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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Schaltanlagen, insbesondere der Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen. Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuseabschnitts mit einem Stromwandler, insbesondere für eine gasisolierte Schaltanlage, einen Gehäuseabschnitt, insbesondere für eine gasisolierte Mittel- und Hochspannungsschaltanlage, und ein zugehöriges Gehäusesegment nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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In den vorstehend genannten Schaltanlagen werden Stromwandler eingesetzt, um Stromflüsse in Mittel- oder Hochspannungsleitern (im folgenden als "Leiter" bezeichnet), welche in einem Inneren der Schaltanlage verlaufen und/oder diese mit einem Verbraucher, einer Energiequelle, einer Versorgungsleitung, einer weiteren Schaltanlage oder ähnlichem verbinden, zu messen oder zu überwachen. In diesem Sinne wird unter dem Begriff Stromwandler nachfolgend ein Stromsensor verstanden, und nicht ein eigentlicher Umwandler, der eine Strom- und/oder Spannungswandlung in einem energietechnischen Sinn vollbringt.
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Ein Stromwandler umfasst dabei im allgemeinen mindestens einen ringförmigen Spulenkörper, beispielsweise eine Rogowski-Spule, der allgemein als Wandlerkern bezeichnet wird. Der Spulenkörper ist dabei so angeordnet, dass er ein Gehäuseteil, insbesondere einen Gehäuseabschnitt oder ein Gehäusesegment umgreift, welches zu einer Isolation des Leiters gegen die Umgebung und/oder gegen andere, insbesondere benachbarte Leiter vorgesehen ist. Das Gehäuse bildet dabei eine Ummantelung um den Leiter, welche diesen allseitig umschliesst, und ist meist aus Metall, z.B. Aluminium, gebildet, d.h. ist elektrisch leitend.
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Im Bereich des Stromwandlers wird eine galvanische Trennung im Gehäuseteil vorgesehen. Diese dient dazu, Rück- und oder Erdströme im Gehäuseteil zu vermeiden, welche mittels des Stromwandlers gemessene Werte verfälschen würden. Um die galvanische Trennung zu erreichen, wurde in der Vergangenheit häufig ein Klemmflansch eingesetzt, mittels welchem ein isolierender Kunststoffring zwischen zwei benachbarten Gehäuseabschnitten festgeklemmt werden kann, wie beispielsweise in der
EP 1 569 311 B1 gezeigt ist. Eine derartige Konstruktion benötigt jedoch eine grosse Anzahl an Einzelteilen und ist deswegen relativ aufwendig zu montieren.
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Deswegen wurde in jüngster Zeit vermehrt dazu übergegangen, Rohrsegmente aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff, zwischen benachbarten Gehäusesegmenten vorzusehen, wie dies beispielsweise in der
WO 2006/077181 A1 oder der
DE 10 2010 004 971 A1 beschrieben ist.
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Wie der
WO 2006/077181 A1 weiter zu entnehmen ist, werden dabei zunächst die elektrisch leitenden Gehäusesegmente mit dem Rohrsegment aus Kunststoff verbunden, beispielsweise durch Verkleben, Verschrauben oder Verschweissen, mittels Bolzenverbindungen oder Presspassung, etc., wobei zwischen den elektrisch leitenden Gehäusesegmenten ein Abstand verbleibt und so ein Isolationsspalt gebildet wird. Erst anschliessend wird ein Stromwandler, beispielsweise ein Umbauwandler, auf die miteinander verbundenen Segmente geschoben.
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Da die elektrisch leitenden Gehäusesegmente an vom isolierenden Rohrsegment abgewandten Enden im allgemeinen Mittel zur Verbindung mit benachbarten Gehäusebauteilen aufweisen, insbesondere in Form eines Flansches, ist ein erster Querschnitt in diesem Bereich meist grösser als ein eigentlicher, zweiter Querschnitt des – im allgemeinen im wesentlichen rohrförmigen – Gehäusesegments. Ein aufzubringender Wandlerkern muss aus diesem Grund einen grösseren Innendurchmesser aufweisen, als für eine die Gehäusesegmente umfassende Positionierung eigentlich erforderlich wäre. Dies führt zunächst zu einem vergrösserten Aussendurchmesser und einem erhöhten Gewicht des Wandlerkerns. Aufgrund eines sich ergebenden, relativ grossen Spiels zwischen Wandlerkern und Gehäusesegmenten müssen ferner Befestigungsvorrichtungen vorgesehen werden, um den Stromwandler an einer definierten Position zu halten. Ein Vergiessen beispielsweise mit einem Kunstharz, welches bevorzugt zu einem mechanischen Verbinden von Wandlerkern und Gehäusesegmenten eingesetzt wird, ist aufgrund des grossen Spiels ebenfalls deutlich erschwert.
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Der vergrösserte Aussendurchmesser des Wandlerkerns führt zudem bei Schaltungsaufbauten mit mehreren zumindest teilweise parallel verlaufenden Leitern dazu, dass diese unter Umständen in einem grösseren Abstand zueinander angeordnet werden müssen als gewünscht. In der der
DE 10 2010 004 971 A1 werden die Wandlerkerne deswegen gestaffelt oder kämmend angeordnet, um einen Einheits-Abstand zwischen benachbarten Phasenleitern verringern zu können. Eine derartige Anordnung von Wandlerkernen benachbarter Leiter führt jedoch im allgemeinen dazu, dass ein für eine Anbringung der Stromwandler vorgesehener Bereich der Leiter entsprechend verlängert werden muss, so dass die gestaffelte Anordnung insgesamt nur in geringem Ausmass eine kompaktere Bauform ermöglicht. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass Stromwandler mit zwei oder mehreren hintereinander angeordneten Wandlerkernen vorgesehen werden sollen, welche eine relativ lange Bauform aufweisen.
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Insbesondere bei derartigen Stromwandlern wird ferner der Isolationsspalt (und unter Umständen das gesamte isolierende Rohrsegment) vollständig vom Stromwandler umschlossen. Somit ist eine optische Kontrolle des Isolationsspalts und des Rohrsegments in diesem Bereich ohne Demontage nicht mehr möglich. Wurde der Stromwandler mit den Gehäusesegmenten vergossen, ist eine Kontrolle noch weiter erschwert.
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Das Verbinden der elektrisch leitenden Gehäusesegmente mit dem Rohrsegment aus Kunststoff vor einem Aufbringen des Stromwandlers resultiert auch in einem relativ komplizierten Herstellungsverfahren. Zum einen müssen – wie oben bereits ausgeführt – grössere und somit auch schwerere Bauteile gehandhabt werden, was eine entsprechende Auslegung von Montageeinrichtungen erfordert. Da es im Allgemeinen notwendig ist, einzelne Fertigungsschritte – insbesondere das Verbinden der Segmente und das Aufbringen/Befestigen des Stromwandlers – an räumlich getrennten Orten vorzunehmen, resultiert auch ein grosser logistischer Aufwand, insbesondere dann, wenn die Fertigungsschritte von unterschiedlichen Anbietern vorgenommen werden sollen, was aus Qualitätsgründen häufig wünschenswert oder gar erforderlich ist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist deswegen Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eins Gehäuseabschnittes für eine Schaltanlage, insbesondere für eine Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage anzugeben, mittels welchem die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden können.
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Diese und weitere Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuseabschnitts mit einem Stromwandler, insbesondere für eine gasisolierte Schaltanlage, einen Gehäuseabschnitt, insbesondere für eine gasisolierte Schaltanlage, und eine entsprechendes Gehäusesegment mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei einem erfindungsgemässen Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseabschnitts für eine Schaltanlage, insbesondere eine Mitteloder Hochspannungsschaltanlage, aus mindestens einem ersten elektrisch leitenden Gehäusesegment, einem zweiten, elektrisch isolierenden Gehäusesegment und einem dritten, elektrisch leitenden Gehäusesegment, werden das erste und das zweite Gehäusesegment so zueinander positioniert, dass sie teilweise ineinander hineinragen; das zweite und das dritte Gehäusesegment so zueinander positioniert, dass sie teilweise ineinander hineinragen und dass das zweite Gehäusesegment einen Isolierabschnitt zwischen dem ersten und das dritten Gehäusesegment bildet; und das zweite Gehäusesegment mit dem ersten und dem dritten Gehäusesegment verbunden. Bevor das erste, zweite und dritte Gehäusesegment miteinander verbunden werden, wird ein Stromwandler auf dem ersten Gehäusesegment angebracht, der eine Aussenseite des ersten Gehäusesegments umgreift.
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Das Anbringen des Stromwandlers auf dem ersten Gehäusesegment erlaubt es, dieses auf einem relativ kleinen Teil des Gehäuseabschnitts, typischerweise einem Gussteil, anzubringen, welches nur einen geringen Prozentsatz eines Gesamtgewichts und eines Gesamtvolumens aus Gehäuseabschnitt und Stromwandler ausmacht. Dies erlaubt ein erleichtertes Handling beim Anbringen und somit eine sparsamere Dimensionierung einer entsprechenden Montageeinheit oder -anlage. Dabei wird das zweite Gehäusesegment vorteilhaft vor Anbringen des Stromwandler mit dem ersten Gehäusesegment verbunden. Alternativ kann jedoch auch zunächst der Stromwandler am ersten Gehäusesegment angebracht werden und dieses später mit dem zweiten Gehäusesegment verbunden werden, wobei das zweite Gehäusesegment bereits mit dem dritten Gehäusesegment verbunden sein kann oder später mit diesem verbunden werden kann.
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Das Anbringen des Stromwandlers auf dem ersten Gehäusesegment vor einem Verbinden mit dem zweiten und dritten Gehäusesegment erlaubt es ferner, einen Stromwandler mit Wandlerkernen zu wählen, der ersten Aussenmassen des ersten Gehäusesegments angepasste Innenmasse aufweist, d.h. Innenmasse, die nur soweit über den ersten Aussenmassen liegen, dass der Stromwandler gerade noch von einem dem ersten Anschlussflansch des ersten Gehäusesegments abgewandten Ende des Gehäusesegments auf dieses aufgeschoben werden kann. Die Innenmasse, insbesondere Innendurchmesser und Innenquerschnitt, können somit insbesondere auch kleiner gewählt werden als ein erster und dritter Flanschdurchmesser bzw. Flanschquerschnitt eines ersten und dritten Anschlussflansches an den entsprechenden Gehäusesegmenten, da es nicht notwendig ist, den Stromwandler über einen der Anschlussflansch zu schieben.
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Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens werden das erste, zweite und dritte Gehäusesegment gasdicht miteinander verbunden. Dies erlaubt den Einsatz eines nach dem Verfahren hergestellten Gehäuseabschnitts in einer gasisolierten Schaltanlage. Die gasdichte Verbindung kann dabei vorzugsweise mittels Presspassung erfolgen.
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Vorzugsweise werden Dimensionen des ersten, zweiten und dritten Gehäusesegment so gewählt, dass das zweite Gehäusesegment in das erste und dritte Gehäusesegment eingeschoben bzw. eingepresst werden kann. Alternativ können die Dimensionen auch so gewählt sein, dass zweite Gehäusesegment über das erste und/oder dritte Gehäusesegment gestülpt wird.
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Vorzugsweise wird ferner eine ausserhalb des Stromwandlers verlaufende elektrische Verbindung vorgesehen, welche das erste Gehäusesegment mit dem dritten Gehäusesegment elektrisch leitend verbindet, um einen definierten Strompfad für Rückströme bzw. Erdströme zu bilden.
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Ein erfindungsgemässer Gehäuseabschnitt für eine für Schaltanlage, insbesondere Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage, zum Umschliessen eines in einer Längsrichtung des Gehäuseabschnitt verlaufenden Leiters, umfasst ein erstes, elektrisch leitendes Gehäusesegment, ein zweites, elektrisch isolierendes Gehäusesegment und ein drittes, elektrisch leitendes Gehäusesegment, wobei das erste und das zweite Gehäusesegment so zueinander positioniert sind, dass sie teilweise ineinander hineinragen, das zweite und das dritte Gehäusesegment so zueinander positioniert sind, dass sie teilweise ineinander hineinragen, das erste und das dritte Gehäusesegment in Längsrichtung voneinander beabstandet sind, so dass das zweite Gehäusesegment zwischen diesen einen Isolierabschnitt bildet, und wobei ferner ein Stromwandler zur Überwachung und/oder Messung eines Stromflusses im Leiter vorgesehen ist, welcher eine Aussenseite des ersten Gehäusesegments umgreift, wobei der Isolierabschnitt höchstens teilweise in den Stromwandler hineinragt.
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Vorzugsweise umfasst der Stromwandler mehrere Wandlerkerne. Da der Isolierabschnitt höchstens teilweise in den Stromwandler hineinragt, ist selbst dann eine einfache Inspektionsmöglichkeit des Isolierabschnitts wie auch dessen Verbindungen mit dem ersten und dritten Gehäusesegment – beispielsweise auf Gasdichtheit – gegeben. Die Inspektion kann dabei im einfachsten Fall optisch erfolgen. Aber auch eine Inspektion mittels Ultraschall oder anderen Spezialverfahren zur Feststellung von Undichtigkeiten, Materialveränderungen oder Materialermüdungen, z.B. durch Witterungseinflüsse, ist vergleichsweise einfach möglich. In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Gehäuseabschnitts ist der Isolierabschnitt in Längsrichtung vom Stromwandler beabstandet und ist somit insbesondere nicht vom Stromwandler umschlossen. Dies erlaubt eine nochmals vereinfachte Inspektion.
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Ein erfindungsgemässer Gehäuseabschnitt wie vorstehend beschrieben ist insbesondere mit den zuvor beschrieben Verfahrensvarianten erhältlich und umfasst vorzugsweise eine oder mehrere der dort beschriebenen Aspekte.
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Ein erfindungsgemässes elektrisch leitendes Gehäusesegment zum radialen Umschliessen eines in einer Längsrichtung zwischen einer Eintrittsöffnung des Gehäusesegments und einer Austrittsöffnung des Gehäusesegments verlaufenden Hochspannungsleiters weist im wesentlichen eine Rohrform auf und ist mit einem zweiten, elektrisch isolierenden Gehäusesegment und einem dritten, elektrisch leitenden Gehäusesegment verbindbar, wobei das erste und das zweite Gehäusesegment so zueinander positionierbar sind, dass sie im Bereich der Austrittsöffnung des ersten Gehäusesegments teilweise ineinander hineinragen, das zweite und das dritte Gehäusesegment so zueinander positionierbar sind, dass sie teilweise ineinander hineinragen, und dass das erste und das dritte Gehäusesegment so voneinander beabstandet sind, dass das zweite Gehäusesegment zwischen diesen einen Isolierabschnitt bildet, wobei ferner auf dem ersten Gehäusesegment ein Stromwandler angebracht ist, welcher eine Aussenseite des ersten Gehäusesegments umgreift, wobei der Stromwandler von der Austrittsöffnung in Längsrichtung beabstandet ist. Vorzugsweise umfasst der Stromwandler dabei mehrere Wandlerkerne.
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Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Gehäuseabschnitts gemäss der vorliegenden Erfindung
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2 eine ausschnittsweise Vergrösserung von Bereich A aus 1.
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Grundsätzlich bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Gehäuseabschnitts mit einem ersten Gehäusesegment 10 gemäss der vorliegenden Erfindung. Das erste Gehäusesegment 10 weist einen bezüglich einer Achse R rotationssymmetrischen oder im wesentlichen rotationssymmetrischen Aufbau auf, ist im wesentlichen rohrförmig und aus Aluminiumdruckguss gebildet, wobei an einem unteren Ende ein erster Anschlussflansch 101 vorgesehen ist, der um eine Eintrittsöffnung des ersten Gehäusesegments 10 verläuft und zur Befestigung an einem in der Figur nicht gezeigten, benachbarten Gehäuseteil vorgesehen ist. Der Gehäuseabschnitt dient zum Umschliessen eines – in der Figur gestrichelt gezeichneten – Mittel-oder Hochspannungsleiters 5, welcher beispielsweise durch in der 1 ebenfalls nicht gezeigte, isolierende Stützelemente bezüglich des Gehäuseabschnitts in Position gehalten wird. Am oberen Ende des ersten Gehäusesegments 10 ist eine Austrittsöffnung gebildet, in welche ein erstes Ende eines Rohrsegments 20 aus glasfaserverstärktem Kunststoff als zweites Gehäusesegment 20 eingeschoben ist. Ein zweites Ende des Rohrsegments 20 ist in ein drittes Gehäusesegment 30 eingeschoben, welches wiederum aus Aluminiumdruckguss gebildet ist und einen dritten (d.h. zum dritten Gehäusesegment 30 gehörigen) Anschlussflansch 301 an dessen oberen Ende aufweist. Dabei sind das erste und zweite Ende des Rohrsegments 20 nur soweit in das erste Gehäusesegment 10 und das dritte Gehäusesegment 30 eingeschoben, dass zwischen diesen ein – ebenfalls rotationssymmetrischer – Isolierabschnitt 4 bestehen bleibt.
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Mit dem ersten Gehäusesegment 10 ist mittels eines Harzes 602 ein Stromwandler 60 vergossen, welcher hier beispielhaft drei Wandlerkerne 601 umfasst. Ein Innendurchmesser dI des Stromwandlers 60 entspricht dem Innendurchmesser der Wandlerkerne. Dabei ist der Innendurchmeser dI nur geringfügig grösser als ein erster Aussendurchmesser d1 des ersten Gehäusesegments 10 in dem Bereich, wo der Stromwandler 60 angebracht ist. Eine ähnliche Beziehung gilt für die entsprechenden Querschnitte. Vorzugsweise gilt dI – d1 < 10 cm, vorzugsweise dI – d1 < 1.0 cm, insbesondere dI – d1 < 1.0 mm. Der Innendurchmesser dI, ist also so gewählt, dass der Stromwandler 60 gerade noch von einem vom ersten Anschlussflansch 101 des ersten Gehäusesegments 10 abgewandten Ende des ersten Gehäuseeagments 10 in seine endgültige Position gebracht werden kann. Der Innendurchmesser dI kann somit insbesondere kleiner gewählt werden als ein erster Flanschdurchmesser D1 eines ersten Anschlussflansches 101 am ersten Gehäusesegament 10 und/oder als ein dritter Flanschdurchmesser D3 eines dritten Anschlussflansches 301 am dritten Gehäusesegment 30.
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2 zeigt eine ausschnittsweise Vergrösserung von Bereich A aus 1. Im Bereich der Austrittsöffnung des ersten Gehäusesegments 10 ist eine Umkragung 102 gebildet, welche das Rohrsegment 20 in einem radialen Abstand a umschliesst, so dass zwischen Umkragung 102 und Rohrsegments 20 ein Luftspalt gebildet wird, welche Umkragung 102 in Längsrichtung des dritten Gehäusesegments 30 abgerundet ist, bzw. wobei durch die Umkragung 102 das erste Gehäusesegment 10 endseitig abgerundet ist, so dass die Umkragung 102 vorzugsweise einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, bzw. dass die Umkragung 102 eine (im wesentlichen) halbtorusförmige oder halbschalenförmige endseitige Abrundung des ersten Gehäusesegments 10 bildet. Unterhalb der Umkragung 102 verläuft eine innere Wandung des ersten Gehäusesegments 10 unter einem Winkel von Φ = 45 ± 1° vom zweiten Gehäusesegment 20 weg. Vorzugsweise ist eine Rauigkeit einer Oberfläche der Umkragung 102 und/oder der schräg verlaufenden Wandung im Vergleich zu anderen Bereichen der Oberfläche des ersten Gehäusesegments 20 reduziert. Dies kann beispielsweise durch lokales Schleifen und/oder Polieren erreicht werden.
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Dadurch werden elektrische Feldstärken in einem Bereich des Kunststoffrohrs 20 gegenüber einer umgebenden Luft verringert. Dadurch wird ein Auftreten von Mikrokorrosion unterdrückt, welche ansonsten als Folge von lokalen Überschlägen auftritt, die von den elektrischen Feldern aus einem Inneren des Gehäuseabschnittes herrühren.
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Vorzugsweise ist ein dem ersten Gehäusesegments 10 zugewandtes Ende des dritten Gehäusesegments 30 entsprechend dem ersten Gehäusesegment 10 ebenfalls mit einer Umkragung versehen, insbesondere dass die Umkragung eine (im wesentlichen) halbtorusförmige oder halbschalenförmige endseitige Abrundung des dritten Gehäusesegments 30 bildet, wie aus 2 ersichtlich ist.
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Auch wenn die Erfindung vorstehend mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht ist, ist diese nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können innerhalb des Schutz- und Äquivalenzbereichs der Patentansprüche verschiedene Modifikationen von Einzelheiten vorgenommen werden, ohne dass daraus eine Abweichung von der Erfindung resultiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1569311 B1 [0004]
- WO 2006/077181 A1 [0005, 0006]
- DE 102010004971 A1 [0005, 0008]
