PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19958782B4 04.05.2006
Titel Durchführungsstützer und -stromwandler für metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungs-Schaltanlagen
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Piaggi, Luis, 63067 Offenbach, DE;
Stolz, Rainer, 63477 Maintal, DE;
Röhling, Christoph, 10557 Berlin, DE;
Zweng, Dieter, 63110 Rodgau, DE;
Brockmann, Olaf, 22359 Hamburg, DE
DE-Anmeldedatum 30.11.1999
DE-Aktenzeichen 19958782
Offenlegungstag 31.05.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse H02B 13/065(2006.01)A, F, I, 20051116, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01B 17/26(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   H01F 38/30(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler für metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungs-Schaltanlagen, die jeweils auf einem Trageblech angeordnet und mit diesem lösbar verbunden sind, wobei

  • 1.1 die Durchführungsstützer (DFS) und die Durchführungsstromwandler (DSW) jeweils eine rechteckförmige Durchführungsöffnung (DFO) aufweisen,
  • 1.2 an die Durchführungsöffnung (DFO) sich in einer Einführungsrichtung der Durchführungsöffnung (DFO) ein, vorzugsweise mit runder Querschnittsstruktur versehenes, Aufnahmeteil (AFT) mit einem zur Oberseite nach außen weisenden Leiteranschluß (LTA) anschließt,
  • 1.3 der Leiteranschluß (LTA) über einen Primärleiter (PLT) mit einem Gegenkontakt (GKT) elektrisch leitend verbunden ist und
  • 1.4 die Durchführungsöffnung (DFO) und das Aufnahmeteil (AFT) Bestandteil eines gemeinsamen Gießharzkörpers (GHK) sind.

Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler dienen bei den Mittelspannungs-Schaltanlagen zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen Sammelschienen bzw. allgemein zwischen Kabelanschlüssen und Schaltgeräten. Mit den Durchführungsstromwandlern werden darüber hinaus die Stromverhältnisse der einzelnen Phasen der Mittelspannungs-Schaltanlagen überwacht. Sowohl die Durchführungsstützer als auch die Durchführungsstromwandler sind konstruktiv derart zu bemessen, daß sie den mechanischen Anforderungen im Hinblick auf ihre Tragfähigkeit und auch den elektrischen Anforderungen hinsichtlich ihrer Spannungsfestigkeit entsprechen.

Durchführungsstützer und -stromwandler der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der EP 0 030 489 B1 bekannt. Die EP 0 030 489 B1 offenbart eine Mittelspannungsschaltzelle mit einem Metallgehäuse als metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungsschaltanlage. Bei dieser Mittelspannungsschaltanlage sind Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler an einer Gehäuseplatte als Trageblech angeordnet und weisen eine rechteckförmige Durchführungsöffnung aufweisen, an die sich ein Aufnahmeteil mit einem Leiteranschluss anschließt, wobei der Leiteranschluss mit einem Gegenkontakt elektrisch leitend verbunden ist. Die Durchführungsöffnung und das Aufnahmeteil sind Bestandteil eines gemeinsamen Gießharzkörpers.

Aus der DE 297 14 253 U1 ist ein Durchführungswandler für metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungsschaltanlagen bekannt, dessen Aufnahmeteil eine runde Querschnittsstruktur und einen zur Oberseite nach außen weisenden Leiteranschluss aufweist. Aus der DE 297 14 254 U1 ist weiterhin ein Durchführungsstützer für metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungsschaltanlagen bekannt, welcher ebenfalls ein Aufnahmeteil mit einer runden Querschnittsstruktur und einen zur Oberseite nach außen weisenden Leiteranschluss aufweist. Die DE 197 34 553 A1 beschreibt eine Mittelspannungsschaltanlage mit Sammelschienenraum und Anschlussraum, bei der solche Durchführungsstützer bzw. Durchführungswandler aus der DE 297 14 254 U1 bzw. aus der DE 297 14 253 U1 zum Einsatz kommen.

Aus der DE 196 15 553 A1 ist eine Sammelschienenkupplung für nebeneinander stehende Leistungsschalterfelder bekannt, bei der torusartige Steuerelektroden zur Potentialsteuerung zwischen Kupplungsgehäusebauteilen und stromführenden Bauteilen vorgesehen sind.

Aus der EP 0 678 956 A1 ist ferner ein Strom- und Spannungssensor für ein Hochspannungsfeld bekannt. Bei diesem Strom- und Spannungssensor weist ein Gießharzgehäuse einen Hohlraum auf, in dem ein hochohmiger Widerstand als Spannungssensor vorgesehen ist, welcher über ein Kontaktelement mit einem Stromleiter verbunden ist. Der Hohlraum wird mittels eines Deckels verschlossen. Der Stromleiter ist an seinem freien Ende über eine Kontaktierungsanordnung mit einem Anschlusselement eines Leistungsschalterpols verbindbar, wobei um den Stromleiter ein Stromwandler als Stromsensor angeordnet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler für höhere Bemessungsspannungen, beispielsweise im Bereich bis 24 kV, zu konzipieren, ohne daß die bisher für niedrigere Spannungen bemessenen Bauvolumen derartiger Geräte wesentlich überschritten werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass

  • 1.5 der Gießharzkörper (GHK) im frontseitigen Bereich der Durchführungsöffnung (DFO) eine diese U-förmig umgebende im Gießharz vergossene Außensteuerelektrode (SEA) aufweist und
  • 1.6 der Gießharzkörper im Grenzbereich zwischen der Durchführungsöffnung (DFO) und dem Aufnahmeteil (AFT) mit einer im Gießharz vergossenen, die Durchführungsöffnung (DFO) tellerförmig abschirmenden Innensteuerelektrode (SEI) versehen ist.

Die Erhöhung der Spannungsfestigkeit für die Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler wird durch das Vorhandensein von zwei Steuerelektroden, der U-förmigen Außensteuerelektrode und der tellerförmigen Innensteuerelektrode, begünstigt, die jeweils im Gießharzkörper angeordnet und dort fest vergossen sind.

Die auf Erdpotential liegende, U-förmige Außensteuerelektrode bewirkt, dass die elektrische Feldstärke des spannungsbelasteten Gegenkontakts über die sich bildenden Äquipotentiallinien gegen die Außensteuerelektrode abgebaut wird. Da die Außenelektrode unmittelbar im Bereich der Frontblechplatte angeordnet ist, werden auch die sonst üblichen negativen Einflüsse hinsichtlich der bei scharfkantigen Blechplatten auftretenden Spannungsüberschläge und die starken Teilentladungen innerhalb der Durchführungsöffnungen weitestgehend eliminiert.

Mit der tellerförmigen Innensteuerelektrode werden das elektrische Feld und die Äquipotentiallinien im Gießharz derart beeinflusst, daß der Gegenkontakt wegen des deutlich reduzierbaren Luftabstands zur Durchführungsöffnung entsprechend vergrößert wirkt. Die elektrischen Feldlinien des Gegenkontaktes werden durch die tellerförmige Innensteuerelektrode praktisch kugelförmig verteilt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale

  • 2.1 die Außensteuerelektrode ist einseitig mit einem Erdpotentialanschluß elektrisch leitend verbunden, und
  • 2.2 der Erdpotentialanschluß ist frontseitig im Bereich des Trageblechs angeordnet,
erreicht.

Damit ist in vorteilhafter Weise der Erdpotentialanschluß von außen her ohne zusätzlichen Montageaufwand jederzeit zugänglich.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchführungsöffnung (DFO) frontseitig nach außen hin treppenförmig abgesetzt.

Zwar ist es aus der FR 2 586 868 bekannt, die Öffnung eines elektrischen Isolierkörpers treppenförmig abzusetzen, jedoch betrifft die FR 2 586 868 eine Schaltanlage, welche im Bereich des Kabelabganges treppenförmig abgesetzt ist.

Die treppenförmige Ausgestaltung der Durchführungsöffnung dient zur Verlängerung des Kriechweges. Dadurch wird für einen hochspannungsführenden rechteckigen Kontaktarm, der zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem Gegenkontakt in die Durchführungsöffnung eingeführt wird, der elektrische Widerstand im Bereich der Luftstrecke und der Gießharzwandung derart vergrößert, daß sich die Feldstärke im Bereich dieser Bemessungsspannung nicht mehr schädigend auswirken kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale

  • 4.1 der Aufnahmeteil enthält einen Stromwandlerkern,
  • 4.2 der Stromwandlerkern umschließt den Primärleiter zentrisch,
  • 4.3 der Primärleiter ist derart mit dem Leiteranschluß elektrisch leitend verbunden, daß mindestens ein Teilbereich des Stromwandlerkerns im Abstand desselben zum Primärleiter nach außen hin abgeschirmt ist,
vorgesehen.

Mit dieser konstruktiven Gestaltung des Primärleiters wird die Spannungsfestigkeit durch entsprechende Bündelung der Äquipotentiallinien im Bereich des Stromwandlerkerns zusätzlich erhöht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch das Merkmal

  • 5.1 der Durchführungswandler ist als Ringkernwandler ausgeführt,
gegeben.

Die Erfindung wird durch zwei figürlich dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei die 1 und 2 einen Durchführungsstromwandler und die 3 und 4 einen Durchführungsstützer jeweils in zwei technischen Ansichten, der Seitenansicht im Teilschnitt und der Draufsicht, darstellen.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Durchführungsstromwandlers DSW, angeordnet auf dem Trageblech TBL, in einer Teilschnittansicht derart, daß der Gegenkontakt GKT mit seinem Primärleiter PLT und dem Leiteranschluß LTA, sichtbar sind. Gleichzeitig ist erkennbar, daß der im Gießharz eingegossenen Primärleiter PLT zentrisch von dem ebenfalls im Gießharzkörper GHK (2) eingegossenen Stromwandlerkern SWK des Durchführungsstromwandlers DSW umgeben ist und daß im Bereich der Verbindung zum Leiteranschluß LTA mindestens ein Teilbereich des Stromwandlerkerns SWK von dem rückgeführten Primärleiter PLT nach oben hin in annähernd gleichen Abstand zu demselben umgeben ist. In der unteren Teilschnittansicht des Durchführungsstromwandlers DSW ist im Bereich der Durchführungsöffnung DFO besonders die treppenförmige Ausgestaltung derselben zur Vergrößerung der Kriechstrom-Weglänge erkennbar. Mit der auszugsweise dargestellten Frontblechplatte FBP ist angedeutet, daß der Durchführungsstromwandler DSW in den Mittelspannungs-Schaltanlagen frontseitig durch eine nicht bezeichnete Nut lagefixiert ist.

Desweiteren ist im Bereich der Frontblechplatte FBP die Außensteuerelektrode SEA angeordnet, die einseitig über den Erdpotentialanschluß EPA mit dem definierten Erdpunktpotential verbunden ist. Wie bereit ausgeführt, wird damit die elektrische Feldstärke in der Durchführungsöffnung DFO ausgehend vom aktiven Gegenkontakt GKT mit entprechender Steuerung der Äquipotentiallinien definiert gegen die Außensteuerelektrode abgebaut. Damit werden u.a. Teilentladungsvorgänge und Spannungsüberschläge, insbesondere im Bereich der scharfen Kanten der Frontbleche, verhindert.

Die 2 zeigt den Durchführungsstromwandler in der Draufsicht, aus der besonders die Lagefixierung des Gießharzkörpers GHK innerhalb der Frontblechplatte FBP der Mittelspannungs-Schaltanlage hervorgeht. Desgleichen sind in dieser Darstellung in besonderer weise die Anordnung des Stützarms STA und die vorzugsweise runde Querschnittskontur des Aufnahmeteils AFT mit dem von außen zugänglichen Leiteranschluß LTA erkennbar.

Der 3 ist ein Ausführungsbeispiel für den Durchführungsstützer DFS mit dem Gießharzkörper GHK zu entnehmen, deren wesentliche Funktion lediglich in der Bereitstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zu dem Leiteranschluß LTA über seine Durchführungsöffnung DFO besteht. Ein mit Hochspannungspotential behafteter Kontaktarm muß dazu sicher und frei von Spannungsüberschlägen mit dem an gleicher Stelle wie beim Durchführungsstromwandler angeordneten, jedoch nicht dargestellten Gegenkontakt am Ende der Durchführungsöffnung DFO verbindbar sein. Der Durchführungsstützer DFS weist ebenfalls einen Stützarm STA zur Vergleichmäßigung der Tragkraft in Bezug auf der mit dem Leiteranschluß LTA in Verbindung stehenden, nicht dargestellte Einrichtung auf. Der Durchführungsstützer DFS ist ebenfalls lösbar mit dem Trageblech TBL verbunden.

Aus der darunter dargestellten Draufsicht in 4 ist in besonderer weise die vorzugsweise runde Querschnittskontur des Aufnahmeteils AFT sowie der Leiteranschluß LTA und der hier als Ausleger angeordnete Stützarm STA ersichtlich.


Anspruch[de]
  1. Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler für metallgekapselte, luftisolierte Mittelspannungs-Schaltanlagen, die jeweils auf einem Trageblech angeordnet und mit diesem lösbar verbunden sind, wobei

    1.1 die Durchführungsstützer (DFS) und die Durchführungsstromwandler (DSW) jeweils eine rechteckförmige Durchführungsöffnung (DFO) aufweisen,

    1.2 an die Durchführungsöffnung (DFO) sich in einer Einführungsrichtung der Durchführungsöffnung (DFO) ein, vorzugsweise mit runder Querschnittsstruktur versehenes, Aufnahmeteil (AFT) mit einem zur Oberseite nach außen weisenden Leiteranschluß (LTA) anschließt,

    1.3 der Leiteranschluß (LTA) über einen Primärleiter (PLT) mit einem Gegenkontakt (GKT) elektrisch leitend verbunden ist und

    1.4 die Durchführungsöffnung (DFO) und das Aufnahmeteil (AFT) Bestandteil eines gemeinsamen Gießharzkörpers (GHK) sind,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    1.5 der Gießharzkörper (GHK) im frontseitigen Bereich der Durchführungsöffnung (DFO) eine diese U-förmig umgebende im Gießharz vergossene Außensteuerelektrode (SEA) aufweist und

    1.6 der Gießharzkörper im Grenzbereich zwischen der Durchführungsöffnung (DFO) und dem Aufnahmeteil (AFT) mit einer im Gießharz vergossenen, die Durchführungsöffnung (DFO) tellerförmig abschirmenden Innensteuerelektrode (SEI) versehen ist.
  2. Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler nach Patentanspruch 1,

    gekennzeichnet durch die Merkmale

    2.1 die Außensteuerelektrode (SEA) ist einseitig mit einem Erdpotentialanschluß (EPA) elektrisch leitend verbunden,

    2.2 der Erdpotentialanschluß (EPA) ist frontseitig im Bereich des Trageblechs (TBL) angeordnet.
  3. Durchführungsstützer und Durchführungsstromwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungsöffnung (DFO) frontseitig nach außen hin treppenförmig abgesetzt ist.
  4. Durchführungsstromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

    gekennzeichnet durch die Merkmale

    4.1 der Aufnahmeteil (AFT) enthält einen Stromwandlerkern (SWK),

    4.2 der Stromwandlerkern (SWK) umschließt den Primärleiter (PTL) zentrisch,

    4.3 der Primärleiter (PLT) ist derart mit dem Leiteranschluß (LTA) elektrisch leitend verbunden, daß mindestens ein Teilbereich des Stromwandlerkerns (SWK) im Abstand desselben zum Primärleiter (PLT) nach außen hin abgeschirmt ist.
  5. Durchführungsstromwandler nach Patentanspruch 4, gekennzeichnet durch das Merkmal 5.1 der Durchführungswandler (DSW) ist als Ringkernwandler ausgeführt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com