WO2016070907A1 - Impedanzanordnung - Google Patents

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WO2016070907A1
WO2016070907A1 PCT/EP2014/073663 EP2014073663W WO2016070907A1 WO 2016070907 A1 WO2016070907 A1 WO 2016070907A1 EP 2014073663 W EP2014073663 W EP 2014073663W WO 2016070907 A1 WO2016070907 A1 WO 2016070907A1
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impedance
housing
arrangement
terminal
arrangement according
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PCT/EP2014/073663
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English (en)
French (fr)
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Christoph Armschat
Danijel Udovcic
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • 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
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • H01H33/165—Details concerning the impedances

Definitions

  • Impedance arrangement The invention relates to an impedance arrangement having at least one impedance module.
  • connection of the discharge impedance is arranged electrically isolated from the encapsulating.
  • a second terminal of the discharge impedance is electrically connected to the encapsulating housing which carries ground potential. This discharge impedance is provided for discharging an electric power transmission device.
  • the invention has for its object to provide a versatile impedance arrangement.
  • an impedance arrangement having at least one impedance module, wherein the impedance module comprises a housing and an impedance arranged in an interior of the housing, on the housing a first electrical terminal is arranged, which is electrically connected to the impedance element, to the housing a second electrical
  • Terminal is arranged, which is electrically connected to the impedance ⁇ element, the first terminal is arranged electrically isolated from the housing, and the second terminal with respect to the housing electrically isolated
  • both the first terminal and the second terminal is arranged electrically isolated from the housing. As a result, both terminals can be connected to different sized electrical potentials.
  • the impedance arrangement can be used in particular in the high voltage range (for example, to limit inrush surges).
  • the impedance arrangement can be designed such that the
  • Housing is an electrically conductive housing.
  • the impedance arrangement can be designed such that the housing is connected to ground potential. As a result, the housing potential is advantageously placed at ground potential, so that touching the housing is safe.
  • the impedance arrangement may also be designed so that the housing is a hollow cylinder-like housing. As a result, advantageously symmetrical potential conditions can be realized in the housing.
  • the impedance arrangement may be configured such that the first connection is arranged on a first end face of the housing and the second connection is arranged on a second end face of the housing. This allows easy connection of the impedance module to other impedance modules.
  • the impedance arrangement can be designed such that the first end face of the housing has a first (high-voltage ⁇ fixed) leadthrough, which is penetrated by the first terminal and / or the second end face of the housing
  • Housing has a second (high voltage resistant) implementation, which is penetrated by the second terminal. This allows a safe and easy isolation of the first terminal and / or the second terminal relative to the housing.
  • the impedance arrangement may be configured such that a first contact of the impedance element is electrically connected to the first terminal of the impedance module by means of a spring-mounted pressure piece and / or a second contact of the impedance element is supported by means of a spring-mounted one
  • Pressure piece is electrically connected to the second terminal of the impedance module.
  • Pressure piece or by means of the spring-mounted plungers can advantageously be compensated for a temperature-induced expansion or contraction of the impedance element at different current flow rates.
  • the impedance arrangement can be designed such that the impedance element (with respect to the housing) by means of a
  • Pressure fluid insulation is electrically isolated.
  • the impedance arrangement can be realized much more compact than would be possible, for example, by means of an air insulation.
  • the impedance arrangement can be designed such that the housing is an encapsulation housing in which the pressure fluid insulation is held.
  • the encapsulating housing is pressure fluid-tight, in particular gas-tight, executed.
  • the impedance arrangement may be configured such that the impedance arrangement has a plurality of impedance modules. By means of the plurality of impedance modules, the
  • Impedanzan herein.
  • the distribution of the required total impedance to a plurality of modules allows better heat dissipation, so that the impedance arrangement has an increased energy absorption capacity.
  • the impedance arrangement may also be designed such that the interiors of the impedance modules are pressure-fluid-tight,
  • the impedance modules each produced independently and can be filled with the pressurized fluid (in particular with a pressurized insulating gas).
  • the impedance modules can be particularly easily mounted and replaced (eg in the event of a fault).
  • the interiors of the other impedance modules are not contaminated, so that the repair costs are low.
  • the impedance arrangement may also be designed so that the impedance element has at least one stack with a plurality of impedance segments clamped against each other. This allows the required impedance values to be easily assembled from the impedance segments (eg, resistor segments). Since the impedance segments can be produced inexpensively in large quantities, the result is a particularly cost-effective impedance arrangement.
  • the impedance arrangement can also be configured such that the impedance element has a plurality of stacks each having a plurality of impedance segments clamped against each other, wherein at least two of the stacks are electrically connected in parallel.
  • the impedance arrangement can also be designed so that the impedance arrangement with a pressure fluid insulated
  • the impedance ⁇ arrangement and the switchgear can form a mechanical unit.
  • the impedance arrangement can be an attachment be such a switchgear.
  • the impedance arrangement can also be integrated in the switchgear.
  • Switchgear act (in particular, a 6 ⁇ gas insulated switchgear with SF).
  • the impedance arrangement may also be configured such that the impedance arrangement is a resistor arrangement, in particular a switch-on resistor arrangement.
  • a resistor arrangement in particular a switch-on resistor arrangement.
  • Such a resistor arrangement or Einschaltwiderstandsan angel can advantageously serve to limit undesirable high in ⁇ currents when switching on of transformers and / or charging of capacitors.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an impedance arrangement with four impedance modules, in
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an impedance module in FIG.
  • FIG. 3 shows a detail of another
  • Figure 4 shows an embodiment of a circuit with a
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an impedance arrangement 1 which has four impedance modules.
  • the impedance arrangement 1 has a first impedance module 3, a second impedance module 5, a third impedance module 7 and a fourth impedance module 9.
  • each of the four impedance modules 3, 5, 7 and 9 is a resistance module.
  • the first impedance module 3 and the second impedance module 5 are electrically connected in series.
  • the third impedance module 7 and the fourth impedance module 9 are electrically connected in series.
  • the electrical series ⁇ circuit of the first impedance module 3 and the second impedance module 5 and the series electrical circuit of the third impedance module 7 and the fourth impedance module 9 are electrically connected in parallel.
  • the individual impedance modules are electrically and mechanically connected to one another via connecting pieces 12. Furthermore, flexible connecting pieces 14 (compensators 14) are provided, with which the
  • Impedanzan can be mounted on other electrical systems, for example on a gas-insulated Weg- anläge.
  • the flexible connectors 14 allow a
  • an impedance arrangement is shown with four impedance modules. But other execution ⁇ examples of such impedance arrangement may have other numbers of impedance modules.
  • an impedance arrangement may include an impedance module, two impedance modules, six impedance modules, or ten impedance modules
  • the impedance value (and in particular the ohmic resistance value) of the impedance arrangement is almost freely configurable.
  • the impedance modules can also be modified to change the impedance value.
  • FIG. 2 shows by way of example a schematic representation of the construction of an impedance module using the example of the first impedance module 3.
  • the second impedance module 5, the third impedance module 7 and the fourth impedance module 9 are of similar construction.
  • the first impedance module 3 has a housing 202, which consists of an electrically conductive material. In the exemplary embodiment, the electrically conductive material is steel or die-cast aluminum.
  • the housing 202 is grounded, ie connected to ground potential.
  • the housing 202 has a hollow cylindrical shape. On a first end face 204 of the housing 202, a first housing ⁇ flange 206 is arranged; on a second end face 208 of the housing 202, a second housing flange 210 is arranged. In the upper part of Figure 2 is shown as the first
  • Impedance module 3 connects to the connecting piece 12, wherein the connecting piece 12 also has a flange 214. Between the first housing flange 206 of the housing 202 and the flange 214 of the connector 12 is a first
  • Implementation 216 arranged. The implementation is clamped by means not shown clamping bolt between the flanges 206, 214. This first implementation 216 isolates a first electrical terminal 220 of the first impedance module 3 relative to the housing 202.
  • the first passage 216 is high voltages in the embodiment designed, ie, the first electrical connection 220 can carry high-voltage potential ⁇ . High voltage is understood to mean voltages greater than 550 kV.
  • the connecting piece 12 has a flange 226. Between the flange 226 and the second housing flange 210, a second passage 230 is braced. The second feedthrough 230 isolates a second electrical connection 235
  • the second passage 230 is executed in the embodiment as a high voltage resistant implementation.
  • the second electrical connection 235 can also be subjected to high-voltage potential.
  • the first electrical connection 220 is electrically connected to a first contact 240 of an impedance element 245 via a first variable-length connection 238.
  • the Variable length connection 238 is shown here only schematically ⁇ table.
  • the second electrical connection 235 is connected to a second contact 249 of the impedance element 245 via a second variable-length connection 247.
  • a rigid electrically conductive connection between the second electrical terminal 235 and the second contact 249 of the impedance ⁇ elements may be arranged instead of the second 245 variable length connection 247th
  • the impedance element 245 is in an inner space 248 of the
  • Housing 202 (i.e., inside 248 of housing 202)
  • the impedance element 245 has a first stack 250 with a plurality of impedance segments 252, 254, 256, etc.
  • the impedance of segments 252, 254, 256, etc. are electrically connected in series and can mecha nically ⁇ against each other to be tensioned. It also shows that
  • Impedance element 245 a similar second stack 260, a third stack 262 and a fourth stack 264 with such impedance segments on.
  • the first stack 250, the second stack 260, the third stack 262 and the fourth stack 264 are electrically connected in parallel.
  • the stacks 250, 260, 262 and 264 are designed as resistance stacks 250, 260, 262 and 264 in the exemplary embodiment.
  • the impedance segments 252, 254, 256, etc. are each formed as a resistance ⁇ slices 252, 254, 256, etc.
  • Each of the stacks 250, 260, 262, and 264 may thus consist, for example, of stacked disk-shaped resistor segments 252, 254, 256, etc.
  • the impedance segments 252, 254, 256, etc. are pressed from a metal powder. These impedance segments 252 have a very high density. That's what they are
  • the impedance segments 252, 254, 256, etc. preferably all have the same impedance value, in particular the same (ohmic) resistance, up. This can be done by
  • the interiors 248 of the individual impedance modules are separated from one another by pressure fluid-tight (in particular gas-tight).
  • pressure fluid-tight in particular gas-tight
  • This modular architecture of the impedance arrangement is also a great advantage because by series connection and parallel connection of the impedance modules, the impedance (and in particular the ohmic resistance) of the impedance arrangement can be varied within wide limits and in a simple manner.
  • the impedance element 245 is also electrically isolated by means of a isolie ⁇ leaders fluid relative to the housing 202nd
  • a isolie ⁇ leaders fluid relative to the housing 202nd
  • An example of such a fluid is the gas SF 6 (sulfur hexafluoride).
  • the fluid is under (in relation to the environment of the housing 202) increased pressure in the inner space 248 of the impedance module 3 (pressure fluid insulation 265).
  • Housing 202 thus forms a pressure vessel whose
  • Inner space 248 (receiving space 248) is filled with the fluid 265.
  • electrically insulating fluids 265 but other gases can be used, such as nitrogen or carbon dioxide.
  • electrically insulating liquids can also be introduced into the interior are introduced the housing 202, for example isolie ⁇ rendes oil.
  • FIG. 3 shows an enlarged section of a further exemplary impedance module.
  • the lower part of FIG. 3 shows the first stack 250, the second stack 260 and the fourth stack 264 (the third one)
  • Stack 262 is hidden by the second stack 260). It can be clearly seen in FIG. 3 that the first variable-length connection 238 existing between the first contact 240 and the first electrical connection 220 has a pressure piece 302, a spring 304, a pin 306 (conductor pin 306) and a contact socket 308 (hollow cylinder body 308) , The push-movably mounted pressure piece 302
  • Terminal 220 As a result, a temperature-induced expansion of the impedance elements 245 (when heated) or a contraction of the impedance elements 245 (during cooling) can be compensated.
  • the pin 306, the contact socket 308, the pressure piece 302 and the spring 304 form a variable length component combination with resilient connection.
  • the resilient connection guarantees a bias and a defined position of the components to each other.
  • the current flows only to a small extent by the spring 304; most of the current flows from the pin 306 directly into the contact socket 308.
  • the electrical connection between the second contact 249 of the impedance element 245 and the second electrical terminal 235 of the impedance module 3 can be realized in a similar manner.
  • FIG. 4 shows a circuit with the impedance arrangement 1. Parallel to the impedance arrangement 1, a bypass switch 402 is connected. One end of this electrical parallel circuit is electrically connected to a three-phase power supply network 404. The other end of the parallel circuit is electrically connected to the Primary winding of a three-phase transformer 408
  • a secondary winding of the transformer 408 is electrically connected to a converter 410 which is shown only schematically.
  • This converter 410 has capacitors with a large electrical capacity, which are indicated in the illustration of Figure 4 by a condenser symbol. The initially discharged capacitors in the inverter 410 to be charged by the power supply system 404 to provide operational readiness of the inverter 410 near, ⁇ .
  • the bypass switch 402 is opened and the charging current flows through the impedance device 1.
  • the impedance device 1 would be configured as a resistor device 1 (ie, an ohmic resistor device) in this embodiment. This ohmic resistance of the impedance device 1 limits the inrush current of the capacitors of the inverter 410, so that the capacitors of the inverter 410 are slowly charged with a small current without overloading the power supply network 404.
  • the impedance device 1 may also be referred to as an on-resistance device 1 or as a charging resistor device.
  • the bypass switch 402 (which in the embodiment is referred to as a
  • Circuit breaker 402 is configured), so that during normal operation, the current flows bypassing the impedance arrangement 1 via the bypass switch 402.
  • no inverter 410 is connected to the transformer 408 at all.
  • a high inrush current can also occur. Such inrush current occurs until the magnetic flux is built up in the core of the transformer.
  • the bypass switch 402 is opened, so that initially the current flowing into the transformer 408 is limited by the impedance arrangement 1.
  • the bypass switch 402 is closed. During the normal operation of the transformer, the current then flows via the bypass switch 402, bypassing the impedance arrangement 1.
  • inrush surges of capacitors or of transformers can be very effectively damped. For example, it is possible to switch-on current to 1% of the value to limit, which would occur without Impe ⁇ danza order. For example, an inrush current of 10,000 A may be limited to approximately 100 A by using the impedance device 1. This allows inverters or transformers to be switched on, even on extremely weak power supply networks, without causing negative effects on these networks.
  • FIG. 4 it can be clearly seen in FIG. 4 that it is advantageous to electrically insulate the first electrical connection and the second electrical connection of the impedance modules from the housing. Namely, in the circuit shown in FIG. 4, different voltages, in particular high voltages, can occur at both electrical terminals of the impedance arrangement 1, whereas the housings of the individual impedance modules can be grounded.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Impedanzanordnung (1) mit mindestens einem Impedanzmodul (3, 5, 7, 9), wobei das Impedanzmodul (3) ein Gehäuse (202) und ein in einem Innenraum (248) des Gehäuses (202) angeordnetes Impedanzelement (245) aufweist. An dem Gehäuse ist ein erster elektrischer Anschluss (220) angeordnet, der elektrisch mit dem Impedanzelement (245) verbunden ist. An dem Gehäuse ist ein zweiter elektrischer Anschluss (235) angeordnet, der elektrisch mit dem Impedanzelement (245) verbunden ist. Der erste Anschluss (220) ist gegenüber dem Gehäuse (202) elektrisch isoliert angeordnet und der zweite Anschluss (235) ist gegenüber dem Gehäuse (202) elektrisch isoliert angeordnet.

Description

Beschreibung
Impedanzanordnung Die Erfindung betrifft eine Impedanzanordnung mit mindestens einem Impedanzmodul.
Aus der älteren Anmeldung mit dem amtlichen Anmeldeaktenzeichen 102013213443.6 ist eine in einem Kapselungsgehäuse angeordnete Entladeimpedanz bekannt. Ein elektrischer
Anschluss der Entladeimpedanz ist elektrisch gegenüber dem Kapselungsgehäuse isoliert angeordnet. Ein zweiter Anschluss der Entladeimpedanz ist elektrisch mit dem Kapselungsgehäuse verbunden welches Erdpotential führt. Diese Entladeimpedanz ist zum Entladen einer Elektroenergieübertragungseinrichtung vorgesehen .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vielseitig einsetzbare Impedanzanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Impe¬ danzanordnung nach dem unabhängigen Patentanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Impedanzanordnung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Offenbart wird eine Impedanzanordnung mit mindestens einem Impedanzmodul, wobei das Impedanzmodul ein Gehäuse und ein in einem Innenraum des Gehäuses angeordnetes Impedanzelement aufweist, an dem Gehäuse ein erster elektrischer Anschluss angeordnet ist, der elektrisch mit dem Impedanzelement verbunden ist, an dem Gehäuse ein zweiter elektrischer
Anschluss angeordnet ist, der elektrisch mit dem Impedanz¬ element verbunden ist, der erste Anschluss gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert angeordnet ist, und der zweite Anschluss gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert
angeordnet ist. Dabei ist vorteilhaft, dass sowohl der erste Anschluss als auch der zweite Anschluss gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert angeordnet ist. Dadurch können beide Anschlüsse mit unterschiedlich großen elektrischen Potentialen verbunden werden. Bei hochspannungsfester Auslegung der Isolierung kann die Impedanzanordnung insbesondere im Hochspannungsbereich eingesetzt werden (beispielsweise um Einschaltstromstöße zu begrenzen) . Die Impedanzanordnung kann so ausgeführt sein, dass das
Gehäuse ein elektrisch leitendes Gehäuse ist. Dadurch können vorteilhafterweise definierte Potentialverhältnisse am
Gehäuse geschaffen werden. Die Impedanzanordnung kann so ausgestaltet sein, dass das Gehäuse mit Erdpotential verbunden ist. Dadurch wird das Gehäusepotential vorteilhafterweise auf Erdpotential gelegt, so dass ein Berühren des Gehäuses ungefährlich ist. Die Impedanzanordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass das Gehäuse ein hohlzylinderartiges Gehäuse ist. Dadurch können vorteilhafterweise symmetrische Potentialverhältnisse in dem Gehäuse realisiert werden. Die Impedanzanordnung kann so ausgestaltet sein, dass der erste Anschluss an einer ersten Stirnfläche des Gehäuses angeordnet ist und der zweite Anschluss an einer zweiten Stirnfläche des Gehäuses angeordnet ist. Dies ermöglicht ein einfaches Verbinden des Impedanzmoduls mit anderen Impedanz- modulen.
Die Impedanzanordnung kann so ausgestaltet sein, dass die erste Stirnfläche des Gehäuses eine erste (hochspannungs¬ feste) Durchführung aufweist, die von dem ersten Anschluss durchgriffen wird und/oder die zweite Stirnfläche des
Gehäuses eine zweite (hochspannungsfeste) Durchführung aufweist, die von dem zweiten Anschluss durchgriffen wird. Dies ermöglicht ein sicheres und einfaches Isolieren des ersten Anschlusses und/oder des zweiten Anschlusses gegenüber dem Gehäuse.
Die Impedanzanordnung kann so ausgestaltet sein, dass ein erster Kontakt des Impedanzelements mittels eines federnd gelagerten Druckstücks mit dem ersten Anschluss des Impedanzmoduls elektrisch verbunden ist und/oder ein zweiter Kontakt des Impedanzelements mittels eines federnd gelagerten
Druckstücks mit dem zweiten Anschluss des Impedanzmoduls elektrisch verbunden ist. Mittels des federnd gelagerten
Druckstückes bzw. mittels der federnd gelagerten Druckstücke kann vorteilhafterweise ein temperaturbedingtes Ausdehnen bzw. Zusammenziehen des Impedanzelements bei unterschiedlich großen Stromdurchflüssen ausgeglichen werden.
Die Impedanzanordnung kann so ausgestaltet sein, dass das Impedanzelement (gegenüber dem Gehäuse) mittels einer
Druckfluidisolation elektrisch isoliert ist. Mittels einer Druckfluidisolation (insbesondere mittels einer Gasisolation) kann die Impedanzanordnung viel kompakter realisiert werden, als es beispielsweise mittels einer Luftisolation möglich wäre .
Die Impedanzanordnung kann so ausgestaltet sein, dass das Gehäuse ein Kapselungsgehäuse ist, in dem die Druckfluid- isolation gehalten ist. Dabei ist das Kapselungsgehäuse druckfluiddicht, insbesondere gasdicht, ausgeführt.
Die Impedanzanordnung kann so ausgestaltet sein, dass die Impedanzanordnung eine Mehrzahl an Impedanzmodulen aufweist. Mittels der Mehrzahl an Impedanzmodulen lässt sich die
Impedanzanordnung variabel an unterschiedlich große benötigte Impedanzwerte anpassen. Darüber hinaus erlaubt die Aufteilung der benötigten Gesamtimpedanz auf eine Mehrzahl von Modulen eine bessere Wärmeabfuhr, so dass die Impedanzanordnung ein erhöhtes Energieaufnahmevermögen aufweist. Die Impedanzanordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die Innenräume der Impedanzmodule drucktluiddicht ,
insbesondere gasdicht, voneinander getrennt sind. Dabei ist vorteilhaft, dass die Impedanzmodule jeweils unabhängig voneinander produziert und mit dem Druckfluid (insbesondere mit einem unter Druck stehenden Isoliergas) befüllt werden können. Somit können die Impedanzmodule besonders einfach montiert und (z. B. im Fehlerfall) ersetzt werden. Weiterhin ist dabei vorteilhaft, dass bei Defekt eines Impedanzmoduls die Innenräume der anderen Impedanzmodule nicht verunreinigt werden, so dass die Reparaturkosten gering sind.
Die Impedanzanordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass das Impedanzelement mindestens einen Stapel mit mehreren gegeneinander verspannten Impedanzsegmenten aufweist. Dadurch können die benötigten Impedanzwerte einfach aus den Impedanzsegmenten (z. B. Widerstandssegmente) zusammengesetzt werden. Da die Impedanzsegmente in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden können, ergibt sich eine besonders kosten- günstig realisierbare Impedanzanordnung.
Die Impedanzanordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass das Impedanzelement mehrere Stapel mit jeweils mehreren gegeneinander verspannten Impedanzsegmenten aufweist, wobei mindestens zwei der Stapel elektrisch parallel geschaltet sind. Diese Variante ergibt vorteilhafterweise eine große Variabilität bei der Realisierung von unterschiedlichen
Impedanzwerten des Impedanzelements. Außerdem ergibt sich durch die Parallelschaltung der Stapel eine bessere Wärme- abgabefähigkeit , so dass die Impedanzanordnung und insbe¬ sondere jedes einzelne Impedanzmodul mit größeren elektri¬ schen Verlustleistungen belastet werden kann.
Die Impedanzanordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die Impedanzanordnung mit einer druckfluidisolierten
Schaltanlage verbunden ist. Dabei können die Impedanz¬ anordnung und die Schaltanlage eine mechanische Einheit bilden. Insbesondere kann die Impedanzanordnung ein Anbauteil einer solchen Schaltanlage sein. Die Impedanzanordnung kann auch in die Schaltanlage integriert sein. Bei der Schalt¬ anlage kann es sich beispielsweise um eine gasisolierte
Schaltanlage handeln (insbesondere um eine mit SF6 gas¬ isolierte Schaltanlage) .
Die Impedanzanordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass die Impedanzanordnung eine Widerstandsanordnung, insbesondere eine Einschaltwiderstandsanordnung, ist. Eine solche Widerstandsanordnung bzw. Einschaltwiderstandsanordnung kann vorteilhafterweise dazu dienen, unerwünscht hohe Einschalt¬ ströme beim Einschalten von Transformatoren und/oder beim Aufladen von Kondensatoren zu begrenzen.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen näher erläutert. Dabei sind gleiche oder gleich¬ wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Impedanzanordnung mit vier Impedanzmodulen, in
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Impedanzmoduls in
schematischer Darstellung, in
Figur 3 ein Ausschnitt aus einem weiteren
Ausführungsbeispiel eines Impedanzmoduls und in
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit einer
Impedanzanordnung dargestellt .
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Impedanzanordnung 1 dargestellt, die vier Impedanzmodule aufweist. Die Impedanzanordnung 1 weist ein erstes Impedanzmodul 3, ein zweites Impedanzmodul 5, ein drittes Impedanzmodul 7 und ein viertes Impedanzmodul 9 auf. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den vier Impedanzmodulen 3, 5, 7 und 9 jeweils um ein Widerstandsmodul. Das erste Impedanzmodul 3 und das zweite Impedanzmodul 5 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Das dritte Impedanzmodul 7 und das vierte Impedanzmodul 9 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die elektrische Reihen¬ schaltung aus dem ersten Impedanzmodul 3 und dem zweiten Impedanzmodul 5 und die elektrische Reihenschaltung aus dem dritten Impedanzmodul 7 und dem vierten Impedanzmodul 9 sind elektrisch parallelgeschaltet. Die einzelnen Impedanzmodule sind über Verbindungsstücke 12 miteinander elektrisch und mechanisch verbunden. Weiterhin sind flexible Verbindungsstücke 14 (Kompensatoren 14) vorgesehen, mit denen die
Impedanzanordnung an anderen elektrischen Anlagen montiert werden kann, beispielsweise an einer gasisolierten Schalt- anläge. Die flexiblen Verbindungsstücke 14 ermöglichen eine
Ausdehnung der Impedanzmodule bei Erwärmung und ein Zusammenziehen der Impedanzmodule bei Abkühlung. Weiterhin werden durch die flexiblen Verbindungsstücke 14 mechanische
Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist eine Impedanzanordnung mit vier Impedanzmodulen dargestellt. Andere Ausführungs¬ beispiele einer solchen Impedanzanordnung können aber auch andere Anzahlen an Impedanzmodulen aufweisen. Beispielsweise kann eine Impedanzanordnung ein Impedanzmodul, zwei Impedanzmodule, sechs Impedanzmodule oder zehn Impedanzmodule
aufweisen. Mittels der Serien- und/oder Parallelschaltung von Impedanzmodulen ist der Impedanzwert (und insbesondere der ohmsche Widerstandswert) der Impedanzanordnung nahezu frei konfigurierbar. Darüber hinaus können auch die Impedanzmodule modifiziert werden, um den Impedanzwert zu verändern.
In Figur 2 ist in einer schematischen Darstellung beispielhaft der Aufbau eines Impedanzmoduls am Beispiel des ersten Impedanzmoduls 3 gezeigt. Das zweite Impedanzmodul 5, das dritte Impedanzmodul 7 und das vierte Impedanzmodul 9 sind gleichartig aufgebaut. Das erste Impedanzmodul 3 weist ein Gehäuse 202 auf, welches aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem elektrisch leitenden Material um Stahl oder Aluminiumdruckguss . Das Gehäuse 202 ist geerdet, d. h. mit Erdpotential verbunden. Das Gehäuse 202 hat eine hohlzylinderartige Gestalt. An einer ersten Stirnfläche 204 des Gehäuses 202 ist ein erster Gehäuse¬ flansch 206 angeordnet; an einer zweiten Stirnfläche 208 des Gehäuses 202 ist ein zweiter Gehäuseflansch 210 angeordnet. Im oberen Teil der Figur 2 ist dargestellt, wie das erste
Impedanzmodul 3 an das Verbindungsstück 12 anschließt, wobei das Verbindungsstück 12 ebenfalls einen Flansch 214 aufweist. Zwischen dem ersten Gehäuseflansch 206 des Gehäuses 202 und dem Flansch 214 des Verbindungsstücks 12 ist eine erste
Durchführung 216 angeordnet. Die Durchführung ist mittels nicht dargestellter Spannbolzen zwischen den Flanschen 206, 214 verspannt. Diese erste Durchführung 216 isoliert einen ersten elektrischen Anschluss 220 des ersten Impedanzmoduls 3 gegenüber dem Gehäuse 202. Dabei ist die erste Durchführung 216 im Ausführungsbeispiel hochspannungsfest ausgelegt, d. h. der erste elektrische Anschluss 220 kann Hochspannungs¬ potential führen. Unter Hochspannung werden hier Spannungen größer als 550 kV verstanden. Im unteren Teil der Figur 2 ist dargestellt, dass das erste Impedanzmodul 3 an das Verbindungsstück 12 anschließt. Das Verbindungsstück 12 weist einem Flansch 226 auf. Zwischen dem Flansch 226 und dem zweiten Gehäuseflansch 210 ist eine zweite Durchführung 230 verspannt. Die zweite Durchführung 230 isoliert einen zweiten elektrischen Anschluss 235
gegenüber dem Gehäuse 202. Die zweite Durchführung 230 ist im Ausführungsbeispiel als hochspannungsfeste Durchführung ausgeführt. Dadurch kann der zweite elektrische Anschluss 235 ebenfalls mit Hochspannungspotential beaufschlagt werden.
Der erste elektrische Anschluss 220 ist über eine erste längenvariable Verbindung 238 elektrisch mit einem ersten Kontakt 240 eines Impedanzelements 245 verbunden. Die längenvariable Verbindung 238 ist hierbei lediglich schema¬ tisch dargestellt. In gleicher Art und Weise ist der zweite elektrische Anschluss 235 über eine zweite längenvariable Verbindung 247 mit einem zweiten Kontakt 249 des Impedanz- elements 245 verbunden. Alternativ kann anstelle der zweiten längenvariablen Verbindung 247 aber auch eine starre elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten elektrischen Anschluss 235 und dem zweiten Kontakt 249 des Impedanz¬ elements 245 angeordnet sein.
Das Impedanzelement 245 ist in einem Innenraum 248 des
Gehäuses 202 (d.h. im Inneren 248 des Gehäuses 202)
angeordnet. Im Ausführungsbeispiel weist das Impedanzelement 245 einen ersten Stapel 250 mit mehreren Impedanzsegmenten 252, 254, 256 usw. auf. Die Impedanzsegmenten 252, 254, 256 usw. sind elektrisch in Reihe geschaltet und können mecha¬ nisch gegeneinander verspannt sein. Außerdem weist das
Impedanzelement 245 einen gleichartigen zweiten Stapel 260, einen dritten Stapel 262 und einen vierten Stapel 264 mit solchen Impedanzsegmenten auf. Der erste Stapel 250, der zweite Stapel 260, der dritte Stapel 262 und der vierte Stapel 264 sind dabei elektrisch parallelgeschaltet.
Die Stapel 250, 260, 262 und 264 sind im Ausführungsbeispiel als Widerstandsstapel 250, 260, 262 und 264 ausgebildet. Die Impedanzsegmente 252, 254, 256 usw. sind jeweils als Wider¬ standsscheiben 252, 254, 256 usw. ausgebildet. Jeder der Stapel 250, 260, 262 und 264 kann also z.B. aus gestapelten scheibenförmigen Widerstandssegmenten 252, 254, 256 usw. bestehen. Die Impedanzsegmente 252, 254, 256 usw. sind aus einem Metallpulver gepresst. Diese Impedanzsegmente 252 weisen eine sehr hohe Dichte auf. Dadurch sind sie
unempfindlich gegenüber hohen Temperaturen und können große Energiemengen aufnehmen, welche bei großen Strömen als
Verlustenergie an den Impedanzsegmenten auftreten.
Die Impedanzsegmente 252, 254, 256 usw. weisen vorzugsweise alle denselben Impedanzwert, insbesondere denselben (ohmschen) Widerstandswert, auf. Dadurch können durch
Hintereinanderschaltung der einzelnen Impedanzsegmente zu Stapeln in linearer Art und Weise verschiedene Widerstands¬ werte erreicht werden. Im Ausführungsbeispiel weisen die vier Stapel 250, 260, 262 und 264 jeweils in etwa den gleichen
Impedanzwert, insbesondere den gleichen Widerstandswert, auf. Dadurch wird eine annähernd gleiche Verteilung des Stroms auf die einzelnen Stapel (und damit eine annähernd gleiche
Verteilung der Verlustleistung auf die einzelnen Stapel) erreicht.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Innenräume 248 der einzelnen Impedanzmodule druckfluiddicht (insbesondere gasdicht) voneinander getrennt sind. Dies hat den Vorteil, dass bei Auftreten eines Defekts in einem Impedanzmodul die Innenräume der anderen Impedanzmodule nicht verschmutzt werden. Folglich muss auch nur das eine defekte Impedanzmodul ausgetauscht werden, währenddessen die anderen Impedanzmodule weiterbetrieben werden können. Diese modulare Architektur der Impedanzanordnung stellt auch deshalb einen großen Vorteil dar, weil durch Reihenschaltung und Parallelschaltung der Impedanzmodule die Impedanz (und insbesondere der Ohmsche Widerstand) der Impedanzanordnung in weiten Grenzen und auf einfache Art und Weise variiert werden kann.
Das Impedanzelement 245 ist außerdem mittels eines isolie¬ renden Fluids gegenüber dem Gehäuse 202 elektrisch isoliert. Ein Beispiel für ein solches Fluid ist das Gas SF6 (Schwefel- hexafluorid) . Das Fluid befindet sich unter (gegenüber der Umgebung des Gehäuses 202) erhöhtem Druck in dem Innenraum 248 des Impedanzmoduls 3 (Druckfluidisolation 265). Das
Gehäuse 202 bildet also einen Druckbehälter aus, dessen
Innenraum 248 (Aufnahmeraum 248) mit dem Fluid 265 gefüllt ist. Als elektrisch isolierende Fluide 265 können aber auch andere Gase verwendet werden, wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid. Alternativ oder ergänzend können jedoch auch elektrisch isolierende Flüssigkeiten in den Innenraum des Gehäuses 202 eingebracht werden, beispielsweise isolie¬ rendes Öl.
In Figur 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus einem weiteren beispielhaften Impedanzmodul dargestellt. Im unteren Teil der Figur 3 sind dabei der erste Stapel 250, der zweite Stapel 260 sowie der vierte Stapel 264 dargestellt (der dritte
Stapel 262 ist durch den zweiten Stapel 260 verdeckt) . In Figur 3 ist gut zu erkennen, dass die zwischen dem ersten Kontakt 240 und dem ersten elektrischen Anschluss 220 bestehende erste längenvariable Verbindung 238 ein Druckstück 302, eine Feder 304, einen Zapfen 306 (Leiterbolzen 306) sowie eine Kontaktbuchse 308 (Hohlzylinderkörper 308) aufweist. Das schiebebeweglich gelagerte Druckstück 302
(welches von der Feder 304 gegen den Zapfen 306 gedrückt wird) erlaubt ein Gleiten des Zapfens 306 des ersten Kontakts 240 in der Kontaktbuchse 308 des ersten elektrischen
Anschlusses 220. Dadurch kann ein temperaturbedingtes Aus¬ dehnen der Impedanzelemente 245 (bei Erwärmung) bzw. ein Zusammenziehen der Impedanzelemente 245 (bei Abkühlung) ausgeglichen werden. Der Zapfen 306, die Kontaktbuchse 308, das Druckstück 302 und die Feder 304 bilden eine in der Länge variable Bauteilkombination mit federnder Verbindung. Die federnde Verbindung garantiert eine Vorspannung und eine definierte Lage der Bauteile zueinander. Der Strom fließt dabei nur zu einem kleinen Teil durch die Feder 304; der größte Teil des Stroms fließt von dem Zapfen 306 unmittelbar in die Kontaktbuchse 308. Die elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Kontakt 249 des Impedanzelements 245 und dem zweiten elektrischen Anschluss 235 des Impedanzmoduls 3 kann gleichartig realisiert sein.
In Figur 4 ist eine Schaltung mit der Impedanzanordnung 1 dargestellt. Parallel zur Impedanzanordnung 1 ist ein Über- brückungsschalter 402 geschaltet. Das eine Ende dieser elektrischen Parallelschaltung ist mit einem dreiphasigen Energieversorgungsnetz 404 elektrisch verbunden. Das andere Ende der Parallelschaltung ist elektrisch mit der Primärwicklung eines dreiphasigen Transformators 408
verbunden. (Die Impedanzanordnung 1 sowie der Überbrückungs- schalter 402 sind ebenfalls dreiphasig ausgeführt.) Eine Sekundärwicklung des Transformators 408 ist mit einem ledig- lieh schematisch dargestellten Umrichter 410 elektrisch verbunden. Dieser Umrichter 410 weist Kondensatoren mit großer elektrischer Kapazität auf, welche in der Darstellung der Figur 4 durch ein Kondensatorsymbol angedeutet sind. Die anfänglich entladenen Kondensatoren des Umrichters 410 müssen mittels des Energieversorgungsnetzes 404 aufgeladen werden, um Betriebsbereitschaft des Umrichters 410 herzu¬ stellen. Wenn man diesen Aufladevorgang ohne vorgeschaltete Impedanzanordnung (also bei geschlossenem Überbrückungs- Schalter 402) durchführen würde, dann würden hohe Ladeströme dieser Kondensatoren und/oder hohe Magnetisierungsströme des Transformators auftreten, welche das Energieversorgungsnetz 404 überlasten könnten. Deshalb wird zum Aufmagnetisieren des Transformators und zum Aufladen der Kondensatoren der Über- brückungsschalter 402 geöffnet und der Ladestrom fließt durch die Impedanzanordnung 1. Die Impedanzanordnung 1 wäre in diesem Ausführungsbeispiel als eine Widerstandsanordnung 1 (d. h. als eine Anordnung mit einem Ohmschen Widerstand) ausgestaltet. Dieser Ohmsche Widerstand der Impedanzanordnung 1 begrenzt den Einschaltstrom der Kondensatoren des Umrichters 410, so dass die Kondensatoren des Umrichters 410 mit einem geringen Strom langsam aufgeladen werden, ohne das Energieversorgungsnetz 404 zu überlasten. (Die Impedanzanordnung 1 kann daher auch als eine Einschaltwider- Standsanordnung 1 oder als eine Ladewiderstandsanordnung bezeichnet werden.) Wenn die Kondensatoren des Umrichters 410 aufgeladen sind, dann wird der Überbrückungsschalter (Bypass- Schalter) 402 (welcher im Ausführungsbeispiel als ein
Leistungsschalter 402 ausgestaltet ist) geschlossen, so dass während des normalen Betriebs der Strom unter Umgehung der Impedanzanordnung 1 über den Überbrückungsschalter 402 fließt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass an den Transformator 408 überhaupt kein Umrichter 410 angeschlossen ist. Beim Einschalten eines Transformators kann jedoch ebenfalls ein hoher Einschaltstromstoß entstehen. Ein derartiger Einschaltstromstoß tritt auf, bis der magnetische Fluss im Kern des Transformators aufgebaut ist. In diesem Fall wird beim Einschalten des Transformators der Über- brückungsschalter 402 geöffnet, so dass zunächst der in den Transformator 408 fließende Strom durch die Impedanzanordnung 1 begrenzt wird. Sobald der Transformatorkern aufmagnetisiert und in den stationären Betrieb eingeschwungen ist, wird der Überbrückungsschalter 402 geschlossen. Während des Regelbetriebs des Transformators fließt der Strom dann über den Überbrückungsschalter 402 unter Umgehung der Impedanz- anordnung 1.
Mittels der Impedanzanordnung können Einschaltstromstöße von Kondensatoren oder von Transformatoren sehr wirkungsvoll gedämpft werden. Beispielsweise ist es möglich, den Ein- schaltstrom auf 1 % des Wertes zu begrenzen, der ohne Impe¬ danzanordnung auftreten würde. Zum Beispiel kann ein Einschaltstromstoß von 10.000 A durch Verwendung der Impedanzanordnung 1 auf ungefähr 100 A begrenzt werden. Dies erlaubt auch an äußerst schwachen Energieversorgungsnetzen das Ein- schalten von Umrichtern bzw. Transformatoren, ohne negative Auswirkungen auf diese Netze zu verursachen.
Weiterhin ist gut in Figur 4 zu erkennen, dass es vorteilhaft ist, den ersten elektrischen Anschluss und den zweiten elek- frischen Anschluss der Impedanzmodule elektrisch gegenüber dem Gehäuse zu isolieren. Bei der in Figur 4 dargestellten Schaltung können nämlich an beiden elektrischen Anschlüssen der Impedanzanordnung 1 von Null verschiedene Spannungen, insbesondere Hochspannungen, auftreten, wohingegen die Ge- häuse der einzelnen Impedanzmodule geerdet sein können.
Insbesondere beim Aufladen der Kondensatoren des Umrichters 410 steigt deren Spannung von 0 bis zu einem Betriebs¬ spannungswert. Dies führt dazu, dass sich auch die Spannung an dem transformatorseitigen Anschluss der Impedanzanordnung 1 verändert und hohe Werte annehmen kann.
Es wurde ein Impedanzmodul beschrieben, welches einfach und kostengünstig an unterschiedliche Impedanzwerte angepasst werden kann und welches vielseitig, insbesondere im Hoch¬ spannungsbereich, einsetzbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Impedanzanordnung (1) mit mindestens einem Impedanzmodul (3, 5, 7, 9) , wobei
- das Impedanzmodul (3) ein Gehäuse (202) und ein in einem Innenraum (248) des Gehäuses (202) angeordnetes Impedanz¬ element (245) aufweist,
- an dem Gehäuse ein erster elektrischer Anschluss (220) angeordnet ist, der elektrisch mit dem Impedanzelement (245) verbunden ist,
- an dem Gehäuse ein zweiter elektrischer Anschluss (235) angeordnet ist, der elektrisch mit dem Impedanzelement (245) verbunden ist,
- der erste Anschluss (220) gegenüber dem Gehäuse (202) elektrisch isoliert angeordnet ist, und
- der zweite Anschluss (235) gegenüber dem Gehäuse (202) elektrisch isoliert angeordnet ist.
2. Impedanzanordnung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Gehäuse ein elektrisch leitendes Gehäuse (202) ist.
3. Impedanzanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Gehäuse (202) mit Erdpotential verbunden ist.
4. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Gehäuse ein hohlzylinderartiges Gehäuse (202) ist.
5. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der erste Anschluss (220) an einer ersten Stirnfläche (204) des Gehäuses (202) angeordnet ist und der zweite Anschluss (235) an einer zweiten Stirnfläche (208) des Gehäuses (202) angeordnet ist.
6. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die erste Stirnfläche (204) des Gehäuses eine erste
Durchführung (216) aufweist, die von dem ersten Anschluss (220) durchgriffen wird und/oder
- die zweite Stirnfläche (208) des Gehäuses eine zweite
Durchführung (230) aufweist, die von dem zweiten Anschluss (235) durchgriffen wird.
7. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- ein erster Kontakt (240) des Impedanzelements (245) mittels eines federnd gelagerten Druckstücks (302) mit dem ersten Anschluss (220) des Impedanzmoduls (3) elektrisch verbunden ist und/oder
- ein zweiter Kontakt (249) des Impedanzelements (245) mittels eines federnd gelagerten Druckstücks (302) mit dem zweiten Anschluss (235) des Impedanzmoduls (3) elektrisch verbunden ist.
8. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Impedanzelement (245) mittels einer Druckfluidisolation (265) elektrisch isoliert ist.
9. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Gehäuse ein Kapselungsgehäuse (202) ist, in dem die Druckfluidisolation (265) gehalten ist.
10. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Impedanzanordnung eine Mehrzahl an Impedanzmodulen (3, 5, 7, 9) aufweist.
11. Impedanzanordnung nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - die Innenräume (248) der Impedanzmodule (3, 5, 7, 9) druckfluiddicht , insbesondere gasdicht, voneinander getrennt sind .
12. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Impedanzelement (245) mindestens einen Stapel (250, 260, 262, 264) mit mehreren gegeneinander verspannten
Impedanzsegmenten (252, 254, 256) aufweist.
13. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- das Impedanzelement (245) mehrere Stapel (250, 260, 262, 264) mit jeweils mehreren gegeneinander verspannten
Impedanzsegmenten (252, 254, 256) aufweist, wobei mindestens zwei der Stapel elektrisch parallel geschaltet sind.
14. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Impedanzanordnung (1) mit einer druckfluidisolierten Schaltanlage (402) verbunden ist.
15. Impedanzanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Impedanzanordnung eine Widerstandsanordnung (1), insbesondere eine Einschaltwiderstandsanordnung (1), ist.
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