WO2014122053A1 - Elektrisches bauelement - Google Patents

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WO2014122053A1
WO2014122053A1 PCT/EP2014/051687 EP2014051687W WO2014122053A1 WO 2014122053 A1 WO2014122053 A1 WO 2014122053A1 EP 2014051687 W EP2014051687 W EP 2014051687W WO 2014122053 A1 WO2014122053 A1 WO 2014122053A1
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WO
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sleeve
component according
insulation
electrical
space
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/051687
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English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Hartmann
Stefan Hohmann
Achim Kalter
Sylvio Kosse
Frank KUNKEL
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • 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
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • 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
    • 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
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices

Definitions

  • the invention relates to an electrical component having an electrical functional space and an electrical insulation space, which is formed between an outer insulation and the electrical functional space, wherein the electrical insulation ⁇ space is filled with an insulating medium.
  • a solid insulation of the electrical functional space is provided.
  • a suitable dielectric high-strength potting compound such as filled epoxy resins
  • FeststoffIsolationen cause high costs.
  • they often show a lack of aging resistance, as well as the tendency to form at high temperature fluctuations gaps to the surrounding boundary surfaces, in which partial discharges can form.
  • Other disadvantages are the high density and thus a large mass, which entails a correspondingly high mechanical requirement on the overall system.
  • liquid insulation media are used. Commonly used are transformer oils from petrochemical production or from biologically produced oils, high-purity esters and silicone oils.
  • the object of the invention is to provide an electrical component in which a sufficientstrongsfes ⁇ activity in the outdoor area is given at the same time low Bauaumbe ⁇ may.
  • An electrical component according to the invention comprises an electrical functional space and an electrical insulation space which is formed between an outer insulation and the electrical functional space, wherein the electrical insulation is filled with an isolation medium.
  • the component is characterized in that the outer insulation is a sleeve, which is arranged around the functional space sealed against this.
  • each electrical Bauele ment of a high voltage switching device with a single Man ⁇ cuff surrounding the insulation does not need to be filled the entire volume of a high-voltage switchgear contrary to the past practices.
  • the electrical construction element must not already be factory provided with insulation measures. Instead, the sleeve can be brought to the insulation at the place of use of the electrical component ⁇ .
  • Another advantage is that the shape and size of the sleeve of the respective application can be easily adapted. This facilitates storage and thus reduces the cost of production.
  • the proposed cuff also allows to be filled with Isol tion medium volume to be minimized. This also makes it possible to produce the electrical component with comparatively much lower costs.
  • the insulation space is formed in particular by a tubular insulating housing and the insulating housing on the opposite end caps end caps, are guided by the jewei ⁇ term connections of the electrical component.
  • a tubular insulating housing and the insulating housing on the opposite end caps end caps, are guided by the jewei ⁇ term connections of the electrical component.
  • Such a device is known in particular in the form of Va kuumschaltrheime.
  • the sleeve can be sealed against the insulating housing.
  • the cuff may be sealed against the end caps.
  • the collar may be grooved against radial wall portions of the end caps. be.
  • the collar is sealed against an end face of the end caps, which lies in egg ⁇ ner plane perpendicular to a longitudinal axis of the insulating housing.
  • the cuff may be sealed against the terminals.
  • the seal of the sleeve against the functional space can be produced by a separate seal, in particular a peripheral seal, or by the shape and the material of the sleeve. If the seal of the cuff is made against the insulation space by the shape and material of the cuff itself, it is useful if the cuff consists of a flexible, elastic material.
  • the cuff may be formed from one or more of the following materials: polymer, silicone, polypropylene or polyethylene or their relatives. These materials have insulating properties and enable a flexible, elastic cuff.
  • the outer contour of the sleeve is chosen so that the required isolation requirements are met. At high insulation requirements can be provided that the sleeve has the shape of a bellows for the formation of insulation ribs.
  • the collar is integrally formed in the circumferential direction.
  • the sleeve has the least possible number of points to be sealed. It follows that the sleeve is pulled over the electronic component to be isolated. The dimensions and flexibility of the sleeve must therefore be such that on the one hand the coating of the sleeve on the insulating housing of the electronic component is enabled and on the other hand, a seal is given when the cuff is in its final position relative to the insulating housing of the switching element.
  • the sleeve has an outer diameter which is less than or equal to approximately twice the diameter of the insulation space, ie the diameter of the insulating housing.
  • the size and shape of the cuff is dimensioned such that the volume formed between the sleeve and the electrical functional space, that is the volume of the insulation space is less than or at most equal to the internal volume of the electrical function space is.
  • a gaseous or liquid insulation medium can be used as insulation medium.
  • a mixture of SF6 gas which is enriched with nitrogen and dry ⁇ air, which may also contain carbon dioxide and / or nitrogen and / or oxygen, are used.
  • liquid insulation media for example, known from the prior art transformer oils from petrochemical production or from biologically produced oils, high-purity esters and silicone oils can be used. It is preferable if the insulating medium comprises a liquid component containing low-viscosity insulating liquid and a solid component comprising a granulated polymer.
  • both the liquid component and the solid component are designed such that a difference between their densities, ie the density of the polymer and the density of the liquid component, is less than 0.5 g / cm 3 .
  • the advantage of using such an insulating medium lies in the combination of a liquid component and a finely divided granular solid component, which makes it possible to fill even complex cavities of the insulation space without gaps, with no gaps or electrical transitions occur even with thermal expansion and other changes in geometry.
  • Such isolation medium Due to its solid and liquid components, a tough ⁇ flowing property and is distributed in all cavities in the insulation space. Concrete embodiments with which materials or material compositions such an isolation medium can be realized can be found, for example, in WO 2012/156184 A1.
  • the advantage of the proposed sleeve is that the seal can be made at the site of use of the electrical component.
  • the insulating medium can be introduced into the elekt ⁇ innovative insulation space and only at the place of use of the electrical component.
  • the sleeve may have a filler neck, in particular with an automatically closing valve, which serves to introduce the insulating medium. Through the valve can be ensured that the material introduced into the electrical isolati ⁇ onsraum insulation medium can not escape from it. Nevertheless, it is easily possible by means of the filler neck to top up insulation medium at a later time. Further preferred embodiments as well as further Merkma ⁇ le of the invention are described below with reference to the description of various embodiments in the drawing. Show it:
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN electrical component in a sectional view
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN electrical component in a sectional view
  • Fig. 3 shows a third embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN electrical component in a sectional view
  • Fig. 4 shows a fourth embodiment of a erfindungsge ⁇ MAESSEN electrical component in a sectional view.
  • FIGS 1 to 4 each show an inventive construction ⁇ element 1 in the form of a high voltage switching device with a vacuum interrupter 2 as a switching element.
  • the vacuum interrupter ⁇ 2 comprises an insulating housing 4, which is bounded on two opposite ends of a first and a second end cap 5, 6 or closed. Through the first end cap 5 is a movable terminal 9 passes. Similarly, a festste ⁇ budding terminal 10 passes through the second end caps 6 therethrough. By moving the movable terminal 9 in the arrow direction, an electrical switching contact (not shown) in the interior of the insulating housing 4 can be opened or closed.
  • the first and second end caps 5, 6 ⁇ limited inner space represents an electrical function space 7 of the vacuum interrupter.
  • the vacuum interrupter 2 is surrounded by a tight-fitting, specifically designed for the shape of the insulating housing 4 ⁇ th sleeve 11.
  • the cuff 11 is a Au ⁇ terisolation 3 of the device.
  • the internal space formed between the sleeve 11 and the insulating case 4 represents an electrical insulation space 8 which is filled with an insulating medium, not shown.
  • the volume of the insulation space 8 is 7. approximately less than or at most equal to the volume of the electrical functional area It follows that the sleeve 3 has an outer ⁇ diameter which is approximately less than or equal to twice the diameter of the insulation space. 8
  • the outer contour of the preferably integral Man- cuff 11 is chosen such that all predetermined Isola ⁇ tion requirements are met.
  • the outer contour may have the shape of a bel ⁇ ges shown in Figures 1 to 4, whereby the insulating ability is increased over ei ⁇ ner cylindrical cross-sectional shape.
  • the resulting from the bellows shape isolation ribs of the sleeve 11 are marked in Figures 1 to 4 by the reference numeral 16.
  • the number of isolation ribs 16 can be selected according to the length of the insulating housing 4.
  • the number of insulation ribs 16 can be selected according to the desired insulation requirements.
  • the number and shape of the isolation ribs 16 shown in the figures is chosen only by way of example and arbitrarily.
  • the distances between 2 adjacent isolation ribs may be the same, but also different. Also, the height of the insulating ribs (ie, the extent perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum interrupter in a plane) bezüg ⁇ Lich the longitudinal axis of the switching element 1 for all insulation ⁇ rib same or different formed.
  • the cuff 3 is made of a flexible, insulating material.
  • the cuff 3 may be formed from one or more of the following materials: polymer, Silicone, polypropylene or polyethylene or their relatives.
  • the material used for the cuff 3 must be compatible with the insulation medium used in the electrical insulation space 8.
  • the flexibility of the material as the cuff 3 facilitates the assembly of the sleeve 3, which can be done at the site of the vacuum interrupter 2. For this purpose, the sleeve 3 is pushed by a connection side on the rotationally symmetrical vacuum switching tube ⁇ . 2
  • the sleeve 11 For filling the electrical insulation space 8 with Isolati ⁇ onsmedium, the sleeve 11 has a filler neck 17.
  • the filler neck 17 preferably has an automatically closing valve. After filling the insulating medium in the electrical insulation space 8, the valve ensures that the insulation medium can not escape from the insulation space 8. Furthermore, the filler neck 17 can also be used to refill insulation medium at a later time in the insulation space 8, if this is necessary.
  • any suitable material / medium can be used as insulation medium.
  • a gaseous isolation medium a mixture of SF6 gas, which is enriched with nitrogen and dry air, which also
  • Carbon dioxide and / or nitrogen and / or oxygen enthal ⁇ th can be used.
  • liquid insulation media for example, known from the prior art transformer oils from petrochemical production or from biologically produced oils, high-purity esters and silicone oils can be used.
  • the insulating medium comprises a liquid component containing low-viscosity insulating liquid and a solid component comprising a granulated polymer.
  • both the liquid compo ⁇ component and the solid component are configured such that a difference between their densities, so the density of the poly mers and the density of the liquid component, less than 0.5 g / cm 3 .
  • Such isolation medium Due to its solid and liquid components a viscous properties lance and is distributed in all cavities in the isolati ⁇ onsraums. Concrete embodiments with which materialist ⁇ lien or material compositions such insulation medium can be realized, for example, may WO 2012/156184 AI be removed.
  • the outer insulation 3 in the form of the sleeve 11 is, as is readily apparent from the figures 1 to 4, arranged around the electrical functional space 8 around and sealed against this.
  • a - in local terms - the movable connection 9 associated first seal portion is denoted by the reference numeral 12 and the fixed terminal 10 associated second seal portion with the scratchesszei ⁇ chen 13.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4 differ with regard to details of the sleeve 11, in particular the location of the seal to the vacuum interrupter 2, and are explained in more detail below.
  • a seal of the sleeve 11 takes place against the insulating housing 4.
  • the material rings 14, 15 of the sleeve 11 nestle in Be ⁇ rich the associated first and second sealing portions 12, 13 to the insulating housing 4.
  • the material rings 14, 15 represent material sections of the sleeve 11 formed in the longitudinal axis direction of the vacuum interrupter 2.
  • the seal of the sleeve 11 against the functional space 7 can be produced by the shape and the material of the sleeve 11.
  • the sleeve 11 can in the range of the material rings 14, 15 due to their flexible properties apply pressure to the insulating housing 4.
  • a respective separate seal may be vorgese ⁇ hen, which is arranged in the areas of the first and second seal portion 12, 13 between the material rings 14, 15 and the insulating housing. 4
  • the sleeve 11 is hen with the aforementioned filler 17 for filling the insulating medium verse ⁇ hen. Only for the sake of simplicity, the filler neck 17 in the embodiments of Figures 2 to 4 is not shown.
  • a gasket cuff 11 is effected Compared to the end caps 5, 6. While in the embodiment of FIG. 2, the rings of material 14, 15 to the associated radial umlau ⁇ fenden wall sections 18, 19 of the first and second end caps 5, 6 abut, put wall sections of the sleeve 11 in the embodiment of FIG. 3 at Stirn vomab- sections 20, 21 of the first and second end caps 5, 6 at.
  • Border region between the insulating housing 4 and the end caps 5, 6 are located in the interior of the insulation space 8.
  • the Mate ⁇ rialringe 14, 15 in the manner already described in connection with FIG. 1 manner to the terminals 9, 10 at.
  • the collar 11 in one assigned to the mobile terminal 9, the range to a bellows extension 22nd This is designed to be flexible such that upon movement of the movable check circuit 9, the bellows-shaped extension 22 in entspre ⁇ chender manner expands or shortens.
  • the exemplary embodiments of the seal of the sleeve with respect to the electrical functional space 7 described in FIGS. 1 to 4 can be combined in any desired manner.
  • first sealing portion 12 may be formed on the insulating housing 4 and the second sealing portion 13 on the second end cap 6, or vice versa.
  • first seal portion 12 may be formed on the movable terminal 9 and the second seal portion 13 on the second end cap 6 or the insulating housing 4, etc.
  • the proposed electrical component is characterized as ⁇ through out that parts of the drive for the vacuum interrupter 2 and corresponding feed lines not in the electrical insulation space 8, but outside thereof are arranged. As a result, the device can be constructed extremely compact.

Landscapes

  • Insulating Bodies (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement (1) mit einem elektrischen Funktionsraum (7) und einem elektrischen Isolationsraum (8), der zwischen einer Außenisolation (3) und dem elektrischen Funktionsraum (7) gebildet ist, wobei der elektrische Isolationsraum (8) mit einem Isolationsmedium gefüllt ist. Das vorgeschlagene Bauelement (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Außenisolation (3) eine Manschette (11) ist, welche um den Funktionsraum (7) herum gegen diesen gedichtet angeordnet ist. Mittels der Manschette (11) kann ein kompakter Isolationsraum (8) bereitgestellt werden.

Description

Beschreibung
Elektrisches Bauelement Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit einem elektrischen Funktionsraum und einem elektrischen Isolationsraum, der zwischen einer Außenisolation und dem elektrischen Funktionsraum gebildet ist, wobei der elektrische Isolations¬ raum mit einem Isolationsmedium gefüllt ist.
Bei elektrischen Bauelementen, insbesondere bei elektrischen Bauelementen im Hochspannungsbereich, ist die elektrische Isolation der die Hochspannung führenden Komponenten stets eine Herausforderung. Insbesondere bei kosten- und ressour- censparender, kompakter Bauweise werden Isolationsmedien benötigt, welche eine höhere Spannungsfestigkeit aufweisen müs¬ sen als die umgebende Luft. Speziell bei Hochspannungsschalt¬ anlagen müssen dazu Spannungsdifferenzen bis zu 1000 kV beherrscht werden, ohne dass Teilentladung bzw. Corona- Entladungen auftreten, welche zur Schädigung bis hin zu einem Verlust der Isolationsfähigkeit führen können.
Bisher setzt man zu dem beschriebenen Zweck folgende Lösungen ein :
Mittels einer geeigneten dielektrisch hochfesten Vergussmasse, wie gefüllte Epoxidharze, wird eine Feststoffisolation des elektrischen Funktionsraums bereitgestellt. Derartige FeststoffIsolationen verursachen allerdings hohe Kosten. Zu- dem weisen sie häufig eine mangelnde Alterungsbeständigkeit auf, sowie die Neigung, bei großen Temperaturschwankungen Spalte zu den umgebenden Grenzflächen zu bilden, in welchen sich Teilentladungen ausbilden können. Weitere Nachteile sind die hohe Dichte und damit auch eine große Masse, welche eine entsprechend hohe mechanische Anforderung an das Gesamtsystem nach sich zieht. Ferner kommen bisher flüssige Isolationsmedien zum Einsatz. Gebräuchlich sind hierbei Transformatoröle aus petrochemi- scher Herstellung oder aus biologisch erzeugten Ölen, hochreine Ester und Silikonöle. Nachteilig sind hier wiederum die hohen Kosten und die Neigung, insbesondere bei manchen Ölen, im Dauerbetrieb leitfähige Fäden (z. B. Kohlenstofffäden) , zu bilden, welche die dielektrische Festigkeit beeinträchtigen können . Ferner sind noch gasförmige Isolationsmedien verbreitet, wie beispielsweise ein Gemisch aus SF6-Gas, das beispielsweise mit Stickstoff und trockener Luft angereichert ist, das zudem Kohlendioxid, und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff enthal¬ ten kann. SF6 weist zwar hervorragende dielektrische Eigen- schaffen auf, sein hohes Treibhauspotential macht es jedoch immer aufwändiger, dieses Material als Isolationsmaterial zu verwenden, ohne dass dieses Gas in die Atmosphäre gelangt und so den Treibhauseffekt verstärkt. Grundsätzlich besteht bei den oben beschriebenen Lösungen zu dem das Problem, dass der Isolationsraum eine beträchtliche Größe aufweist. Mit Ausnahme der Feststoffisolation ist die Größe des Isolationsraums unabhängig von der Größe der zu isolierenden elektrischen Bauelemente.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektrisches Bauelement anzugeben, bei dem eine ausreichende Spannungsfes¬ tigkeit im Außenbereich bei gleichzeitig geringem Bauraumbe¬ darf gegeben ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauelement umfasst einen elektrischen Funktionsraum und einen elektrischen Isolationsraum, der zwischen einer Außenisolation und dem elektrischen Funktionsraum gebildet ist, wobei der elektrische Isolations- räum mit einem Isolationsmedium gefüllt ist. Das Bauelement zeichnet sich dadurch aus, dass die Außenisolation eine Manschette ist, welche um den Funktionsraum herum gegen diesen gedichtet angeordnet ist.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, jedes elektrische Bauele ment eines Hochspannungsschaltgeräts einzeln mit einer Man¬ schette zur Isolation zu umgeben. Damit braucht entgegen der bisherigen Gepflogenheiten nicht das gesamte Volumen eines Hochschaltungsschaltgeräts befüllt werden.
Darüber hinaus besteht der Vorteil, dass das elektrische Bau element nicht bereits werksseitig mit Isolationsmaßnahmen versehen sein muss. Stattdessen kann die Manschette zur Isolation am Ort des Einsatzes des elektrischen Bauelements an¬ gebracht werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Form und Größe der Manschette der jeweiligen Anwendung auf einfache Weise angepasst werden kann. Dies erleichtert eine Lagerhaltung und senkt damit die Kosten der Herstellung.
Durch die vorgeschlagene Manschette kann zudem das mit Isol tionsmedium zu befüllende Volumen minimiert werden. Auch hierdurch kann das elektrische Bauelement mit im Vergleich wesentlich geringeren Kosten hergestellt werden.
Der Isolationsraum ist insbesondere durch ein rohrförmiges Isoliergehäuse und das Isoliergehäuse an den gegenüberliegen den enden abschließende Endkappen gebildet, durch die jewei¬ lige Anschlüsse des elektrischen Bauelements geführt sind. Ein derartiges Bauelement ist insbesondere in Gestalt von Va kuumschaltröhre bekannt.
Bei einer solchen Bauform kann die Manschette gegen das Isoliergehäuse gedichtet sein. Ebenso kann die Manschette gegen die Endkappen gedichtet sein. In einer Ausgestaltung kann die Manschette gegen radiale Wandabschnitte der Endkappen gedieh- tet sein. In einer anderen Ausgestaltung ist die Manschette gegen eine Stirnfläche der Endkappen gedichtet, welche in ei¬ ner Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Isoliergehäuses liegt. In einer weiteren Ausbildung kann die Manschette gegen die Anschlüsse gedichtet sein.
Dem Fachmann ist klar, dass bei einem rohrförmiges Isolierge¬ häuse und dem Einsatz einer erfindungsgemäßen Manschette an zwei gegenüberliegenden Enden der Manschette eine Abdichtung vorzunehmen ist. Die Abdichtung an den beiden Enden kann hierbei mittels einer der oben beschriebenen Varianten in gleicher Weise erfolgen. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Manschette an beiden Enden gegen das Isoliergehäuse ge¬ dichtet ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel können bei- de Enden der Manschette gegen die Endkappen gedichtet sein, usw. Ebenso können die vorgeschlagenen Abdichtungsmethoden miteinander kombiniert werden, d.h., an einem ersten Ende der Manschette bzw. des Isoliergehäuses kann beispielsweise die Manschette gegen das Isoliergehäuse gedichtet sein, an einem zweiten Ende kann die Manschette gegen die Endkappen gedichtet sein. Dabei ist jede mögliche Kombination aus den oben beschriebenen Dichtungsmaßnahmen möglich.
Die Dichtung der Manschette gegen den Funktionsraum kann durch eine separate Dichtung, insbesondere eine Umfangsdich- tung, oder durch die Gestalt und das Material der Manschette hergestellt sein. Wird die Dichtung der Manschette gegen den Isolationsraum durch die Gestalt und das Material der Manschette selbst hergestellt, so ist es zweckmäßig, wenn die Manschette aus einem flexiblen, elastischen Material besteht.
Insbesondere kann die Manschette aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet sein: Polymer, Silikon, Polypropylen oder Polyethylen oder deren Verwandte. Diese Mate- rialien haben isolierende Eigenschaften und ermöglichen eine flexible, elastische Manschette. Allgemein wird die Außenkontur der Manschette so gewählt, dass die zu erreichenden Isolationsanforderungen erfüllt werden. Bei hohen Isolationsanforderungen kann vorgesehen sein, dass die Manschette zur Ausbildung von Isolationsrippen die Gestalt eines Balges aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Manschette in Um- fangsrichtung einstückig ausgebildet. Hierdurch weist die Manschette eine geringstmögliche Anzahl an abzudichten Stel- len auf. Hieraus ergibt sich, dass die Manschette über das zu isolierende elektronische Bauelement gezogen wird. Die Abmaße und Flexibilität der Manschette müssen daher so bemessen sein, dass einerseits das Überziehen der Manschette über das Isoliergehäuse des elektronischen Bauelements ermöglicht wird und andererseits gleichzeitig eine Abdichtung gegeben ist, wenn sich die Manschette in ihrer endgültigen Lage relativ zu dem Isoliergehäuse des Schaltelements befindet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Manschette einen Außendurchmesser auf, der kleiner oder gleich in etwa dem zweifachen Durchmesser des Isolationsraums, d.h. dem Durchmesser des Isoliergehäuses, ist. In einer anderen konstrukti¬ ven Ausgestaltung ist die Größe und Gestalt der Manschette derart bemessen, dass das zwischen der Manschette und dem elektrischen Funktionsraum gebildete Volumen, das heißt das Volumen des Isolationsraums, kleiner oder höchstens gleich dem Innenvolumen des elektrischen Funktionsraums ist.
Grundsätzlich kann als Isolationsmedium ein gasförmiges oder flüssiges Isolationsmedium verwendet werden. Beispielsweise kann ein Gemisch aus SF6-Gas, das mit Stickstoff und trocke¬ ner Luft angereichert ist, das zudem Kohlendioxid und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff enthalten kann, eingesetzt werden. Als flüssige Isolationsmedien können beispielsweise auch die aus dem Stand der Technik bekannten Transformatoröle aus petrochemischer Herstellung oder aus biologisch erzeugten Ölen, hochreine Ester und Silikonöle zum Einsatz kommen. Bevorzugt ist es, wenn das Isolationsmedium eine flüssige Komponente, die niedrigviskose Isolierflüssigkeit enthält, und eine feste Komponente, die ein granuliertes Polymer um- fasst, aufweist. Vorzugsweise sind sowohl die flüssige Kompo- nente als auch die feste Komponente so ausgestaltet, dass ein Unterschied zwischen ihren Dichten, also der Dichte des Poly¬ mers und der Dichte der flüssigen Komponente, weniger als 0,5 g/cm3 beträgt. Der Vorteil der Verwendung eines solchen Isolationsmediums liegt in der Kombination aus einer flüssigen Komponente und einer fein verteilten granulierten Festkörperkomponente, die es ermöglicht, auch komplexe Hohlräume des Isolationsraums spaltfrei zu füllen, wobei auch bei thermischen Ausdehnungen und sonstigen Geometrieänderungen keine Spalte oder elektrische Übergänge auftreten. Ein solches Isolationsmedium weist aufgrund seiner festen und flüssigen Bestandteile eine zäh¬ fließende Eigenschaft auf und verteilt sich in alle Hohlräume des Isolationsraums. Konkrete Ausführungsbeispiele, mit wel- chen Materialien bzw. Materialzusammensetzungen ein solches Isolationsmedium realisiert sein kann, können z.B. der WO 2012/156184 AI entnommen werden.
Wie eingangs bereits beschrieben, besteht der Vorteil der vorgeschlagenen Manschette darin, dass die Abdichtung am Einsatzort des elektrischen Bauelements erfolgen kann. Dies bringt es mit sich, dass das Isolationsmedium auch erst am Ort des Einsatzes des elektrischen Bauelements in den elekt¬ rischen Isolationsraum eingebracht werden kann. Zu diesem Zweck kann die Manschette einen Füllstutzen, insbesondere mit einem selbsttätig schließenden Ventil, aufweisen, welches zum Einleiten des Isolationsmediums dient. Durch das Ventil kann sichergestellt werden, dass das in den elektrischen Isolati¬ onsraum eingebrachte Isolationsmedium nicht mehr aus diesem entweichen kann. Dennoch ist es mittels des Einfüllstutzens ohne weiteres möglich Isolationsmedium zu einem späteren Zeitpunkt nachzufüllen. Weitere bevorzugte Ausgestaltungsformen sowie weitere Merkma¬ le der Erfindung werden nachfolgend anhand der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen elektrischen Bauelements in einer Schnittansicht,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen elektrischen Bauelements in einer Schnittansicht,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen elektrischen Bauelements in einer Schnittansicht, und
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge¬ mäßen elektrischen Bauelements in einer Schnittansicht .
Die Figuren 1 bis 4 zeigen jeweils ein erfindungsgemäßes Bau¬ element 1 in Form einer Hochspannungsschaltvorrichtung mit einer Vakuumschaltröhre 2 als Schaltelement. Die Vakuum¬ schaltröhre 2 umfasst ein Isoliergehäuse 4, welches an beiden gegenüberliegenden Enden von einer ersten und einer zweiten Endkappe 5, 6 begrenzt bzw. verschlossen ist. Durch die erste Endkappe 5 geht ein beweglicher Anschluss 9 hindurch. In gleicher Weise geht durch die zweite Endkappen 6 ein festste¬ hender Anschluss 10 hindurch. Durch Bewegung des beweglichen Anschlusses 9 in Pfeilrichtung kann ein elektrischer Schaltkontakt (nicht dargestellt) im Inneren des Isoliergehäuses 4 geöffnet oder geschlossen werden. Der durch das Isoliergehäuse 4, die erste und die zweite Endkappe 5, 6 begrenzte Innen¬ raum stellt einen elektrischen Funktionsraum 7 der Vakuumschaltröhre 2 dar. Die Vakuumschaltröhre 2 ist von einer dicht schließenden, spezifisch für die Gestalt des Isoliergehäuses 4 ausgebilde¬ ten Manschette 11 umgeben. Die Manschette 11 stellt eine Au¬ ßenisolation 3 des Bauelements dar. Der zwischen der Man- schette 11 und dem Isoliergehäuse 4 gebildete Innenraum stellt einen elektrischen Isolationsraum 8 dar, welcher mit einem nicht näher dargestellten Isolationsmedium gefüllt ist. Das Volumen des Isolationsraums 8 ist in etwa kleiner oder höchstens gleich dem Volumen des elektrischen Funktionsraums 7. Hieraus ergibt sich, dass die Manschette 3 einen Außen¬ durchmesser aufweist, der in etwa kleiner oder gleich dem zweifachen Durchmesser des Isolationsraums 8 ist.
Die Außenkontur der bevorzugt einstückig ausgebildeten Man- schette 11 wird derart gewählt, dass alle vorgegebenen Isola¬ tionsanforderungen erfüllt sind. Insbesondere kann die Außenkontur die in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Gestalt eines Bal¬ ges aufweisen, wodurch die Isolationsfähigkeit gegenüber ei¬ ner zylindrischen Querschnittsgestalt erhöht ist. Die sich durch die Balgform ergebenden Isolationsrippen der Manschette 11 sind in den Figuren 1 bis 4 mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnet. Die Anzahl der Isolationsrippen 16 kann entsprechend der Länge des Isoliergehäuses 4 gewählt werden. Die Anzahl der Isolationsrippen 16 kann entsprechend den er- wünschten Isolationsanforderungen gewählt werden. Die in den Figuren dargestellte Anzahl und Form der Isolationsrippen 16 ist lediglich beispielhaft und willkürlich gewählt.
Die Abstände zwischen 2 benachbarten Isolationsrippen können gleich, aber auch unterschiedlich gewählt sein. Ebenso kann die Höhe der Isolationsrippen (d.h. die Erstreckung in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Vakuumschaltröhre) bezüg¬ lich der Längsachse des Schaltelements 1 für alle Isolations¬ rippen gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.
Die Manschette 3 besteht aus einem flexiblen, isolierenden Material. Insbesondere kann die Manschette 3 aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet sein: Polymer, Silikon, Polypropylen oder Polyethylen oder deren Verwandte. Allgemein muss das für die Manschette 3 verwendete Material kompatibel zu dem in dem elektrischen Isolationsraum 8 verwendeten Isolationsmedium sein. Die Flexibilität des Materi- als der Manschette 3 erleichtert die Montage der Manschette 3, welche am Einsatzort der Vakuumschaltröhre 2 erfolgen kann. Hierzu wird die Manschette 3 von einer Anschlussseite her über die rotationssymmetrisch ausgebildete Vakuumschalt¬ röhre 2 geschoben.
Zum Befüllen des elektrischen Isolationsraums 8 mit Isolati¬ onsmedium weist die Manschette 11 einen Füllstutzen 17 auf. Der Füllstutzen 17 verfügt bevorzugt über ein selbsttätig schließendes Ventil. Nach dem Einfüllen des Isolationsmediums in den elektrischen Isolationsraum 8 sorgt das Ventil dafür, dass das Isolationsmedium nicht aus dem Isolationsraum 8 entweichen kann. Weiterhin kann der Füllstutzen 17 auch dazu verwendet werden, Isolationsmedium zu einem späteren Zeitpunkt in den Isolationsraum 8 nachzufüllen, sofern dies not- wendig ist.
Grundsätzlich kann als Isolationsmedium jedes geeignete Material/Medium zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann als gasförmiges Isolationsmedium ein Gemisch aus SF6-Gas, das mit Stickstoff und trockener Luft angereichert ist, das zudem
Kohlendioxid und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff enthal¬ ten kann, eingesetzt werden. Als flüssige Isolationsmedien können beispielsweise die aus dem Stand der Technik bekannten Transformatoröle aus petrochemischer Herstellung oder aus biologisch erzeugten Ölen, hochreine Ester und Silikonöle zum Einsatz kommen.
Bevorzugt ist es, wenn das Isolationsmedium eine flüssige Komponente, die niedrigviskose Isolierflüssigkeit enthält, und eine feste Komponente, die ein granuliertes Polymer um- fasst, aufweist. Vorzugsweise sind sowohl die flüssige Kompo¬ nente als auch die feste Komponente so ausgestaltet, dass ein Unterschied zwischen ihren Dichten, also der Dichte des Poly- mers und der Dichte der flüssigen Komponente, weniger als 0,5 g/cm3 beträgt. Der Vorteil der Verwendung eines solchen Isolationsmediums mit einer flüssigen Komponente und einer fein verteilten granulierten Festkörperkomponente ermöglicht es, auch komplexe Hohlräume des Isolationsraums spaltfrei zu fül¬ len, wobei auch bei thermischen Ausdehnungen und sonstigen Geometrieänderungen keine Spalte oder elektrische Übergänge auftreten. Ein solches Isolationsmedium weist aufgrund seiner festen und flüssigen Bestandteile eine zähfließende Eigen- schaff auf und verteilt sich in alle Hohlräume des Isolati¬ onsraums. Konkrete Ausführungsbeispiele, mit welchen Materia¬ lien bzw. Materialzusammensetzungen ein solches Isolationsmedium realisiert sein kann, können z.B. der WO 2012/156184 AI entnommen werden.
Die Außenisolation 3 in Gestalt der Manschette 11 ist, wie aus den Figuren 1 bis 4 ohne weiteres ersichtlich ist, um den elektrischen Funktionsraum 8 herum angeordnet und gegenüber diesem abgedichtet. Ein - in örtlicher Hinsicht - dem beweg- liehen Anschluss 9 zugeordneter erster Dichtungsabschnitt ist mit dem Bezugszeichen 12 und ein dem feststehenden Anschluss 10 zugeordneter zweiter Dichtungsabschnitt mit dem Bezugszei¬ chen 13 gekennzeichnet. Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich hinsichtlich Details der Manschette 11, insbesondere dem Ort der Abdichtung zu der Vakuumschaltröhre 2, und werden nachfolgend näher erläutert.
In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erfolgt eine Dichtung der Manschette 11 gegen das Isoliergehäuse 4. Hierzu schmiegen sich Materialringe 14, 15 der Manschette 11 im Be¬ reich der zugeordneten ersten und zweiten Dichtungsabschnitte 12, 13 an das Isoliergehäuse 4 an. Die Materialringe 14, 15 stellen in Längsachsenrichtung der Vakuumschaltröhre 2 ausgebildete Materialabschnitte der Manschette 11 dar. Die Dich- tung der Manschette 11 gegen den Funktionsraum 7 kann durch die Gestalt und das Material der Manschette 11 hergestellt sein. Insbesondere kann sich die Manschette 11 im Bereich der Materialringe 14, 15 aufgrund ihrer flexiblen Eigenschaften unter Druck an das Isoliergehäuse 4 anlegen. Alternativ kann eine jeweilige separate Dichtung (nicht dargestellt) vorgese¬ hen sein, welche in den Bereichen des ersten und zweiten Dichtungsabschnitts 12, 13 zwischen den Materialringen 14, 15 und dem Isoliergehäuse 4 angeordnet ist.
In Fig. 1 ist die Manschette 11 mit dem bereits erwähnten Füllstutzen 17 für das Einfüllen des Isolationsmediums verse¬ hen. Lediglich der Einfachheit halber ist der Füllstutzen 17 in den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 4 nicht dargestellt .
In dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel gemäß den Fi¬ guren 2 und 3 erfolgt eine Dichtung der Manschette 11 gegen- über den Endkappen 5, 6. Während im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 die Materialringe 14, 15 an zugeordneten radial umlau¬ fenden Wandabschnitten 18, 19 der ersten bzw. zweiten Endkappen 5, 6 anliegen, legen sich Wandabschnitte der Manschette 11 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 an Stirnflächenab- schnitte 20, 21 der ersten und zweiten Endkappen 5, 6 an.
Diese Varianten weisen den Vorteil auf, dass die hinsichtlich eines elektrischen Felds kritischen Übergangsstellen im
Grenzbereich zwischen dem Isoliergehäuse 4 und den Endkappen 5, 6 im Inneren des Isolationsraums 8 liegen.
Im vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 erfolgt eine Ab¬ dichtung gegen die Anschlüsse 9, 10. Hierzu liegen die Mate¬ rialringe 14, 15 in der in Verbindung mit Fig. 1 bereits beschriebenen Weise an den Anschlüssen 9, 10 an. Aufgrund der Bewegung des beweglichen Anschlusses 9 im Falle von Schalt¬ vorgängen der Vakuumschaltröhre weist die Manschette 11 in einem, dem beweglichen Anschluss 9 zugeordneten, Bereich eine balgförmige Verlängerung 22 auf. Diese ist derart flexibel ausgebildet, dass bei einer Bewegung des beweglichen An- Schlusses 9 sich die balgförmige Verlängerung 22 in entspre¬ chender Weise dehnt oder kürzt. Die in den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiele der Dichtung der Manschette gegenüber dem elektrischen Funktionsraum 7 können in beliebiger Weise kombiniert werden. So kann beispielsweise der erste Dichtungsabschnitt 12 an dem Isoliergehäuse 4 und der zweite Dichtungsabschnitt 13 an der zweiten Endkappe 6, oder umgekehrt, gebildet sein. Ebenso kann beispielsweise der erste Dichtungsabschnitt 12 an dem beweglichen Anschluss 9 und der zweite Dichtungsabschnitt 13 an der zweiten Endkappe 6 oder dem Isoliergehäuse 4 gebildet sein, usw.
Das vorgeschlagene elektrische Bauelement zeichnet sich da¬ durch aus, dass Teile des Antriebs für die Vakuumschaltröhre 2 und entsprechende Zuleitungen nicht in dem elektrischen Isolationsraum 8, sondern außerhalb davon angeordnet sind. Hierdurch kann das Bauelement außerordentlich kompakt aufgebaut werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Bauelement (1) mit einem elektrischen Funkti¬ onsraum (7) und einem elektrischen Isolationsraum (8), der zwischen einer Außenisolation (3) und dem elektrischen Funktionsraum (7) gebildet ist, wobei der elektrische Isolations¬ raum (8) mit einem Isolationsmedium gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenisolation (3) eine Manschette (11) ist, welche um den Funktionsraum (7) herum gegen diesen gedichtet angeordnet ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsraum (8) durch ein rohrförmiges Isoliergehäuse (4) und das Isoliergehäuse (4) an den gegenüberliegenden En- den abschließende Endkappen (5, 6) gebildet ist, durch die jeweilige Anschlüsse des elektrischen Bauelements geführt sind .
3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) gegen das Isoliergehäuse (4) gedichtet ist .
4. Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) gegen die Endkappen (5, 6) gedichtet ist.
5. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) gegen radiale Wandabschnitte (18, 19) der Endkappen (5, 6) gedichtet ist.
6. Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) gegen eine Stirnfläche (20, 21) der End¬ kappen (5, 6) gedichtet ist, welche in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Isoliergehäuses (4) liegt.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Manschette (11) gegen die Anschlüsse gedichtet ist.
8. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung der Manschette (11) gegen den Funktionsraum (7) durch eine separate Dichtung, insbesondere eine Umfangsdichtung, oder durch die Gestalt und das Material der Manschette (11) hergestellt ist.
9. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) aus einem fle- xiblen Material besteht.
10. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet ist: Polymer, Si- likon, Polypropylen oder Polyethylen oder deren Verwandte.
11. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) zur Ausbildung von Isolationsrippen (16) die Gestalt eines Balges aufweist.
12. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) in Umfangs- richtung einstückig ausgebildet ist.
13. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) einen Außen¬ durchmesser aufweist, der kleiner oder gleich dem Zweifachen Durchmesser des Isolationsraums ist.
14. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (1) ei¬ ne Vakuumschaltröhre (2) ist.
15. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das Isolationsmedium eine flüssige Komponente, die niedrig-viskose Isolierflüssigkeit enthält, und eine feste Komponente, die ein granuliertes Polymer um- fasst, umfasst.
16. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Manschette (11) einen Füll¬ stutzen (17) mit einem Ventil aufweist, welches zum Einleiten des Isolationsmediums dient.
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