DD255622A1 - Gasisolierte, metallgekapselte hochspannungsschaltanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf den Schutz der Steuer- und Regeltechnik von metallgekapselten, gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen. Die Erfindung loest die Aufgabe, eine Auskopplung von Hochleistungsimpulsen an Metallgehaeusediskontinuitaeten in Hochspannungsschaltanlagen verhindernde Einrichtung zu entwickeln dadurch, dass ein durch den Hochleistungsimpuls durchschaltbarer, d. h. selbsttaetig wirksam werdender Impulsshunt, bestehend aus mindestens vier ueber den Umfang einer Flanschverbindung von Kapselungsgefaessen gleichmaessig verteilt angeordneten elektrisch leitenden Bruecken mit je einem in Reihe liegenden Varistor vorgesehen ist. Letzterer unterbricht jede Bruecke und wird spannungsabhaengig zum Leiter, wodurch die oertlich auftretende transiente Ueberspannung auf ein Nachbargefaess uebergelenkt und eine Einkopplung des Hochleistungsimpulses in das Erdungssystem verhindert wird. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird im Bereich der Elektroenergieversorgung wirksam und bezieht sich auf den Schutz der Steuer- und Regeltechnik von metallgekapselten, gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die metallgekapselten, gäsisolierten elektrischen Hochspannungs- und Mittelspannungsanlagen sind in elektrisch gegeneinander isolierte Kapselungsabschnitte (Sektionierung), die über Erdfehlerschutzeinrichtungen getrennt geerdet sind, unterteilt. Zur Vermeidung einer Zerstörung der Hochspannungs- bzw. Mittelspannungsanlagen bei auftretenden Druck- oder Überschlägen innerhalb der Isolieranordnung ist ein Schutz- und Steuersystem zum selektiven Erfassen und Abschalten eines von einer Fehlerstelle betroffenen Anlagenabschnittes vorgesehen.

Dieses Schutzsystem, das insbesondere mit elektronischen Bauelementen ausgerüstet ist, ist der Gefahr der Funktionsbeeinträchtigung ausgesetzt.

Als Folge von Schaltvorgängen bzw. Hochspannungsfehlern in den Hochspannungsanlagen mit dem beschriebenen Aufbau werden Hochleistungsimpulse mit steilen Wellenfronten ausgelöst, die sich an der inneren Oberfläche der Kapselungsgefäße ausbreiten. An den isolierten Flanschverbindungen der Kapselungsgefäße, welche eine Diskontinuität in der homogenen Kapselung darstellen, treten diese Hochleistungsimpulse aus der Anlage heraus und werden in das Erdungssystem eingekoppelt

und führen dabei auf Grund des großen (steile Wellenfronten) in Verbindung mit der Induktivität der Erdungsanlage zu

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beachtlichen, kurzzeitig wirksamen Potentialanhebungen (transiente Erdpotentialanhebungen). Die hieraus resultierenden Potentialdifferenzen zwischen betriebsmäßig auf gleichem Potential (Erdpotential) liegenden Bauelementen der Hochspannungsanlage führen zu Gefährdungsmomenten für das Bedienungspersonal, wie auch für die elektronischen Elemente der Schutz- und Steuertechnik. Neben diesen aufgezeigten, leitungsgebundenen Erscheinungen wird an den Diskontinuitäten (isolierte Flanschverbindungen) auf Grund der elektrischen Festigkeit der Isolierstrecke zwischen den Flanschen der benachbarten Kapselungsgefäße der Anlagenabschnitte elektromagnetische Energie abgestrahlt. Diese nichtleitungsgebundenen Vorgänge steilen ebenfalls eine Störquelle für elektronische Einrichtungen dar. Zum Schutz der elektronischen Bauelemente in der vorhandenen Schutz- und Steuertechnik sind Schirmungsmaßnahmen sowohl gegen die Folgen aus den nichtleitungsgebundenen, d. h. zur Verhinderung der Abstrahlung von elektromagnetischer Energie, als auch für die Unterbindung der leitungsgebundenen Ausbreitung von Hochleistungsimpulsen bekannt.

Die klassischen Abschirmungsmaßnahmen zur Verhinderung der Abstrahlung von elektromagnetischer Energie als Folge der nichtleitungsgebundenen Vorgänge an den isolierten Flanschverbindungen bleiben hier erfolglos, da eine Schirmung von extrem steilen Impulsen nach bekannten Untersuchungsergebnissen (etz-Archiv H.6,1985, S. 177 ff.) durchdrungen werden kann. Außerdem könnte eine derartige, die Flanschverbindung umschließende Schirmung nur unvollständig erfolgen, da ansonsten die erforderliche Sektionierung der Kapselung der Hochspannungsschaltanlage unwirksam gemacht werden würde. Auf Grund dieser Einschränkung bleiben auch die Auswirkungen der nichtleitungsgebundenen Vorgänge wirksam und die Gefahrenmomente erhalten. Zur Beherrschung von leitungsgebundenen Vorgängen, die nach einem Austreten, d.h. einer Auskopplung eines auf der inneren Mantelfläche verlaufenden Hochleistungsimpulses auf die äußere Mantelfläche des Kapselungsgefäßes an einer durch eine gegeneinander isolierte Flanschverbindung gebildeten Diskontinuität der Kapselung vorliegen, sind spezielle Schirmungsmaßnahmen bekannt geworden.

In dem Bericht Nr. 176-6 des IEEE Winter Meeting vom 31.1. bis 5.2.1982, veröffentlicht in der Zeitschrift IEEE Transictions PAS (1982) 10, S.3610 bis 3619 unter dem Titel „Transient Ground Potential Rise, in Gas-Insulated Substations — Problem Identification and Mitigation" wird berichtet, daß zur Beherrschung des vorgenannten technischen Problems eine elektromagnetische Abschirmung verwendet worden ist. Diese besteht darin, daß ein sich in Normalrichtung zur Längsachse des Gefäßsystems erstreckender leitender Schirm vorgesehen ist, der mit der Gefäßwandung elektrisch leitend verbunden ist, großflächig ausgebildet, geerdet und hinter dem einlaufenden Hochleistungsimpuls angeordnet ist. Diese Maßnahme, die der Herabsetzung der Amplitude des einlaufenden Impulses dient, ist sehr aufwendig, weil jede Abschirmung sehr großflächig ausgebildet sein muß, und ist aus mehreren sektionierten Anlagenabschnitten bestehenden Hochspannungsschaltanlagen nicht realisierbar. Zur Begrenzung von Überspannungen bzw. zur Ableitung von Überspannungen und damit zum Schutz von nachgeordneten elektronischen und elektrotechnischen Einrichtungen ist der Einsatz von Bauelementen mit nichtlinearer Charakteristik bekannt geworden. Es sind u.a. Varistoren als nichtlineare Widerstände, deren Widerstandswerte mit steigender elektrischer Spannung abnehmen, vielseitig zum Einsatz gekommen. Nach dem allgemein bekannten Stand der Technik (DD-PS 211420) liegt der klassische Einsatzfall für Varistoren vor, wenn aus den verschiedensten Gründen eine fest zu tolerierende Potentialdifferenz zu gewährleisten ist, d. h. wenn Spannungsüberhöhungen über ein zulässiges Maß hinaus nicht zuzulassen sind und damit einer Schutzfunktion für die nachfolgende Schaltung zu genügen ist. Dieser, für den Varistor bekannte Einsatzfall liegt bei der aufgezeigten Problemdarstellung an gasisolierten Anlagen mit aus schutztechnischen Gründen gegeneinander isoliert ausgeführten und separat geerdeten Kapselungsabschnitten nicht vor, denn es sind keine zwischen Erdpotential und Spannungspotential sich ergebende unzulässige Spannungsdifferenzen zu begrenzen. Vielmehr tritt eine Verschiebung des Erdpotentials, eine sogenannte Erdpotentialanhebung, z. B. in einem Kapselungsabschnitt als Folge der obig dargestellten Phänomene auf. Durch die gegeneinander isoliert aufgestellten und separat geerdeten Kapselungsgefäße ergeben sich zwischen benachbarten Kapselungsgefäßen Differenzen im Erdpotential. Zur Beherrschung dieser Differenzen im Erdpotential sind bisher keine Lösungen bekannt geworden. Auch der Einsatz von Varistoren zur Begrenzung der aufgezeigten Potentialanhebung zwischen einem betroffenen Kapselungsgefäß und Erdpotential durch Einsatz von Varistoren in der bekannten Funktion als Spannungsbegrenzendes Element bleibt erfolglos, da hierdurch nur eine lokale Verschiebung der Einkopplung in das Erdungssystem erfolgt, und damit nur der Entstehungsort für die Erdpotentialanhebung verlagert wird. Die von dieser Potentialanhebung ausgehenden Gefahren bleiben erhalten.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei einer metallgekapselten gasisolierten elektrischen Schaltanlage, die aus schutztechnischen Gründen aus gegeneinander isolierten und getrennt geerdeten Kapselungsabschnitten besteht, eine Zerstörung oder Funktionsbeeinträchtigung der elektrischen und elektronischen Meß-, Steuer- und Schutzeinrichtung der Schaltanlage bei Schalthandlungen oder bzw. auftretenden Hochspannungsfehlern zu vermeiden, ohne dadurch die für eine selektive Abschaltung des im Fehlerfalle betroffenen Anlagenabschnittes erforderliche Sektionierung aufzugeben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine mit einer Schutztechnik ausgerüstete, metallgekapselte, gasisolierte, elektrische Hochspannungsschaltanlage mit gegeneinander isoliert ausgeführten und jeweils getrennt geerdeten Kapselungsabschnitten (Diskontinuitäten) eine Auskopplung von auftretenden steilen Hochleistungsimpulsen als Folge von Hochspannungsfehlern bzw. Schaltvorgängen an den Diskontinuitäten in auf Erdpotential liegendem Gefäßsystem in die Erdungsanlage verhindernde, die unter normalen Betriebsbedingungen wirksame Sektionierung während der Einwirkzeit des Hochleistungsimpulses diese überbrückende und somit als durchgehende Kapselung (ohne Diskontinuität) wirksame und dabei durch den Hochleistungsimpuls selbst auslösbare Einrichtung zu entwickeln. Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß eine gasisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage, die aus Anlagenteilen mit einem mindestens eine Innenelektrode umschließenden Metallgehäuse (Kapselung) besteht, wobei die Kapselungsteile unter schutztechnischen Gesichtspunkten gegeneinander elektrisch isoliert und getrennt über Erdfehlerschutzeinrichtungen geerdet und ein die Anlagenteile bei Isolationsfehlern abschaltendes Schutz- und Steuersystem vorgesehen ist, entwickelt wurde, bei der erfindungsgemäß ein, eine zwischen den Kapselungsgefäßen aus Flanschen und Isolierstrecke gebildete Diskontinuität der Kapselung der Hochspannungsschaltanlage räumlich umschließende, aus gleichmäßig am Umfang verteilten, mit den Flanschen der Kapselungsgefäße verbundene und je durch einen in Reihe liegenden Varistor unterbrochene Vielzahl von elektrisch leitfähigen Brücken bestehende, spannungsabhängig, d. h. selbsttätig wirksam werdender Impulsshunt vorgesehen ist. Der Impulsshunt besteht mindestens aus vier gleichmäßig über den Umfang der Flanschverbindung der Kapselungsgefäße verteilten mit je einem Varistor vorgesehenen elektrischen Brücken.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1: zwei benachbarte Kapselungsabschnitte einer gekapselten, gasisolierten Hochspannungsschaltanlage;

Fig. 2: einen Schnitt durch einen Kapselungsabschnitt nach Fig. 1 mit der Darstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Impülsshunts.

Eine nicht dargestellte metallgekapselte gasisolierte elektrische Hochspannungsschaltanlage besteht aus einer nicht dargestellten definierten Anzahl von Anlagenabschnitten. Jeweils benachbarte Anlagenabschnitte 1; 2 sind gegeneinander elektrisch isoliert, beispielsweise durch einen Abstandshalter 3 aus einem Feststoffdielektrikum zur gleichzeitigen Halterung der Innenelektrode 4 im System einer koaxialen Anordnung innerhalb des zylindrischen Kapselungsgefäßes 5; 6. Die Kapselungsgefäße 5; 6 sind mit Flanschen 7; 8 versehen, zwischen denen der Abstandshalter 4 eingespannt ist. Die Kapselungsgefäße 5; 6 sind als Druckgefäße ausgebildet und enthalten als ein unter einem definierten Druck stehendes Isoliergas Schwefelhexafluorid. Die Kapselungsgefäße 5; 6 sind über Erdfehlerschutzeinrichtungen 9; 10 getrennt mit dem Erdpotential 11 verbunden. Zum selektiven Abschalten der einzelnen Anlagenabschnitte 1 bzw. 2 ist, wenn jeweils ein Anlagenabschnitt von einem Isolationsdurchbruch betroffen wird, ein nicht dargestelltes'Schutz- und Steuerungssystem vorgesehen. Zum Schutz desselben vor Beschädigungen durch zwischen den Anlagenteilen 1; 2 auftretenden Potentialdifferenzen ist ein über den Umfang der Kapselungsgefäße 5; 6 einer an der isolierten Flanschverbindung 7; 3; 8 vorliegenden Diskontinuität in der Metallkapselung diese räumlich überspannender Impulsshunt 12; 13 vorgesehen, der aus einer Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten und an die Flansche 7 und 8 des benachbarten Kapselungsgefäßes 5; 6 angelenkten elektrischen leitfähigen Brücken 12 besteht, wobei erfindungsgemäß diese elektrisch leitfähigen Brücken 12 jeweils durch einen vorgesehenen Varistor 13 unterbrochen sind. Der Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Impulsshunts 12; 13 besteht darin, daß dieser erst im Augenblick des Einlaufens des Hochleistungsimpulses wirksam wird, indem der Varistor 13 jede der Brücken 12 verzögerungsfrei elektrisch leitend macht. Hierdurch wird die Auskopplung des Hochleistungsimpulses aus dem Gefäßsystem der metallgekapselten, druckgasisolierten Schaltanlage unterbunden und damit bereits die Ursache für dietransienten Erdpotentialanhebungen eliminiert.

Claims (2)

1. Gasisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage, die aus Anlagenteilen mit einem mindestens eine Innenelektrode umschließenden Metallgehäuse (Kapselung) besteht, wobei die Kapselungsteile aus schutztechnischen Gründen gegeneinander elektrisch isoliert und getrennt über Erdfehlerschutzeinrichtungen geerdet sind und ein die Anlagenteile bei Isolationsfehlern abschaltendes Schutz- und Steuersystem vorgesehen ist, gekennzeichnet dadurch, daß ein zwischen den Kapselungsgefäßen (5; 6) reusenförmig und räumlich eine aus Flanschen (7; 8) und einem Abstandshalter (3) bestehende Diskontinuität der Kapselung der Hochspannungsschaltanlage umschließend angeordneter, aus einer Vielzahl von mit den Flanschen (7; 8) der Kapselungsgefäße verbundenen, je durch einen in Reihe liegenden Varistor (13) unterbrochenen, elektrisch leitfähigen Brücken (12) bestehender spannungsabhängig durchschaltbarer, selbsttätig wirksam werdender Impulsshunt (12; 13) vorgesehen ist.

2. Gasisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Impulsshunt (12; 13) aus mindestens vier gleichmäßig über den Umfang der Flanschverbindung (7; 8; 3) verteilten, mit je einem Varistor (13) in Reihe liegenden elektrischen Brücken (12) besteht.