DE2138456B2 - Metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Trennschalter mit einem beweglichen Trennschaltstück und einem Gegenschaltstück, für eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einem gegenüber der abschnittsweise geschotteten Kapselung im Innern mittels Isolierstoffkörpern abgestützten elektrischen Leiter, der das koaxial zum Leiter angeordnete Trennschaltsiück führt und zumindest teilweise hohlzylindrisch zur Aufnahme eines das Trennschaltstück betätigenden Kolbens ausgebildet ist, wobei der Kolben durch wechselweise Beaufschlagung der Zylinderräume mit einem isolierenden Druckmittel umsteuerbar ist.

Bei einem derartigen aus der US-PS 33 56 798 bekannten Trennschalter werden die Zylinderräume des Antriebs für das Trennschaltstück von einem Druckmittel gesteuert, das durch isolierende Leitungen durch die Kapselung und deren Isolierraum hindurchgeführt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine Verzerrung des im ringförmigen Isolierraum des bekannten Trennschalters an sich rotationssymmetrisch koaxial vorgesehenen elektrischen Feldes, so daß hier die optimal dielektrische Festigkeit nicht erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trennschalter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine Verschlechterung der angestrebten rein rotationssymmetrischen Ausbildung des elektrischen Feldes vermieden ist.

Nach der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß die Zylinderräume mit dem Innern der Kapselung verbunden und durch einen feststehenden, gas- oder flüssigkeitsdicht in die Kapselung unter Bildung zweier Kapselungs-Teilräume eingesetzten Isolierstoffkörper voneinander gelrennt sind und durch wechselweise Füllung der Kapselungs-Teilräume mit Druckmittel beaufschlagbar sind.

Aus der deutschen Patentschrift 9 55 794 ist eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einem im Innern der Kapselung längs der Kapselungsachse verlaufenden Leiter bekannt, der mit scheibenförmigen Isolatoren gegenüber der Kapselung abgestützt ist. Mit scheibenförmig ist in diesem Zusammenhang gemeint, daß die Isolatoren den Querschnitt der Kapselung an ihrer Stelle vollständig ausfüllen und damit die Kapselung in gas- und flüssigkeitsdicht getrennte Räume unterteilen. Die Unterteilung dient dazu, durch eine wechselweise Beaufschlagung der Räume die Bewegung eines als bewegliches Schaltstück eines Trennschalters dienenden Leiterteiles zu erreichen, der mit einem beweglichen, scheibenförmigen Isolator an der Innenseite der Kapselung geführt ist.

Der bewegliche Isolator wirkt als Kolben für das bewegliche Schaltstück des Trennschalters. Dies ergibt beträchtliche mechanische Beanspruchungen. Zugleich ist er für die volle Spannung zwischen der üblicherweise geerdeten Metallkapselung und dem Hochspannung führenden Leiter zu isolieren. Diese Aufgabe wird noch dadurch erschwert, daß der an der Kapselung entlanggleitende Kolben durch den unvermeidlichen Abrieb die Oberflächen der Isolierkörper verunreinigen kann. Zwar ist dort eine rotationssymmetrische Ausbildung der elektrischen Felder möglich, jedoch wird durch den Abrieb die dielektrische Festigkeit wieder herabgesetzt.

Aus der deutschen Patentschrift 9 13 915 ist es zwar auch bekannt, den Schubtrennschalter einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage mit einem Ringkolben im Innern der Kapselung zu bewegen. Der Ringkolben verkleinert aber den für die Isolierung zur Verfügung stehenden Abstand zwischen Leiter und Kapselung.

Bei wieder anderen Anordnungen wird ein dreh- oder verschiebbarer Antriebsisolator zum Betätigen des Schalters eingesetzt. Aus der einseitigen Anordnung des Isolators ergeben sich aber Verzerrungen des an sich rotationssymmetrischen koaxialen elektrischen Feldes, so daß auch hier nicht die optimale dielektrische

Festigkeit erreicht werden kann.

Beim Schalter nach der Erfindung wird der durch die scheibenförmigen Isolatoren abtrennbare ein Teil der Kapselung mit dem Druckmittel beaufschlagt. Der Zwischenraum zwischen der Kapselung und dem Leiter dient dabei aber nur als Übertragungsleitung, durch die das Druckmittel in den hohl ausgebildeten Leiter gelangt. Dort erst ist der Kolben für das bewegliche Schaltstuck vorgesehen. Der Kolben liegt also nur auf Hochspannungspotential, so daß er vollständig aus Metall hergestellt werden kann. Ein eventuell auftretender Abrieb, c'er im übrigen wegen des wesentlich geringeren Durchmessers nur unerheblich sein dürfte, spielt dielektrisch keine Rolle, da im Innern des Leiters ein feldfreier Raum vorliegt. Andererseits bleibt, wie gewünscht, die rein rotationssymmetrische koaxiale Anordnung erhalten. Der dafür erfcrderliche, etwas erhöhte Aufwand an Druckgas für die Betätigung des Trennschalters spielt insbesondere bei Systemen mit einem geschlossenen Gaskreis, also bei metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen mit einem Zweidruckgasschalter als Leistungsschalter, keine Rolle. Hinzu kommt, daß die Druckunterschiede auch bei der erfindungsgemäßen Anordnung nur verhältnismäßig klein zu sein brauchen, weil die zum Schalten erforderlichen Kräfte gering sind und weil der Durchmesser des Leiters noch eine durchaus beachtliche Kolbcnfläche bietet.

Zweckmäßigerweise weist der Kolben eine mit Vorsprüngen und/oder Verbindungen im Leiterinneren zusammenwirkende Verrastung auf. Die Verrastung kann z. B. als unter Federdruck stehende Kugel ausgeführt sein. Sie braucht nur geringe Kräfte zu halten, weil es nur darauf ankommt, die Endstellungen des beweglichen Schaltstückes gegen eine durch Erschütterungen od. dgl. ausgelöste Verschiebung zu sichern. Bei Anordnungen mit einem in vertikaler Richtung beweglichen Schaltstück hat die Verrastung außerdem das Gewicht des beweglichen Schaltstückes aufzunehmen.

Im Leiter und im beweglichen Schaltstück kann man mit Vorteil an einzelnen Stellen korrespondierende Ausnehmungen vorsehen. Dadurch läßt sich die Stellung des Trennschalters überwachen. Man kann zu diesem Zweck zumindest einige der Ausnehmungen als durchgehende Öffnungen ausbilden, wobei die Ausnehmungen in eine fluchtende Stellung überführbar sind, und den Ausnehmungen Beobachtungsöffnungen in der Kapselung zuordnen. Ferner kann man durch Strahlungsquellen an den Ausnehmungen die Beobachtung der Schaltstellung verbessern. Die Strahlungsquellen sind vorteilhaft Lichtquellen. Mit Hilfe der genannten Ausnehmungen läßt sich auch eine automatische Beobachtung zur Steuerung eines Stellungsmeldesignals oder einer Verriegelung erreichen, bei der z. B. durch Lichtquellen und lichtempfindliche Halbleiter eine stellungsabhängige Betätigung von Relais oder Sperriegeln bewirkt wird. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht dann, daß der Kolben in der Ausschaltstellung durch einen Erdungsschaltstift verriegelt ist, der quer zur Leiterachse bewegbar isi.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei ist in der etwas vereinfachten Zeichnung eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage in einem Längsschnitt durch die Achse gezeichnet.

Die zylindrische, geerdete metallische Kapselung 1 ist aus mehreren Abschnitten 2, 3, 4, 5 usw. zusammengesetzt. Die Abschnitte sind mit Flanschen 6 und 7 vei sehen, die durch Schrauben 8 gasdicht zusammengepreßt werden. Das Innere der Kapselung ist zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit mit Schwefelhexafluorid (SFb) unter einem Druck von 1 bis 2 ata gefüllt. Zwischen den Flanschen 6, 7 sitzen scheibenförmige Isolatoren 10, die den als Ganzes mit 11 bezeichneten, in der Achse der Kapselung verlaufenden zylindrischen Hochspannungsleiter tragen. Der Hochspannungsleiter gehört beispielsweise zu einem Drehstromsystem mit 110 oder mehr kV in einphasiger Kapselung.

Im Zuge des Leiters 11 ist ein Trennschalter 12 angeordnet. Der Trennschalter umfaßt ein feststehendes Schaltstück 13, das am freien Ende 14 des Leiters 11 angeordnet ist und mit einer äußeren Abschirmung 15 versehen ist. Für den Stromübergang sind im Innern der Abschirmung federnde Kontaktfinger 16 untergebracht.

Dem feststehenden Schaltstück 13 steht am anderen Ende 17 des Leiters 11 ein Gleitkontakt 18 gegenüber, der ebenfalls eine Abschirmung 19 besitzt und mit Kontaktlamellen 20 versehen ist. Die Kontaktlamellen 20 wirken in der dargestellten Ausschaltstellung des Trennschalters mit einem im Innern des Hochspannungsleiters 11 untergebrachten beweglichen Trennschaltstück 22 zusammen, das an seinem dem feststehenden Schaltstück 13 abgekehrten Ende einen Kolben 23 aufweist.

Der Kolben 23 läuft, wie die Figur zeigt, im Innern 24 des Leiters 11, der als Zylinder wirkt und Zylinderräume 11a, 11b hat. Eine Dichtungsnut 25 im Kolben 23. die einen Rundschnurring od. dgl. aufnehmen kann, ergibt bei Bedarf eine vollständige Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder.

Der Kolben 23 enthält ferner eine aus einer Kugel 26 und einer Feder 27 bestehende Verrastungseinrichuing 28, die mit Ausnehmungen im Innern des Leiters 11 zusammenwirkt, um das Trennschaltstück 22 in den Endlagen der Schaltbewegung festzulegen. Zum Beispiel ist die Ringnut 30 der Einschaltstellung zugeordnet, in der die strichpunktiert gezeichnete Spitze des Trennschaltstücks zwischen die Kontaktfinger 16 greift. Für die Ausschaltstellung gibt es eine entsprechende Ringnut bei 31.

Die scheibenförmigen Isolatoren 10, die im Bereich des Trennschalters 12 im einzelnen mit 32, 33 und 34 bezeichnet sind, trennen zwei Räume 35 und 36 gasdicht voneinander. Zu diesen Räumen führen zwei Anschlußstutzen 37 und 38 an der Kapselung 1. Dadurch können die Räume 35 und 36 wahlweise mit Schwefelhexafluorid erhöhten Druckes, beispielsweise von 2 bis 4 ata, gefüllt werden.

Wird in der dargestellten Stellung des Trennschaltstücks 22 im Raum 35 der Druck erhöht, so gelangt das Gas durch Bohrungen 39 im Leiter 11 auf die Rückseite des Kolbens 23 und schiebt, wenn die durch die Verrastung 28 gegebene Haltekraft überwunden wird, das Trennschaltstück 22 in die strichpunktiert gezeichnete Einschaltstellung. Ein dabei entstehender Abrieb verbleibt im Innern des Leiters 11, also auf Hochspannungspotential, ohne daß die rotationssymmetrische Anordnung, die bei gegebener Spannung die kleinsten örtlichen elektrischen Feldstärken ergibt, irgendwie beeinflußt wird.

Zum Ausschalten wird das Gas im Raum 35 auf Normaldruck gebracht und der Raum 36 mit Gas erhöhten Druckes gefüllt. Das Hochdruckgas gelangt durch eine Bohrung 46 im Leiter 11 auf die dem

feststehenden Schaltstück 13 zugekehrte Seite des Kolbens 23. Wiederum wird durch die Verrastung 28 ein bestimmter Anfangsdruck erzwungen, bevor sich das Trennschaltstück 22 in die gezeichnete Ausschaltstellung zurückbewegt. Außerdem ergibt die Verrastung 28 eine vorteilhafte Fixierung der Endstellungen der Schaltbewegung.

Wie die Figur zeigt, sind am freien Ende 14 des Leiters 11 Ausnehmungen 40 vorgesehen, während am freien Ende 17 entsprechende Ausnehmungen 41 vorhanden sind. Korrespondierend mit den Ausnehmungen besitzt das Trennschaltstück 22 Ausnehmungen 42 und 43. Ferner ist den Ausnehmungen 40 und 41 an der Kapselung 1 eine mit einem Kapselungsteil 44 und 45 abgedeckte Strahlenquelle 47 und 48 untergebracht, die zu einem strahlenempfindlichen Meßgerät 50 und 51 auf der gegenüberliegenden Kapselungsseite führt.

In der dargestellten Ausschaltstellung kann ein Strahl von 48 nach 51 und von 47 nach 50 gelangen, so daß der Strahlengang als Stellungsmeldung (vollständige Ausschaltung) und zur automatischen Verriegelung des Trennschalters benutzt werden kann. Eine unvollständige Ausschaltung würde sich dadurch bemerkbar machen, daß nur die Strahlung von 48 nach 51 gelangt, nicht aber von 47 nach 50.

Für die Meldung der Einschaltstellung wird die Ausnehmung 43 des Trennschaltstücks in den Bereich der Ausnehmung 41 gebracht, während die Ausnehmung 40 durch das Trennschaltstück verschlossen sein muß, wie die strichpunktierte Lage zeigt. Auch hier erhält man also eine eindeutige Stellungsmeldung, die zur Verriegelung mit anderen Schaltern od. dgl geeignet ist.

Die Ausschaltstellung ist beim Ausführungsbeispie noch dadurch verriegelt, daß ein quer zur Leiterachsc beweglicher Erdungsschaltstift 53 durch eine Abschir mung 54 in eine Nut 55 des Kolbens 23 greift, wenr dieser die Ausschaltstellung einnimmt. In seine Ausschaltstellung ist der Erdungsschaltstift 53 vollstän dig in das an die Kapselung 1 angeflanschte Gehäuse 5! zurückgezogen, so daß das rotationssymmetrische Fel< nicht gestört ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Trennschalter mit einem beweglichen Trennschaltstück und einem Gegenschaltstück, für eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einem gegenüber der abschnittsweise geschotteten Kapselung im Innern mittels Isolierstoff körpern abgestützten elektrischen Leiter, der das koaxial zum Leiter angeordnete Trennschaltstück führt und zumindest teilweise hohlzylindrisch zur Aufnahme eines das Trennschaltstück betätigenden Kolbens ausgebildet ist, wobei der Kolben durch wechselweise Beaufschlagung der Zylinderräume mit einem isolierenden Druckmittel umsteuerbar isl, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume (Ha, lib) mit dem Innern der Kapselung (1) verbunden und durch einen feststehenden, gas- oder flüssigkeitsdicht in die Kapselung (1) unter Bildung zweier Kapselungs-Teilräume (35, 36) eingesetzten Isolierstoff körper (33) voneinander getrennt sind und durch wechselweise Füllung der Kapselungs-Teilräume (35, 36) mit Druckmittel beaufschlagbar sind.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) eine mit Vorsprüngen und/oder Vertiefungen (30, 31) im Leiterinneren zusammenwirkende Verrastung (28) aufweist.

3. Trennschalter nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Leiter (11) und im Trennschaltstück (22) an einzelnen Stellen korrespondierende Ausnehmungen (40 bis 43) vorgesehen sind.

4. Trennschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Ausnehmungen durchgehende Öffnungen sind, daß die Ausnehmungen (40 bis 43) in eine fluchtende Stellung überführbar sind und daß den Ausnehmungen (40 bis 43) Beobachtungsöffnungen in der Kapselung (1) zugeordnet sind.

5. Trennschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausnehmungen (40 bis 43) Strahlungsquellen (47,48) zugeordnet sind.

6. Trennschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen Lichtquellen sind.

7. Trennschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine automatische Beobachtung zur Steuerung eines Stellungsmeldungssignals oder einer Verriegelung.

8. Trennschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (23) in der Ausschaltstellung durch einen Erdungsschaltstift (53) verriegelt ist, der quer zur Leiterachse bewegbar ist.