsoffnung und dem Aufnahmeteil mit einer im Gießharz vergossenen, die Durchfuhrungsoffnung tellerfor- mig abschirmenden Innensteuerelektrode versehen, erreicht .
Die Erhöhung der Spannungsfestigkeit für die Durchfuhrungsstutzer und Durchfuhrungsstromwandler wird neben der treppen- formigen Ausgestaltung der Durchfuhrungsoffnung zur Verlange- rung des Kriechweges noch zusätzlich durch das Vorhandensein von zwei Steuerelektroden, der U-formigen Außensteuerelektrode und der tellerförmigen Innensteuerelektrode, begünstigt, die jeweils im Gießharzkorper angeordnet und dort fest vergossen sind. Mit der rechteckformigen Durchfuhrungsoffnung, die sich von Innen nach Außen hin trepenformig vergrößert, wird für einen hochspannungsfuhrenden rechteckigen Kontaktarm, der zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem Gegenkontakt m die Durchfuhrungsoffnung eingeführt wird, ist der elektrische Widerstand im Bereich der Luftstrecke und der
Gießharzwandung derart vergrößert, daß sich die Feldstarke im Bereich dieser Bemessungsspannung nicht mehr scnadigend auswirken kann. Diese Maßnahme wird noch im Zusammenwirken mit der auf Erdpotential liegenden, U-formigen Außensteuerelektrode unterstutzt, mit der die elektrische Feldstarke des spannungsbela- steten Gegenkontakts über die sich bildenden Aquipotentialli- nien gegen die Außensteuerelektrode abgebaut wird. Da die Außenelektrode unmittelbar im Bereich der Frontblechplatte angeordnet ist, werden auch die sonst üblichen negativen Einflüsse hinsichtlich der bei scharfkantigen Blechplatten auftretenden Spannungsuberschlage und die starken Teilentladun- gen innerhalb der Durchfuhrungsoffnungen weitestgehend eliminiert .
Mit der tellerförmigen Innensteuerelektrode werden das elektrische Feld und die Aquipotentiallimen im Gießharz derart beemflusst, daß der Gegenkontakt wegen des deutlich reduzierbaren Luftabstands zur Durchfuhrungsoffnung entsprechend vergrößert wirkt. Die elektrischen Feldlinien des Gegenkontaktes werden durch die tellerförmige Innensteuerelektrode praktisch kugelförmig verteilt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale
2.1 die Außensteuerelektrode ist einseitig mit einem Erdpo- tentialanschluß elektrisch leitend verbindbar, und 2.2 der Erdpotentialanschluß ist frontseitig im Bereich des Trageblechs angeordnet, erreicht .
Damit ist m vorteilhafter Weise der Erdpotentialanschluß von außen her ohne zusätzlichem Montageaufwand jederzeit zugang- lieh.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale 3.1 der Aufnahmeteil enthalt einen Stromwandlerkern,
3.2 der Stromwandlerkern umschließt den Pπmarleiter zentrisch,
3.3 der Pπmarleiter ist derart mit dem Leiteranschluß elek- tπsch leitend verbunden, daß mindestens ein Teilbereich des Stromwandlerkerns im Abstand desselben zum Primarlei- ter nach außen hm abgeschirmt ist, vorgesehen.
Mit dieser konstruktiven Gestaltung des Pπmarleiters wird die Spannungsfestigkeit durch entsprechende Bündelung der
Aquipotentiallinien im Bereich des Stromwandlerkerns zus tzlich erhöht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch die Merkmale
4.1 der Durchfuhrungswandler ist als Ringkernwandler ausgeführt, und
4.2 der Primarleiter ist derart verlängert, daß der gesamte Stromwandlerkern nach außen hm abgeschirmt ist, gegeben. Für den Ringkernwandler wird dadurch die Spannungsfestigkeit vergrößert.
Die Erfindung wird durch zwei figürlich dargestellte Ausfuh- rungsbeispiele naher erläutert, wobei die Figuren 1 und 2 ei- nen Durchfuhrungsstromwandler und die Figuren 3 und 4 einen Durchfuhrungsstutzer jeweils m zwei technischen Ansichten, der Seitenansicht im Teilschnitt und der Draufsicht, darstellen .
Die Figur 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel für den Durchfuh- rungsstromwandlers DSW, angeordnet auf dem Trageblech TBL, einer Teilschnittansicht derart, daß der Gegenkontakt GKT mit seinem Primarleiter PLT und dem Leiteranschluß LTA, sichtbar sind. Gleichzeitig ist erkennbar, daß der im Gießharz eingegossenen Primarleiter PLT zentrisch von dem ebenfalls im Gießharzkorper GHK (Fig.2) eingegossenen Stromwandlerkern SWK des Durchfuhrungsstromwandlers DSW umgeben ist und daß im Be- reich der Verbindung zum Leiteranschluß LTA mindestens ein Teilbereich des Stromwandlerkerns SWK von dem ruckgefuhrten Primarleiter PLT nach oben hm m annähernd gleichen Abstand zu demselben umgeben ist. In der unteren Teilschnittansicht des Durchfuhrungsstromwandlers DSW ist im Bereich der Durch- fuhrungsoffnung DFO besonders die treppenformige Ausgestaltung derselben zur Vergrößerung der Kriechstrom-Weglange erkennbar. Mit der auszugsweise dargestellten Frontblechplatte FBP ist angedeutet, daß der Durchfuhrungsstromwandler DSW m den Mittelspannungs-Schaltanlagen frontseitig durch eine nicht bezeichnete Nut lagefixiert ist.
Desweiteren ist im Bereich der Frontblechplatte FBP die Außensteuerelektrode SEA angeordnet, die einseitig über den Erdpotentialanschluß EPA mit dem definierten Erdpunktpoten- tial verbunden ist. Wie bereit ausgeführt, wird damit die elektrische Feldstarke der Durchfuhrungsoffnung DFO ausgehend vom aktiven Gegenkontakt GKT mit entprechender Steuerung der Aquipotentiall ien definiert gegen die Außensteuerelektrode abgebaut. Damit werden u.a. Teilentladungsvorgange und Spannungsuberschlage, insbesondere im Bereich der scharfen Kanten der Frontbleche, verhindert.
Die Figur 2 zeigt den Durchfuhrungsstromwandler m der Draufsicht, aus der besonders die Lagefixierung des Gießharzkor- pers GHK innerhalb der Frontblechplatte FBP der Mittelspan- nungs-Schaltanlage hervorgeht. Desgleichen sind m dieser
Darstellung m besonderer weise die Anordnung des Stutzarms STA und die vorzugsweise runde Querschnittskontur des Aufnah- meteils AFT mit dem von außen zugänglichen Leiteranschluß LTA erkennbar .
Der Figur 3 ist ein Ausfuhrungsbeispiel für den Durchfuh- rungsstutzer DFS mit dem Gießharzkorper GHK zu entnehmen, deren wesentliche Funktion lediglich der Bereitstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zu dem Leiteranschluß LTA über seine Durchfuhrungsoffnung DFO besteht. Ein mit Hochspannungspotential behafteter Kontaktarm muß dazu sicher und frei von Spannungsuberschlagen mit dem an gleicher Stelle wie beim Durchfuhrungsstromwandler angeordneten, jedoch nicht dargestellten Gegenkontakt am Ende der Durchfuhrungsoffnung DFO verbindbar sein. Der Durchfuhrungsstutzer DFS weist ebenfalls einen Stutzarm STA zur Vergleichmaßigung der Tragkraft Bezug auf der mit dem Leiteranschluß LTA m Verbindung stehenden, nicht dargestellte Einrichtung auf. Der Durchfuhrungsstutzer DFS ist ebenfalls losbar mit dem Trageblech TBL verbunden .
Aus der darunter dargestellten Draufsicht Figur 4 ist besonderer weise die vorzugsweise runde Querschnittskontur des Aufnahmeteils AFT sowie der Leiteranschluß LTA und der hier als Ausleger angeordnete Stutzarm STA ersichtlich.

Claims

Patentansprüche
1. Durchfuhrungsstutzer und Durchfuhrungsstromwandler für metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungs-Schaltanlagen, die jeweils auf einem Trageblech angeordnet und mit diesem losbar verbunden sind, gekennzeichnet durch die Merkmale
1.1 die Durchfuhrungsstutzer (DFS) und die Durchfuhrungsstromwandler (DSW) weisen jeweils eine frontseitig nach außen h treppenformig abgesetzte, rechteckformige Durchfuhrungsoffnung (DFO) auf,
1.2 an die Durchfuhrungsoffnung (DFO) schließt sich ein zu dieser quer angeordnetes, vorzugsweise mit runder Quer- schnittsstruktur versehenes Aufnahmeteil (AFT) mit einem zur Oberseite nach außen weisenden Leiteranschluß (LTA) an,
1.3 der Leiteranschluß (LTA) ist über einen Primarleiter (PLT) mit einem Gegenkontakt (GKT) elektrisch leitend verbunden, 1.4 die Durchfuhrungsoffnung (DFO) und das Aufnahmeteil (AFT) sind Bestandteil eines gemeinsamen Gießharzkorpers (GHK) ,
1.5 der Gießharzkorper (GHK) weist im frontseitigen Bereich der Durchfuhrungsoffnung (DFO) eine diese U-formig umgebene im Gießharz vergossene Außensteuerelektrode (SEA) auf,
1.6 der Gießharzkorper ist im Grenzbereich zwischen der Durchfuhrungsoffnung (DFO) und dem Aufnahmeteil (AFT) mit einer im Gießharz vergossenen, die Durchfuhrungsoffnung tDFO) tellerförmig abschirmenden Innensteuerelektrode (SEI) versehen.
2. Durchfuhrungsstutzer und Durchfuhrungsstromwandler nach Patentanspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Merkmale
2.1 die Außensteuerelektrode (SEA) ist einseitig mit einem Erdpotentialanschluß (EPA) elektrisch leitend verbindbar,
2.2 der Erdpotentialanschluß (EPA) ist frontseitig im Bereich des Trageblechs (TBL) angeordnet.
3. Durchfuhrungsstromwandler nach Patentanspruch 1 und den Patentansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Merkmale 3.1 der Aufnahmeteil (AFT) enthalt einen Stromwandlerkern (SWK) ,
3.2 der Stromwandlerkern (SWK) umschließt den Primarleiter (PTL) zentrisch,
3.3 der Primarleiter (PLT) ist derart mit dem Leiteranschluß (LTA) elektrisch leitend verbunden, daß mindestens ein
Teilbereich des Stromwandlerkerns (SWK) im Abstand desselben zum Primarleiter (PLT) nach außen h abgeschirmt
4. Durchfuhrungsstromwandler nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch die Merkmale
4.1 der Durchfuhrungswandler (DSW) ist als Ringkernwandler ausgeführt,
4.2 der Primarleiter (PLT) ist derart verl ngert, daß der ge- samte Stromwandlerkern (SWK) nach außen hm abgeschirmt
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