DE2227051A1 - INSULATING RODS FOR HIGH VOLTAGE SWITCHES - Google Patents

Description

Isoliergestänge für Hochspannungsschalter Die Erfindung bezieht sich auf ein Isoliergestänge für Hochspannungsschalter zur Übertragung der Kraft vom Antrieb auf Erdpotential zum Schaltsystem auf Hochspannungspotential.Insulating rods for high voltage switches The invention relates to on an insulating rod for high-voltage switches to transmit the power from Drive on earth potential to the switching system on high voltage potential.

Um die Stabilität von Hochspannungsübertragungsleitungen zu gewährleisten, iflssen die zugehörigen Hochspannungsschalter in zwei Perioden und bei Spannungen über 250 kV in einer Periode unterbrechen. Zudem werden symmetrische Ausschaltströme von 60 bis 100 kA verlangt, zu deren Beherrschung auch in wirtschaftlicher Hinsicht zweckmäßigerweise synchron gesteuerte Schalter zu verwenden sind. Beide Forderungen verlangen, die bewegten Massen der Schalter so klein wie möglich zu machen. Man ist daher bereits dazu ubergegangen9 den eigentlichen Antrieb äuf Hochspannungspotential anzuordnen und die Auslösung z. B. von Erdpotential aus über Lichtstrahlen zu bewerkstelligen. Anordnungen dieser Art sind nicht nur sehr teuer, sondern haben zudem den Nachteil, daß das Antriebs system nur mit großen Schwierigkeiten gewartet werden kann.To ensure the stability of high voltage transmission lines, The associated high-voltage switches flow in two periods and with voltages interrupt over 250 kV in one period. In addition, there are symmetrical breaking currents from 60 to 100 kA are required to control them also from an economic point of view It is advisable to use synchronously controlled switches. Both demands require the moving masses of the switches to be made as small as possible. Man has therefore already gone over to the actual drive on high-voltage potential to be arranged and the triggering z. B. to accomplish from earth potential via light rays. Arrangements of this type are not only very expensive, but also have the disadvantage that the drive system can only be maintained with great difficulty.

Wird hingegen, wie bisher üblich, der Antrieb auf Erdpotential vorgesehen und die Antriebskraft mit Hilfe einer auf Zug und Druck beanspruchten Isolierstange auf Hochspannung übertragen, so ergeben sich so große Nassen, daß ein Einperiodenschalter kaum noch realisierbar ist. Für einen 220-kV-Schalter beträgt z. B. die Masse der 2 m langen Betätigungsstange etwa 15 kg.If, on the other hand, the drive is provided at ground potential, as has been the case up to now and the driving force with the help of an insulating rod that is subjected to tension and compression Transferred to high voltage, the wetness is so large that a one-cycle switch can hardly be realized. For a 220 kV switch z. B. the mass of 2 m long operating rod about 15 kg.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, die Masse eines Isoliergestänges der eingangs genannten Art auf einen Bruchteil der bisherigen Werte und damit auch die Dauer des Schaltvorganges entsprechend herabzusetzen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Antriebsrichtung eine lediglich auf Druck beanspruchte Stange zugeordnet ist, die aus mehreren übereinander angeordneten und in einem Isolierrohr geführten zylindrischen Stäben aus isolierendem Material besteht.The invention is concerned with the task of the mass of an insulating rod of the type mentioned at the beginning to a fraction of the previous values and thus also reduce the duration of the switching process accordingly. This is what makes this job solved, that each drive direction is assigned a rod that is only subjected to pressure is made up of several stacked and guided in an insulating tube cylindrical rods made of insulating material.

Es hat sich als verteilhaft erwiesen, die Länge der einzelnen Stäbe höchstens gleich C: Doppelten der freien Knicklänge zu machen. Zudem ist es zw@mäßig, zwischen den Stirnflächen der Stäbe folienartige, an die Stirnflächen sich anschmiegende Zwischenlagen, z. B. aus Kupferfolie, vorzusehen, wodurch die Druckbeanspruchung vergleichmäßigt wird.It has been shown to be distributive to the length of the individual rods at most equal to C: double the free buckling length. In addition, it is moderate between the end faces of the rods film-like, clinging to the end faces Intermediate layers, e.g. B. made of copper foil to provide, whereby the compressive stress is equalized.

Für die Stäbe wird mit Vorteil ein isolierendes Material gewählt, das eine Druckfestigkeit von mindestens 20 000 kp/cm2, ein Elastizitätsmodul von mindestens 2 5 . 106 kp/cm2 und eine Dichte von höchstens 4 g/cm3 kk. Diese Bedingungen werden beispielsweise von Aluminiumoxid (Al2O3) mit einer Reinheit von mindestens 96 % erfüllt. Das Isolierrohr besteht vorzugsweise aus keramischem Material Z. B. Steatit oder Porzellan.It is advantageous to choose an insulating material for the bars, that has a compressive strength of at least 20,000 kp / cm2, a modulus of elasticity of at least 2 5. 106 kp / cm2 and a density of at most 4 g / cm3 kk. These conditions are made of aluminum oxide (Al2O3) with a purity of at least 96% fulfilled. The insulating tube is preferably made of ceramic material e.g. Steatite or porcelain.

In Fig. 1 ist ein Hochspannungsschalter mit einem Isoliergestänge nach der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt. In dieser Figur bedeutet 1 einen hydraulischen Antrieb mit dem Steuerventil 2 und dem Differentialkolben 3.In Fig. 1 is a high-voltage switch with an insulating rod shown according to the invention as an embodiment. In this figure means 1 a hydraulic drive with the control valve 2 and the differential piston 3.

Der Antrieb kann in an sich bekannter Weise mit einer Endlagendämpfung versehen sein. Mit 4 ist eine Kolbenstange bezeichnet, die auf den Doppelhebel 5 einwirkt, der mit den metallischen Stoßstangen 6 und 6a verbunden ist. 8 und 8a sind Stäbe aus Isoliermaterial mit hoher Druckfestigkeit, hohem Elastizitätsmodul und geringer spezifischer Masse.The drive can be equipped with end position damping in a manner known per se be provided. 4 with a piston rod is referred to, which on the double lever 5 acts, which is connected to the metallic bumpers 6 and 6a. 8 and 8a are rods made of insulating material with high compressive strength and high modulus of elasticity and low specific mass.

Diese Stäbe sind in den Isolierrohren 9 und 9a aus Steatit geführt, um ein Ausknicken zu vermeiden. Zwischen den Stirnflächen der Stäbe 8 bzw. 8a sind schmiegsame Zwischenlagen 15 und 15a angeordnet, die z. B. aus 0,1 mm starker Kupferfolie bestehen. Am oberen Ende befinden sich wiederum Stoßstangen 10 und 10a, durch die die Kraft auf den Doppelhebel 11 und den damit gekoppelten Doppelhebel 12 übertragen winde 13 und 13a sind Pleuelstangen, die zum Antrieb der Kontaktsysteme 14 und 14a (letzteres ist nicht dargestellt) dienen.These rods are guided in the insulating tubes 9 and 9a made of steatite, to avoid buckling. Between the end faces of the rods 8 and 8a are pliable intermediate layers 15 and 15a arranged, the z. B. from 0.1 mm thick copper foil exist. At the upper end there are again bumpers 10 and 10a, through which the force transferred to the double lever 11 and the double lever 12 coupled therewith 13 and 13a are connecting rods that drive the contact systems 14 and 14a (the latter is not shown).

Der Innenraum 16 des Schalters ist mit einem Isolier- und Löschgas, vorzugsweise SF6, gefüllt.The interior 16 of the switch is filled with an insulating and extinguishing gas, preferably SF6, filled.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: In der gezeichneten Stellung des Ventils 2 wirkt der Hochdruck auf die untere Stirnfläche des Differentialkolbens 3 und damit auch auf die Kolbenstange 4, die Stoßstange 6a und die Isolierstäbe 8a. Der Schalter bleibt somit in gler gezeichneten Einschaltstellung. Wird nun das Steuerventil 2 in die gestrichelt gezeichnete Lage gebrachte so kanz. das Hydrauliköl unterhalb des Differentialkolbens 3 nach der Niederdruck seite abfließen, wobei auf die .obere Stirnfla he den Dif£erentialkolbens nach wie vor der volle Hochdruck einwirkt. Es wird daher der Doppelhebel 5 im Uhrzeigersinn. gedrehte Die Stoßstange 6 bewegt sich zusammen mit den Isolierstäben 8 nach oben, wobei eine reine Druckbeanspruchung auftritt0 Bin Ausknicken ist durch das Isolierrohr 9 verhindert. Die obere Stoßstange 10 wirkt auf die Doppelhebel 11 und 12 ein; sie drehen sich im Uhrzeigersinn und bewirken über die Pleuelstangen 13 und 13a die Ausschaltung.The mode of operation of the arrangement is as follows: In the one shown In the position of valve 2, the high pressure acts on the lower end face of the differential piston 3 and thus also on the piston rod 4, the bumper 6a and the insulating rods 8a. The switch thus remains in the switched-on position shown in the drawing. Will that now Control valve 2 brought into the position shown by dashed lines so kanz. the hydraulic oil flow below the differential piston 3 after the low pressure side, wherein full high pressure remains on the upper face of the differential piston acts. It therefore becomes the double lever 5 clockwise. turned the bumper 6 moves upwards together with the insulating rods 8, whereby a pure pressure load Occurs 0 Buckling is prevented by the insulating tube 9. The upper bumper 10 acts on the double levers 11 and 12; they rotate clockwise and cause the disconnection via the connecting rods 13 and 13a.

Die Masse einer aus Stäben 8 bzw. 8a zusammengesetzten Stange beträgt z. B. bei 200 cm Gesamtlänge, einem Durchmesser der Isolierstäbe von 1 cm und einer spezifischen Masse von 3,5 g/cm3 m = 200 . 0,8 . 3,5 = 560 g.The mass of a rod composed of rods 8 or 8a is z. B. at 200 cm total length, a diameter of the insulating rods of 1 cm and one specific mass of 3.5 g / cm3 m = 200. 0.8. 3.5 = 560 g.

Bezieht man die Masse des Gestänges auf die Bewegung des Kontaktsystems und wird das Längenverhältnis des Hebels 12 zum Hebel 11 mit 2 : 1 angesetzt, so findet man für die resultierende Masse mr = 2 m5 + 0,5 mG.If the mass of the linkage is related to the movement of the contact system and the aspect ratio of the lever 12 to the Lever 11 with 2: 1, one finds mr = 2 m5 + 0.5 mG for the resulting mass.

Hierin bedeuten mS die totale bewegte Masse der beiden Schaltsysteme und mG die totale Masse des Doppelgestänges ohne Kolbenmasse. Aus der vorstehenden Gleichung ist ersichtlich, daß die Gestängeübertragung nur mit dem halben Wert von mG in die Rechnung eingeht, also bezogen auf die Isolierstäbe in beiden Rohren nur .560 g beträgt, wobei eine Druckkraft von 6000 kp vorausgesetzt ist.Here, mS mean the total moving mass of the two switching systems and mG is the total mass of the double rod without piston mass. From the above Equation can be seen that the linkage transmission is only with half the value of mG is included in the calculation, i.e. only based on the insulating rods in both tubes .560 g, whereby a compressive force of 6000 kp is assumed.

Wird für die Isolierstäbe Aluminiumoxid (Al2O3) mit einer Reinheit von 99,6 O/o verwendet, so beträgt @ Druckfestigkeit «d3 = 30 000 kp/cm2, der Elastizitätsmodul E = 3,5 . 106 kp/cm² und die spezifische Masse @ = 3,5 g/cm3.Used for the insulating rods aluminum oxide (Al2O3) with a purity of 99.6 o / o is used, then @ compressive strength «d3 = 30,000 kp / cm2, the modulus of elasticity E = 3.5. 106 kp / cm² and the specific mass @ = 3.5 g / cm3.

Die Deformation Z5l bei einer Länge von 1 = 200 cm, einem Durchmesser von d = 1 cm und einer Druckkraft von F = 6000 kp ergibt sich zu Dabei beträgt die Druckbeanspruchwng @d = 6000/0,8 = 7500 kp/cm², d. h. nur ein Viertel der Druckfestigkeit #dB = 30 000 kp/cm² Für Al2O3 mit einem Reinheitsgrad von nur 96 % ist #dB # 25 000 kp/cm². Glaskeramik weist nicht ganz so hohe Druckfestigkeit wie Al20 auf, dafür beträgt aber die spezifische Masse nur 2,4 kp/cm³.The deformation Z5l with a length of 1 = 200 cm, a diameter of d = 1 cm and a compressive force of F = 6000 kp results in The compressive stress is @d = 6000 / 0.8 = 7500 kp / cm², ie only a quarter of the compressive strength #dB = 30,000 kp / cm² For Al2O3 with a purity of only 96%, #dB # is 25,000 kp / cm² . Glass ceramic does not have as high compressive strength as Al20, but the specific mass is only 2.4 kp / cm³.

Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Querschnittsformen für die Stäbe 8 und die Isolierrohre 9. Nach Fig. 2 hat der Stab 8 einen quadratischen Querschnitt mit verrundeten Ecken, während der Kanal im Isolierrohr 9 kreiszylindrisch ist.Figures 2, 3 and 4 show different cross-sectional shapes for the rods 8 and the insulating tubes 9. According to FIG. 2, the rod 8 has a square shape Cross-section with rounded corners, while the channel in the insulating tube 9 is circular-cylindrical is.

Diese Form hat den Vorteil, daß das Isoliergas, z. B. SF6, auch in den Innenraum 16a des Isolierrohres 9 eintreten kann, wodurch Kriechwege vermieden werden. Den gleichen Vorteil hat die Querschnittsform nach Fig. 3, bei der der kreisförmige Querschnitt des Stabes 8 durch einen polygonalen Kanalquerschnitt des Isolierrohres 9 umschrieben ist. Für diese Form spricht weiterhin, daß Stäbe mit kreisförmigem Querschnitt die beste Druckverteilung und damit die höchste Festigkeit aufweisen.This shape has the advantage that the insulating gas, e.g. B. SF6, also in the interior 16a of the insulating tube 9 can enter, thereby avoiding creepage distances will. The cross-sectional shape according to FIG. 3, in which the circular Cross section of the rod 8 through a polygonal channel cross section of the insulating tube 9 is circumscribed. This shape is further supported by the fact that rods with circular Cross-section have the best pressure distribution and thus the highest strength.

Besonders vorteilhaft ist es, gemäß Fig. 4 die beiden Führungsrohre zu einem einheitlichen Körper 17 zusammenzufassen, da solche Körper mit großer Genauigkeit herstellbar sind und auch eine höhere Festigkeit aufweisen.According to FIG. 4, it is particularly advantageous to use the two guide tubes to be combined into a single body 17, as such bodies with great accuracy can be produced and also have a higher strength.

4 Figuren 9 Ansprüche4 figures 9 claims

Claims (9)

P a t e n t a n s p r u c h e 1. Isoliergestänge für Hochspannungsschalter zur Übertragung der Kraft vom Antrieb auf Erdpotential zum Schaltsystem aufd Hochspannungspotential, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder Antriebsrichtung eine lediglich auf Druck beanspruchte Stange zugeordnet ist, die aus mehreren übereinander angeordneten und in einem Isolierrohr (9, 9a) geführten zylindrischen Stäben (8, 8a2 aus isolierenden Material besteht. P a t e n t a n t r u c h e 1. Insulating rods for high-voltage switches to transfer the power from the drive to earth potential to the switching system to high voltage potential, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that each drive direction only has one is assigned to pressure loaded rod, which consists of several superposed and in an insulating tube (9, 9a) guided cylindrical rods (8, 8a2 made of insulating Material. 2. Isoliergestänge 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 die Länge der einzelnen Stäbe (8. 8a) höchstens das Doppelte der freien Knicklänge betra@@ 2. insulating rod according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the length of the individual rods (8. 8a) is at most twice the free buckling length betra @@ 3. Isoliergestänge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirnflächen der Stäbe (8, 8a) folienartige, an die Stirnflächen sich anschmiagende Zwischenlazgen (15, 15a) eingefügt sind.3. insulating rod according to claim 1, characterized in that that between the end faces of the rods (8, 8a) film-like, on the end faces clinging intermediate layers (15, 15a) are inserted. 4. Isoliergestänge 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 isolierende Material der Stähe (8, 8a) eine Druckfestigkeit von mindestens 20 000 kp@m², einen Elastizitätsmodul von mindestens 2,5 . 106 kp/cm² und eine Dichte von höchstens 4 g/cm³ hat.4. insulating rod according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the insulating material of the rods (8, 8a) has a compressive strength of at least 20,000 kp @ m², a modulus of elasticity of at least 2.5. 106 kgf / cm² and has a density of at most 4 g / cm³. 5. Isoliergestänge nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zylindrischen Stäbe (8, 8a)d aus Aluminiumoxid (Al203) mit einer Reinheit von mindestens 96 % bestehen.5. insulating rod according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the cylindrical rods (8, 8a) d made of aluminum oxide (Al203) with a purity of at least 96%. 6. Isoliergestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (9, 9a) aus keramischem Material besteht.6. insulating rod according to claim 1, characterized in that the Insulating tube (9, 9a) made of ceramic material. 7. Isoliergestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (82 8a) einen im sesentlichen polygonalen Querschnitt bei kreisförmigem Kanalquerschnitt des Isolierrohres -haben.7. insulating rod according to claim 1, characterized in that the Rods (82 8a) have an essentially polygonal cross-section with a circular channel cross-section of the insulating tube. 8. Isoliergestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (8, 8a) einen kreisförmigen Querschnitt bei im wesentlichen polygonalem Kanalquerschnitt des Isolierrohres haben.8. insulating rod according to claim 1, characterized in that the Rods (8, 8a) have a circular cross-section with a substantially polygonal channel cross-section of the insulating tube. 9. Isoliergestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Antriebsrichtungen zugeordneten Isolierrohre (9, 9a) zu einem einheitlichen Körper (17) zusaemengefaßt sind.9. insulating rod according to claim 1, characterized in that the the insulating tubes (9, 9a) assigned to the two drive directions to form a uniform Body (17) are summarized. L e e r s e i t eL e r s e i t e