DE1909642C3 - Druckgasisolierte Hochspannungschaltanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlage, deren spannungsführende Teile, wie Sammelschienen, Leistungs- und Trennschalter, Wandler etc, zusammen mit den Verbindungsleitern in gegeneinander durch im wesentlichen scheibenförmige Isolatoren gasdicht abgeschotteten Einzelabteilen einer geerdeten Metallkapselung untergebracht sind, wobei wenigstens die jeweils benachbarten Einzelabteile über Druckentlastungseinrichtungen miteinander verbindbar sind, die je ein flächenförmiges gasdichtes Absperrorgan aufweisen, dessen mechanische Festigkeit derart bemessen ist, daß sein Berstdruck wesentlich kleiner als derjenige der Kpaselung aber größer als der Betriebsdruck innerhalb der Kapselung ist, und bei Überschrei ten dieses Berstdruckes infolge Berstens des Absperrorgans zwischen den benachbarten Einzelabteilen der Metallkapselung eine Verbindung großen Querschnittes hergestellt wird, und gegebenenfalls in der Kapselungswand zusätzliche nach außen wirksame Druckentla- stungsvorrichrungen angeordnet sind.

Bei derartigen Anlagen mit gasdicht abgeschotteten Einzelabteilen, die ein relativ kleines Gasvolumen aufweiseil, steigt der Innendruck verhältnismäßig rasch

ίο an, wenn im betreffenden Einzelabteil durch irgendeine Störung ein ungewollter Lichtbogen auftritt, z.B. zwischen spannungsführenden Teilen und geerdeter Metallkapselung oder als Stehlichtbogen über den Schaltkontakten von Schaltern bei deren Überlastung.

Ais Folge davon kann es zu einer Explosion der Metallkapselung mit den bekannten Auswirkungen auf Menschen und benachbarte Einrichtungen kommen.

Gegen die im Störungsfall auftretende Druckerhöhung in der Kapselung ist ei bekannt, als Bruchglieder Sicherheitsmembrane an der Metallkapselung vorzusehen (Sonderdruck VDE-Fachber, Febr. 1967, S. 7 oder DE-GM 17 26 876). Solche Sicherheits- bzw. Druckentlastungsmembranen sind jedoch technisch unbefriedigend, vor allem, wenn eine Vielzahl von Einzelabteilen geschützt werden muß, was eine zumindest stellenweise Durchbrechung der Kapselung mit dem damit verbundenen konstruktiven und festigungstechnischen Aufwand erfordert, und ergeben deshalb unwirtschaftliche Lösungen.

Um gekapselte Hochspannungsschaltanlagen vor Zerstörungen durch auftretende Fehler zu schützen, ist hierfür aus der CH-PS 4 02 116 auch die Verwendung des Differentialschutzes bekannt Insbesondere wird nach dieser Druckschrift bei selektiver Abschaltung die aus leitendem Material bestehende Kapselung in mehrere, voneinander und gegen Erde isoliert angeordnete Abschnitte aufgeteilt, die jeweils über ein Erdschlußrelais an Erde gelegt sind, bei dessen Ansprechen alle an der gleichen Sammelschiene liegenden Leistungsschalter über einen Hilfsstromkreis abgeschaltet werden. Es handelt sich hierbei demnach vor allem um eine Schutzeinrichtung gegen Erd- und Kurzschlüsse mit einem erheblichen konstruktiven und apparatmäßigen Aufwand.

Aus dem DE-GM 19 57 603 ist weiter ein mit Isoliergas gefülltes Gehäuse für Hochspannungsschaltanlagen mit einer Druckentlastungseinrichtung an der Gehäusewand bekannt. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um eine Gehäusewandscheibe aus leicht

so splitterndem Stoff und einer diese Scheibe zerstörende Vorrichtung mit Auslöseeinrichtung mit all dem damit verbundenen apparativen Aufwand.

In der US-PS 22 23 300 ist eine gasgefüllte metallgekapselte elektrische Leitung beschrieben, die durch ein oder mehrere großflächige Ventile druckentlastbar ist. Bei diesen Ventilen handelt es sich im wesentlichen zumindest um Abschnitte einer ebenen Kapselungswand, die unter der Wirkung der insbesondere durch einen Kurzschlußlichtbogen hervorgerufenen Drucker höhung des Gases im Leitungsinneren gegen die Wirkung von Federn von der übrigen Kapselung vorübergehend abgehoben werden, um dadurch eine Druckentlastung nach außen, also in die äußere Umgebung der Kapselung zu erreichen. Hierbei handelt

b5 es sich also um ein großflächiges öffnen und wieder Schließen einer Kapselung mit dem damit verbundenen Nachteil u. a. eines relativ großen Gasverlustes, wobei außerdem auch noch auf die Dichtungsproblematik

hinzuweisen ist

Ein nicht näher erläutertes Sicherheitsventil bei einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage ist auch aus der DE-PS 6 77 051 vorbekannt. Dieses ist an der Kapselung der Anlage angeordnet, um die zum einwandfreien Arbeiten der pneumatischen Steuerorgane erforderliche Druckdifferenz zwischen dem Betriebsund dem Isolationdsdruck aufrechtzuerhalten. Ein flächenförrniges Absperrorgan ist hierbei nicht ersichtlich.

In der GB-PS 2 93 805 ist weiters ein fahrbarer elektrischer Schalter beschrieben, dessen Kapselungsdeckel zusammen mit diesen gegen die übrige Kapselung drückenden bzw. ziehenden Federn als Überdruckventil dient Eine funktionale Abhängigkeit zwischen dem Auslösedruck dieses Ventils und einem Berstdruck der Zwischenwand des Schalters ist hierbei nicht angegeben.

Die bereits vorerwähnten Druckentlastungsmembrane (DE-GM 17 26 876), die mit besonderem Vnrteil an den Ecken oder Enden von Stromschienenkanälen angeordnet sind, weisen eine bedeutend geringere Festigkeit als die übrige Kanaikonstruktion auf, um beim Entstehen innerer Oberdrücke Entlastungsöffnungen nach außen freizugeben. Hierbei handelt es sich ebenfalls nicht um zusätzliche Ventile, deren Auslösedruck zum Berstdruck einer Kanalzwischenwand in bestimmter Relation steht

Aus den Brown, Boveri-Mitteilungen vom Dezember 1967, insbesondere Seite 770, ist es bekannt, bei SFe-isolierten gekapselten Hochspannungsschaltanlagen, die Anlagen aus gasdicht geschotteten Abteilen zu erstellen. Die Schonung besteht hierbei aus Kunstharz-Durchführungsisolatoren, die gleichzeitig die konzentrische Abstützung für die rohrförmigen Stromleiter bilden.

Solche Stützisolatoren sind bereits aus den Brown, Boveri-Mitteilungen vom April/Mai 1966, Seite 346, bekannt, wo darauf hingewiesen ist, daß die kegelförmigen Stützisolatoren sowohl am äußeren Aluminiumflansch als auch innen am Stromleiter mit Dichtungen versehen sind und dadurch eine gasdichte Schottung der einzelnen Abschnitte ergeben. Um nun bei solchen Hochspannungsschaltanlagen die Isolation des Schaltaggregats zu koordinieren, ist jeder Abzweig mit einer SFe-Funkenstrecke ausgerüstet (Seite 348). Die Funkenstrecken sind hierbei so ausgeführt, daß nach Ansprechen der einstellbaren Oberschlagstrecke der sich bildende Erdschlußlichtbogen durch selbsttätig schließende Kontakte metallisch kurzgeschlossen wird. Dadurch wird der Druckanstieg als Folge des Lichtbogens in der geschotteten metallischen Kapselung der Funkenstrecke begrenzt und diese explosionssicher gemacht Für Teile, in denen Störungen auftreten können, ohne daß es unmittelbar zu einem Erdschluß kommt, ist ein pneumatischer Fehlerschutz vorgesehen (Seite 349). Im Falle einer Störung mit raschem Druckanstieg wird hierbei durch einen Druckanstiegwächter der zugehörige Leistungsschalter zum Ausschalten gebracht und eine Störungsmeldung ausgelöst. Es sind demnach besondere Einrichtungen zur Sicherung der geschotteten gekapselten Anlagen erforderlich. Selbst bei Verwendung eines besonderen Erdungsschalters mit einer Steuerung durch eine Schutzeinrichtung zum Kurzschließen des Lichtbogens sind nicht alle möglichen Störungsfälle erfaßbar. Auch das Abschalten des Lichtbogens durch schnelle Schalter in Verbindung mit einem raschen Schutz ehe ein gefährlicher Druckanstieg auftreten kann, ist insofern problematisch, als bei einem Versagen von Schalter oder Schutz Explosionsgefahr für die Kapselung besteht

Eine Hochspannungsschaltanlage der -eingangs genannten Art ist nun bereits Gegenstand des älteren deutschen Patentes 16 65 265. Bei diesem Gegenstand ist eine Sicherheitsschalteinrichtung vorgesehen, um dessen spannungsführende Teile vom Netz abzutrennen, bevor der höchstzulässige Gasdruck in der durch

ίο gasdichte Schottungsisolatoren in mehrere dauernd mit einer Isoliergas-Versorgungsleitung in Verbindung stehende Abteilungen von sehr unterschiedlichem Volumen geteilten, Druckentlastungsöffnungen mit brechbaren Schutzmembranen aufweisenden Umhül lung erreicht ist Benachbarte Abteilungen weisen hierbei Druckentlastungsöffnungen auf, die mit Hilfe von Verbindungskanälen mit ausreichend großem Querschnitt miteinander verbunden sind, so daß das Volumen der Innenräume derart verbundener Abteilun gen ausreicht, um den Druckstoß des Isoliergases bei Auftreten eines Störlichtbogens kurzzeitig bis zum Wirksamwerden der vorgenannten Sicherheitsschaheinrichtung aufzufangen. Jeder Verbindungskanal ist hierbei mit einer durch den Druckstoß des Isoliergases brechbaren Membrane abgesperrt, die gegebenenfalls eine Drosselöffnung aufweisen kann. Die Verbindungskanäle mit den Membranen bilden hierbei separate Einrichtungen, die außerhalb der mit Isoliergas gefüllten vorgenannten Umhüllung der Hochspannungsschaltan lage angeordnet sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einer derartigen Hochspannungsschaltanlage die erstrebte Explosionssicherheit der Metallkapselung auf einfachere und billigere Weise zu erreichen, und hierbei ohne zusätzliche komplizierte Einrichtungen auszukommen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schottungsisolatoren als die Absperrorgane der Druckentlastungseinrichtungen zwischen den benach harten Einzelabteilen dienen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem in der besonderen Einfachheit einer derartigen explosionssicheren Hochspannungsschaltanlage. Bei raschem starkem Ansteigen des Gasdruckes in einem Einzelabteil besteht die Möglichkeit, daß nicht nur einer sondern beide dieses Einzelabteil mitbegrenzenden Schottungsisolatoren bersten und dadurch das Einzelabteil zusammen mit den beiden benachbarten Einzelabteilen in kurzer Zeit ein gemeinsames relativ großes Volumen bilden, wodurch meistens eine hinreichende Druckentlastung eintreten kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei Bestehenbleiben des den Druckstoß des Isoliergases hervorrufenden ungewollten Lichtbogens der vorbeschriebene Vorgang des Berstens der Schottungsisolatoren sich an den das gemeinsame relativ große Volumen mit begrenzenden Schottungsisolatoren wiederholen kann, um dadurch auch schwere Störungsfälle ohne Explosion der Metallkapselung sicher zu beherrschen.

bo Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochspannungsschaltanlage nach Patentanspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Ausbildung nach Patentanspruch 2 ist in vorteilhafter Weise erreichbar, daß der Schadensbe-

b", reich a-j^f vorbestimmbare Gruppen von Einzelabteilen eingegrenzt wird. Durch Anordnung von zusätzlichen nach außen, d. h. über die Metallkapselung hinaus wirksamen Druckentlastungsvorrichtungen gemäß Pa-

tentanspruch 3 wird weiter in vorteilhafter Weise erreicht, daß auch in extremen Störungsfällen der Schadensbereich auf die betroffene Gruppe von Einzelabteilungen sowie die einbezogene äußere Umgebung der Metallkapselung beschränkt bleibt. Durch Anordnung von Druckentlastungsvorrichtungen in Form von Druckentlastungsventilen gemäß Patentanspruch 4 an mechanisch keinen anderen Belastungen unterworfenen Stellen der Hochspannungsschaltanlagen ist es außerdem in vorteilhafter Weise durch geeignete Ausführung und Kennzeichnung dieser wenigen Stellen möglich, eine Gefährdung von Personal auszuschließen, und können selbst im Katastrophenfall an keiner unvorhersehbaren und unerwünschten Stelle der Metallkapselung Auswirkungen nach außen auftreten.

Anhand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wiedergibt, wird diese näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine einpolige schematisch dargestellte Anlage mit Sammelschiene und Abzweigen, während die

Fig.2 eine Druckskala der für die Erläuterung massgebenden Druckstufen wiedergibt.

In F i g. 1 ist die Sammelschiene als Ganzes mit 1 bezeichnet. Die Metallkapselung 10 ist mit isolierendem Druckgas, z. B. SF₆, gefüllt. Durch Schottungsisolatoren 8 ist eine gasdichte Unterteilung in Einzelabteile la, Ii), Ic... vorgenommen, die den als Ganzes mit 2 bezeichneten Abzweigen zugeordnet sind. Im gewählten Beispiel enthält der Abzweig 2 eine Anzahl Einzelabteile, und zwar Abteil 5 für den Leistungsschalter, zwei Trennerabteile 4, das Stromwandlerabteil 6, ein Kabelendverschlußabteil 7 sowie mehrere Abteile 3, die als Verbindungsstücke dienen. Die gasdichte Abschottung erfolgt hier ebenfalls durch Schottungsisolatoren 8.

Die Festigkeit der Schottungsisolatoren 8 ist, wie in F i g. 2 skizziert, so bemessen, daß ihr durch die Linien 14 und 15 begrenzte Berstdruckbereich wesentlich unter der durch die Linie 16 angedeuteten unteren Berstdruckgrenze der Metallkapselung 10 liegt, z. B. etwa bei einem Drittel davon. Andererseits ist die untere Berstdruckgrenze 14 der Schottungsisolatoren 8 so gewählt, daß sie in ausreichendem Abstand z. B. um den Faktor 4, über der Linie 13 liegt, die ihrerseits etwa dem betriebsmäßigen Innendruck der Metallkapselung 10 entspricht. Tritt nun in einem Einzelabteil ein Störlichtbogen auf und erfolgt dadurch in diesem Abteil ein rasches starkes Ansteigen des Druckes, so bricht zunächst einer oder beide der das Abteil begrenzenden Schottungsisolatoren 8. Infolge der damit verbundenen Volumenvergrößerung tritt eine Druckentlastung ein, und die Druckspitze wird abgebaut Brennt der Lichtbogen weiter, so kommt es wieder zu einem diesmal zwar langsameren Ansteigen des Druckes, weil das Volumen inzwischen größer geworden ist. In schweren Fällen kann sicii der Vorgang an den nächsten Schottungsisolatoren wiederholen.

Zur Eingrenzung des Schadenbereiches kann man an gewissen Stellen, so wie in F i g. 1 die Schottungsisolatoren 9 an der Übergangsstelle des Abganges 2 zur Sammelschiene 1, diese für einen dem Berstdruck der Metallkapselung 10 etwa gleichen Berstdruck auslegen.

Des weiteren kann den so gebildeten Gruppen 1,2 von Einzelabteilen la—c bzw. 3—7 an geeigneten Stellen jeweils eine zusätzlich, nach außen wirksame Druckentlastungsvorrichtung, deren Ansprechdruck annähernd dem Berstdruck der Schottungsisolatoren entspricht, zugeordnet werden. Im gewählten Beispiel befinden sich am Sammelschienenende bzw. am Kabelendverschlußabteil 7 Druckentlastungsvorrichtungen in Form von Ventilen 11 bzw. 12 großen Querschnitts. Je nach Aufbau der Anlage wird man solche Stellen dafür wählen, die praktisch keinen anderen mechanischen Belastungen unterliegen, wobei sich durch geeignete Ausführung und Kennzeichnung dieser wenigen Stellen eine Gefährdung des Personals vermeiden läßt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   L Druckgasisolierte Hochspannungsschaltanlage, deren spannungsführende Teile, wie Sammelschienen, Leistungs- und Trennschalter, Wandler etc, zusammen mit den Verbindungsleitern in gegeneinander durch im wesentlichen scheibenförmige Isolatoren gasdicht abgeschotteten Einzelabteilen einer geerdeten Metallkapselung untergebracht sind, wobei wenigstens die jeweils benachbarten Einzelabteile über Druckentlastungseinrichtungen miteinander verbindbar süul die je ein flächenförnüges gasdichtes Absperrorgan aufweisen, dessen mechanische Festigkeit derart bemessen ist, daß sein Berstdruck wesentlich kleiner als derjenige der Kapselung aber größer als der Betriebsdruck innerhalb der Kapselung ist, und bei Oberschreiten dieses Berstdruckes infolge Berstens des Absperrorgan zwischen den benachbarten Einzelabteilen der Metalikapselung eine Verbindung großen Querschnittes hergestellt wird, und gegebenenfalls in der Kapselungswand zusätzliche nach außen wirksame Durckentlastungsvorrichtungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottungsisolatoren (8) als die Absperrorgane der Druckentlastungseinrichtungen zwischen den benachbarten Einzelabteilen (la, Ib,.., 3 bis 7) dienen.
2. 2. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schottungsisolatoren (9) an Stellen zwischen gewissen Gruppen von Einzelabteilen, wie z. B. an der Übergangsstelle eines Abganges (2) zur Sammelschiene (1), angenähert den gleichen Berstdruck aufweisen wie die Metallkapselung (10).
3. 3. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Gruppen (1,2) von Einzelabteilen jeweils eine der zusätzlichen, nach außen wirksame Druckentlastungsvorrichtungen (U, 12) in der Kapselungswand zugeordnet ist, deren Ansprechdruck annähernd dem Berstdruck der Schottungsisolatoren (8) der Einzelabteile (la—c; 3—7) der Gruppe (1,2) entspricht
4. 4. Hochspannungsschaltanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen wirksame Druckentlastungsvorrichtung als Druckentlastungsventil (11, 12) großen Querschnitts ausgebildet ist, das sich jeweils an einem mechanisch unbelasteten Ende einer Gruppe (1, 2) von Einzelabteilen, z.B. am Kabelendverschluß, Sammelschienenende, befindet