DE3943447A1 - Schutz fuer komponenten gasisolierter schaltanlagen bei internen lichtbogenfehlern gegen durchbrennen - Google Patents
Schutz fuer komponenten gasisolierter schaltanlagen bei internen lichtbogenfehlern gegen durchbrennenInfo
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- H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
- H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
- H02B13/035—Gas-insulated switchgear
- H02B13/065—Means for detecting or reacting to mechanical or electrical defects
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schutz für Komponenten gasisolierter
Schaltanlagen bei inneren Lichtbogenfehlern gegen Durchbrennen, wobei die
Komponenten im wesentlichen aus einer mindestens an der Innenseite
leitfähigen Hülle als Außenleiter und einen durch Stützer gehaltenen
Innenleiter bestehen und wobei zur Erzeugung einer Rotation des Lichtbogens
im Abstand voneinander längliche Leiterbahnen vorgesehen sind, die gegen die
Mittelachse des Innen- und/oder Außenleiters mit einem Winkel geneigt sind,
der so bemessen ist, daß beim Auftreten eines Lichtbogens, durch die dem
Lichtbogen als Stromzuführung dienenden Leiterbahnen ein Magnetfeld
entsteht, welches in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Lichtbogens eine
azimutale Kraft erzeugt, die stärker ist als die azimutalen Kräfte, die
durch mögliche, zufällig auftretende Schräglagen des Lichtbogens entstehen
können.
Obwohl die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Störlichtbogens als
Folge eines Isolationsversagens in einer metallgekapselten, SF6-isolierten
Hochspannungsanlage sehr gering ist, müssen auch für diesen Fall umfassende
Schutzkonzepte angestrebt werden. Entsteht in einer SF6-isolierten Anlage
ein Störlichtbogen, so wandert dieser in axialer Richtung von der
Stromeinspeisung weg, bis er von einem Stützer festgehalten wird, Ursache
dieser Lichtbogenwanderung ist die Wechselwirkung der Magnetfelder des
Innen- und des Außenleiters mit dem Magnetfeld des Lichtbogens. An einem
solchen Stützer kommt es in der Mehrzahl der Fälle zu einer Stabilisierung
des Bogenfußpunktes auf einem Punkt der Außenhülle und es besteht die
Gefahr, daß diese im Fußpunktbereich durchgeschweißt wird.
Aus der Patentschrift CH 5 96 686 ist eine metallgekapselte
Hochspannungsanlage bekannt, in der ein Einsatz, bestehend aus einem mit
Einschnitten versehenen Blechmantel zur Erzeugung eines Magnetfeldes,
welches mit dem von dem Lichtbogen erzeugten Magnetfeld wechselwirkt, den
Lichtbogen zur Rotation zwingt. Hierdurch ist eine punktmäßige
Hitzebelastung der Metallkapselung der Hochspannungsanlage ausgeschlossen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rotation des Lichtbogens
besonders einfach zu erzeugen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiterbahnen im
Innen- und/oder Außenleiter vorgesehen sind.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß Komponenten
gasisolierter Schaltanlagen äußerst einfach und wirtschaftlich gegen ein
Durchbrennen aufgrund innerer Lichtbogenfehler geschützt werden können. Es
sind weder zusätzliche Einsätze wie Spulen oder Blechmäntel noch ein
zusätzlicher Materialaufwand erforderlich. Dadurch, daß der Lichtbogen auf
eine Rotationsbahn gebracht wird, rotiert er vor dem Stützer ohne diesen zu
beschädigen oder die Wandung vor dem Stützer durchzubrennen. Diese Rotation
des Lichtbogens ist ohne Beschädigung der betroffenen Komponente während
einer für solche Schäden verhältnismäßig langen Zeitspanne möglich. Während
dieser Zeitspanne kann die Anlage ohne Probleme vom Schutz abgeschaltet
werden.
Eine solche Rotation des Lichtbogens wird nach der erfindungsgemäßen
Lösung besonders einfach dadurch bewirkt, daß die gegen die gemeinsame
Achse des Innen- und/oder Außenleiters geneigten Leiterbahnen direkt in den
Innen- und/oder Außenleiter ein- oder aufgebracht werden.
Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Komponente, links quer und
rechts längs geschnitten, mit einem der Erläuterung
dienenden Zylinderkoordinatensystem,
Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Komponente im
Schnitt,
Fig. 3 eine Leiterbahn mit Zerlegung des Stromes in seine
Komponenten und
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Innenleiters nach
Fig. 2.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Komponente einer gasisolierten
Schaltanlage, wobei diese links quer zu ihrer Achse geschnitten ist und
rechts in Richtung der Längsachse. Ein Innenleiter 1 wird von einem
Außenleiter 2, der gleichzeitig als Hülle dient, umgeben. Zwischen dem
Innenleiter 1 und dem Außenleiter 2 befindet sich das SF6 als Isoliergas.
Zur Erläuterung der nachstehend dargestellten Erfindung dient das
Zylinderkoordinatensystem e z , e r und e ϕ , welches in die Fig. 1 eingetragen
ist. Ein Lichtbogen 6 wandert in einer solchen Komponente in Pfeilrichtung,
wenn die Stromeinspeisung an dem Innenleiter von der linken Seite erfolgt.
Der Rückfluß des Stromes im Außenleiter findet dann in umgekehrter
Richtung statt.
Der Lichtbogen läuft in einer solchen Komponente so lange in axialer
Richtung, bis er auf einen Stützer trifft.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt. Der
Innenleiter 1 wird von dem Außenleiter 2 umgeben und durch einen Stützer 3
so festgehalten, daß die Ache des Innenleiters mit der Achse des
Außenleiters zusammenfällt. Der Innenleiter 1 kann massiv oder als Rohr
ausgestaltet sein, der Stützer 3 besteht aus einem Isoliermaterial,
beispielsweise Gießharz, und der Außenleiter 2 kann als metallische Hülle
oder als Hülle aus nichtleitendem Material mit einer leitenden Schicht auf
der Innenseite ausgestaltet sein. Der Innenleiter 1 besteht in seinem an den
Stützer 3 angrenzenden Bereich 4 aus einer Vielzahl parallel verlaufender
Leiterbahnen 5, welche gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Diese
Leiterbahnen 5 sind durch isolierende Streifen unterbrochen und weisen einen
vorgegebenen Winkel α zur Achsrichtung auf.
In derselben Weise können Leiterbahnen auch auf der Innenseite der Hülle
angeordnet sein, so daß der Außenleiter 2 in seinem an den Stützer 7
angrenzenden Bereich 4′ aus am Innenumfang gleichmäßig verteilten
Leiterbahnen 5′ besteht, welche ebenfalls ein vorgegebenen Winkel α′ zur
Achsrichtung aufweisen. (Es sind nur zwei Leiterbahnen 5′ ausgezeichnet.)
Es ist auch möglich, solche Leiterbahnen 5, 5′ sowohl auf dem Innenleiter 1
wie auf dem Außenleiter 2 anzuordnen. Bei einer solchen Ausbildung müssen
die Leiterbahnen 5 des Innenleiters 1 einen Winkel α zur Achsrichtung
aufweisen, der dieselbe Richtung wie der Winkel α′ der Leiterbahnen 5′ des
Außenleiters hat, wobei die Winkel α und α′ gleich groß oder
unterschiedlich sein können.
Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels wird anhand der Fig. 2 bis 4
erläutert:
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einer Leiterbahn 5, die einen Winkel α zur
Achsrichtung aufweist und in die die Aufteilung des Stromes I in seine
Komponenten in z und in ϕ-Richtung eingezeichnet ist. Diese Leiterbahnen 5
sind zum Beispiel auf dem Innenleiter 1 im Bereich 4 angeordnet, wie dies in
Fig. 4 dargestellt ist. Wie in der Fig. 2 angedeutet, können an der
Innenseite der Hülle ebenfalls solche Leiterbahnen 5′ angeordnet werden,
wobei die Lage dieser Leiterbahnen 5′ für den Fall keine Rolle spielt, daß
nur der Außenleiter 2 mit solchen Leiterbahnen 5′ ausgestattet ist. Wird
jedoch der Innenleiter 1 mit Leiterbahnen 5 und der Außenleiter 2 mit
Leiterbahnen 5′ ausgestattet, so müssen die Winkel α, α′ der Leiterbahnen 5
im Verhältnis zu den Leiterbahnen 5′ eine Schräglage in gleicher
Drehrichtung aufweisen. Der Grund besteht darin, daß die durch diese
Anordnung erzeugten Kräfte den Lichtbogen in dieselbe Drehrichtung treiben
müssen.
Diese Kräfte entstehen durch die in Fig. 3 dargestellte Stromkomponente wie
I ϕ, welche das in Fig. 2 dargestellte Magnetfeld H z erzeugt, das in
Wechselwirkung mit dem durch den Lichtbogenstrom erzeugten Magnetfeld eine
azimutale, auf den Lichtbogen 6 wirkende Antriebskraft hervorbringt.
Eine solche azimutale Antriebskraft kann sowohl durch Leiterbahnen 5 des
Innenleiters 1 als auch durch Leiterbahnen 5′ des Außenleiters 2 erzeugt
werden. Die Erzeugung dieser azimutalen Kräfte sowohl auf dem Innenleiter 1
wie auf dem Außenleiter 2 erhöht die Wirksamkeit.
Der Winkel α bzw. α′ der Leiterbahnen 5 bzw. 5′ muß so bemessen sein, daß
beim Auftreten eines Lichtbogens 6, durch die dem Lichtbogen 6 als
Stromzuführung dienenden Leiterbahnen 5 bzw. 5′, ein Magnetfeld entsteht,
welches in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Lichtbogens 6 eine
azimutale Kraft erzeugt, die stärker ist als die azimutalen Kräfte, die
durch mögliche, zufällig auftretende Schräglagen des Lichtbogens 6 entstehen
können. Auf diese Weise kann mit absoluter Sicherheit eine Rotation des
Lichtbogens gewährleistet werden.
Die Leiterbahnen 5 können auf einem rohrförmigen Innenleiter 1 als Stege
ausgebildet sein, wobei diese Stege zum Beispiel durch Einarbeiten von
Schlitzen hergestellt werden können. Die Leiterbahnen 5 können auf dem
Innenleiter 1 jedoch auch in Form von Rippen aus besonders leitfähigem
Material angeordnet sein. Für die Ausbildung des entsprechenden Magnetfeldes
kann es ausreichen, wenn diese Rippen aus besonders leitfähigem Material
Zwischenräume aufweisen, an deren Grund sich weniger leitfähiges Material
befindet.
In ähnlicher Weise können die Leiterbahnen 5′ des Außenleiters 2
ausgestaltet werden. Beispielsweise können leitfähige Stege an der
Innenseite einer sonst nicht leitfähigen aber geschlossenen Hülle
ausgebildet sein. Auch bei diesen Leiterbahnen 5′ ist es möglich, sie in
Form von Rippen aus besonders leitfähigem Material auf der Innenseite der
Hülle anzuordnen. Die Hülle kann dann aus Isoliermaterial oder aus weniger
leitfähigem Material bestehen.
Die an den Stützer 3 angrenzende Bereiche 4, 4′ des Innenleiters 1 und/oder
des Außenleiters 2 können zur Optimierung des Durchbrennschutzes aus einem
Material bestehen, daß gute Laufeigenschaften für den Lichtbogen aufweist,
wie zum Beispiel Kupfer. Dadurch wird die Rotation des Lichtbogens
begünstigt, der Fußpunkt wandert noch schneller, wodurch auf dem
Außenleiter 2 die Erwärmung verringert wird. Auf diese Weise kann die
Wirksamkeit der Anordnung weiter erhöht werden.
Claims (6)
1. Schutz für Komponenten gasisolierter Schaltanlagen bei inneren
Lichtbogenfehlern gegen Durchbrennen, wobei die Komponenten im
wesentlichen aus einer mindestens an der Innenseite leitfähigen
Hülle als Außenleiter und einem durch Stützer gehaltenen
Innenleiter bestehen, und wobei zur Erzeugung einer Rotation des
Lichtbogens im Abstand voneinander längliche Leiterbahnen vorgesehen
sind, die gegen die Mittelachse des Innen- und/oder Außenleiters
mit einem Winkel geneigt sind, der so bemessen ist, daß beim
Auftreten eines Lichtbogens, durch die dem Lichtbogen als
Stromzuführung dienenden Leiterbahnen ein Magnetfeld entsteht,
welches in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Lichtbogens eine
azimutale Kraft erzeugt, die stärker ist als die azimutalen Kräfte,
die durch mögliche, zufällig auftretende Schräglagen des Lichtbogens
entstehen können,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterbahnen (5, 5′) im Innen- und/oder Außenleiter
vorgesehen sind.
2. Schutz für Komponenten nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterbahnen (5) als Stege eines rohrförmigen Innenleiters
(1) ausgebildet sind.
3. Schutz für Komponenten nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege durch Schlitze getrennt sind.
4. Schutz für Komponenten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterbahnen (5′) des Außenleiters (2) durch leitfähige
Stege an der Innenseite einer sonst nicht leitfähigen Hülle gebildet
sind.
5. Schutz für Komponenten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die an den Stützer (3) angrenzenden Bereiche (4, 4′) des Innen-
(1) und/oder des Außenleiters (2) aus Material bestehen, das gute
elektrische Leitfähigkeitseigenschaften aufweist.
6. Schutz für Komponenten nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Material Kupfer ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893943447 DE3943447A1 (de) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | Schutz fuer komponenten gasisolierter schaltanlagen bei internen lichtbogenfehlern gegen durchbrennen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893943447 DE3943447A1 (de) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | Schutz fuer komponenten gasisolierter schaltanlagen bei internen lichtbogenfehlern gegen durchbrennen |
DE3917988A DE3917988A1 (de) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | Schutz fuer komponenten gasisolierter schaltanlagen bei internen lichtbogenfehlern gegen druchbrennen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3943447A1 true DE3943447A1 (de) | 1990-12-06 |
Family
ID=25881503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893943447 Granted DE3943447A1 (de) | 1989-06-02 | 1989-06-02 | Schutz fuer komponenten gasisolierter schaltanlagen bei internen lichtbogenfehlern gegen durchbrennen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3943447A1 (de) |
Citations (7)
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1989
- 1989-06-02 DE DE19893943447 patent/DE3943447A1/de active Granted
Patent Citations (8)
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