RC-Anordnungen zum Schalten von induktiven Strömen mit Hoch spannungs -Vakuumschaltern

Die Erfindung betrifft die Beschaltung von elektrischen Einrichtungen, insbesondere Hochspannungs-Schalteinrichtungen, für die Hochspannungs-Energieübertragung mit RC-Anordnungen.

Beim Schalten von kleinen induktiven Strömen, wie sie bei Drosselanwendungen in den Hochspannungsnetzen (>= 72,5 kV) auftreten, sind besondere Schutzmaßnahmen notwendig. Die Schaltaufgabe birgt die Gefahr, dass transiente Überspannungen die Komponenten des Umspannwerks zerstören können. Hier ist speziell die Drossel selbst einer gewissen Gefahr ausgesetzt. Als Schaltmedien sind beispielsweise Gasschalter und Vakuumschaltgeräte gegeben.

In den Hochspannungsnetzen werden überwiegend SF6-Leistungs- schalter verwendet. Bei diesen Anwendungsfällen werden die Gasschalter nicht ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen betrieben. Diese Maßnahmen dienen der Reduzierung der während des Schaltvorganges auftretenden Überspannungen.

Bisher sind Anwendungen zum Drosselschalten in den Hochspannungsnetzen (>= 72,5 kV) mit einer Kombination aus einem elektronischen Steuergerät (steuert den exakten Zeitpunkt der Einschaltung oder Ausschaltung) und einem SF6-Leistungsschal- ter mit Einzelpolantrieb bedient worden. Die Lösung ist kostenintensiv, erfordert einen erhöhten Aufwand bei der Inbetriebsetzung und birgt das Risiko, dass sich die im Steuergerät hinterlegten Daten des Leistungs schaltens , wie zum Beispiel die Eigenzeiten des Schalters, im Verlaufe des Betriebs - über die Jahrzehnte - verändern. Damit könnte der optimale Schaltzeitpunkt verändert sein und die Funktion der Anordnung von Einzelpol-getriebenem Leistungsschalter und elektronischem Steuergerät beeinträchtigt sein. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Lösungen anzugeben, die im Hochspannungsbereich (>= 72,5 kV) den Einsatz von Vakuumschaltgeräten anstelle von Gasschaltern und des Weiteren von mehrpoligen Schaltgeräten für Drosselschaltanwendungen ermöglichen.

Das Problem wird durch eine Einrichtung für die elektrische Hochspannungs-Energieübertragung umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .

Die Nutzung eines RC-Filterkreises (Reihenschaltung aus Widerstand R und Kondensator C) kann die Auswirkung transienter Überspannungen deutlich reduzieren. Eine solche Lösung wird in der Mittelspannung seit vielen Jahren verwendet und ist damit Stand der Technik. Folglich sind auch RC-Filterkreiskomponenten für die Mittelspannungsebene verfügbar.

Durch eine Übertragung dieser Technik auf die höheren Spannungsebenen (>= 72,5 kV) wird der Einsatz von Vakuumschaltgeräten anstelle von Gasschaltern für Drosselschaltanwendungen im Hochspannungsbereich möglich.

Die RC-Filter kreiselemente können dabei durch eine Verschaltung bestehender diskreter RC-Bauelemente (zum Beispiel RC- Elemente in einem metallgekapselten Gehäuse („Kanne”) mit Ölisolation) vorgenommen werden, wie sie heute bereits in der Mittelspannung zum Einsatz kommen. Alternativ ist eine Integration der RC-Elemente in vorhandene oder neu designte Hochspannungskomponenten für gasisolierte (GIS) oder freiluftisolierte (AIS) Anwendungen möglich.

Die RC-Filter kreise können vorteilhafterweise in vorhandene oder neu designte Hochspannungselemente integriert oder die bestehenden Hochspannungsbausteine um entsprechende Teile erweitert / ergänzt werden. Vorteilhaft ist dabei, dass die RC- Elemente durch die Integration in die Hochspannungsbaueiemen- te nicht separate freiluftfeste Gehäuse (zum Beispiel metallgekapseltes Gehäuse mit Durchführung) haben müssen. Damit ergeben sich Aufwands- und Platzvorteile. Mehrpolige Schaltgeräte können mit nur einem Antrieb gesteuert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden als Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand von Figuren näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig 1 eine erfindungsgemäße drei-polige, Gas-isolierte Hochspannungs-Einrichtung mit einzelnen Widerstandsscheiben und Kondensatoren,

Fig 2a eine erfindungsgemäße einpolige Hochspannungs-Gießharz-Durchführung mit RC-Beschaltungen ,

Fig 2b eine erfindungsgemäße drei-polige Hochspannungs-Gießharz-Durchführung mit RC-Beschaltungen,

Fig 3 eine erfindungsgemäße Hochspannungs-Durchführung in zwei Ausf ührungsvarianten

Fig 4a eine erfindungsgemäße Hochspannungs-Durchführung mit in den Überwurf integrierten RC-Elementen,

Fig 4b erfindungsgemäß konzentrisch zum Leiter angeordnete RC-Element- Scheiben ,

Fig 5a einen erfindungsgemäßen Hochspannungs-Leistungsschalter mit auf der Antriebs seite in die Isolierstützer integrierten RC-Elementen,

Fig 5b einen erfindungsgemäßen Hochspannungs-Leistungsschalter mit auf der Festkontaktseite in die Isolierstützer integrierten RC-Elementen,

Fig 6 Varianten von Kombinationen von erfindungsgemäßen RC- Elementen, Fig 7 ein erstes erfindungsgemäßes Freiluft-isoliertes Hochspannungs-Ableitergehäuse mit einzelnen Widerstandsscheiben und Kondensatoren,

Fig 8 ein zweites erfindungsgemäßes Freiluft-isoliertes Hochspannungs-Ableitergehäuse mit einzelnen Widerstandsscheiben und Kondensatoren,

Fig 9a einen erfindungsgemäßen Live-Tank Leistungsschalter mit integrierten RC-Elementen ,

Fig 9b erfindungsgemäß konzentrisch zur Schaltstange angeordnete RC-Element-Scheiben ,

Fig 10 einen erfindungsgemäßen Dead-Tank Leistungsschalter mit in die Durchführung integrierten RC-Elementen und Fig 11 einen erfindungsgemäßen Dead-Tank Leistungsschalter mit in den Stützer integrierten RC-Elementen.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente .

Die Erfindung kann bei Gas-isolierten Anwendungen (GIS) , die in die Kategorie Kesselanwendungen fallen, zum Einsatz kommen .

Bei der in Fig 1 gezeigten Gas-isolierten Hochspannungs-Einrichtung, die einpolig oder mehrpolig ausgebildet sein kann, ist ein herkömmlicher Ableiter derart abgewandelt, dass anstelle von Ableiter-Widerständen , wie zum Beispiel Metalloxid (MO) -Widerstände, einzelne Widerstandsscheiben R und Kondensatoren C angeordnet sind.

Die Fig 2a und die Fig 2b zeigen eine einpolige Gießharzdurchführung beziehungsweise eine drei-polige Gießharzdurchführung, bei denen die RC-Elemente derart integriert sind, dass sie in Gießharz eingegossen sind. Hierbei ist ein mit Hochspannung beaufschlagter Leiter 22 über ein jeweiliges RC- Element mit Masse M verbunden. Eine erfindungsgemäße Gieß- harzdurchf ührung kann mit einem LPIT - Low Power Instrument Transformer kombiniert sein. Bei der in Fig 3 gezeigten Hochspannungs-Durchf ührung/Auslei- tung 23 einer gasisolierten Schaltanlage sind zwei Ausführungen dargestellt, bei denen die RC-Elemente parallel zur Durchführung angeordnet sind. Wie in der Fig 3 rechts dargestellt können die RC-Elemente in den Überwurf der Durchführung integriert sein, zum einen auf der inneren Oberfläche der Durchführung oder zum anderen im Feststoffmaterial (Keramik, Komposite, Silikon, et cetera) der Durchführung. Wie in der Fig 3 links dargestellt können die RC-Elemente in einem separaten Überwurf 19 gestapelt angeordnet sein, wobei für die RC-Elemente eine Gas-, Flüssigkeits- oder Feststoff isolation zum Einsatz kommen kann.

Bei der in Fig 4a gezeigten Hochspannungs-Durchführung/Aus- leitung 23 einer gasisolierten Schaltanlage sind die RC-Ele- mente in den Überwurf der Durchführung integriert, wobei der Leiter 22 über die RC-Elemente mit der auf Masse M liegenden Elektrode E oder dem auf Masse M liegenden Außengehäuse der Durchführung verbunden ist. Die RC-Elemente können in Gießharz eingegossen sein. Die RC-Elemente können, wie in Fig 4b dargestellt, als koaxiale Elemente um den Leiter 22 gestapelt angeordnet sein. Bei der Ausführungsform nach Fig 4a mag gegenüber einer herkömmlichen Durchf ührung/Ausleitung der Durchmesser und/oder die Länge des Bereichs der Durchfüh- rung/Ausleitung, wo die RC-Elemente angeordnet sind, vergrößert ausgestaltet sein.

Bei dem in Fig 5a gezeigten Hochspannungs-Leistungsschalter sind in den Isolierstützer auf der Antriebsseite einer Unterbrechereinheit UE RC-Elemente angeordnet. Bei dem in Fig 5b gezeigten Hochspannungs-Leistungsschalter sind in den Isolierstützer auf der Festkontaktseite einer Unterbrechereinheit UE RC-Elemente angeordnet. Die RC-Elemente, die zwischen Hochspannung HV und Masse M in Reihe geschaltet sind, können in den Isolierstützer eingegossen sein, wobei eine Feststoffisolation gegeben ist. Die RC-Elemente können im Gasraum pa- rallel zum Stützermaterial des I solierstützers angeordnet sein .

Fig 6 zeigt Kombinationsvarianten von erfindungsgemäßen RC- Elementen . Die RC-Verschaltung kann je nach Design, aber auch Anwendungsfall auf verschiedene Art und Weise erfolgen, zum Beispiel abwechselnd immer kleine RC-Elemente, ein großes R- und ein großes C-Element, verschiedene Kombinationen von R- und C-Elementen (zum Beispiel 2xR, 2x0) , symmetrisch oder asymmetrisch .

Die Erfindung kann bei Freiluft-isolierten Anwendungen (AIS) zum Einsatz kommen.

Bei der in Fig 7 gezeigten Ausführung sind in einem Freiluftisolierten Hochspannungs-Ableitergehäuse anstelle der herkömmlichen Ableiter-Widerstände , wie zum Beispiel Metalloxid (MO) -Widerstände, erfindungsgemäß einzelne Widerstandsscheiben R und Kondensatoren C gas-, f lüs sigkeits- oder feststoffisoliert gestapelt angeordnet.

Bei der in Fig 8 gezeigten Ausführung sind in einem Freiluftisolierten Hochspannungs-Ableitergehäuse anstelle der herkömmlichen Ableiter-Widerstände, wie zum Beispiel Metalloxid (MO) -Widerstände, erfindungsgemäß einzelne Widerstandsscheiben R und Kondensatoren C isoliert angeordnet. Die Widerstandsscheiben R und die Kondensatoren C sind mittels konzentrisch um sie herum gleichverteilt angeordneter GFK-Stäbe von dem sie konzentrisch umschließenden Isoliergehäuse 13 be- abstandet .

Der in Fig 9a gezeigte Live-Tank Leistungsschalter kann einpolig oder mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein. Eine Unterbrechereinheit UE im Überwurf wird über eine isolierende Stützersäule 25 von einer Basis 16 getragen und ist über eine in der Stützersäule angeordnete, isolierende Schaltstange 18 von einem Antrieb 17 und einem in der Basis 16 auf genommenen Getriebe betätigbar. Bei der in Fig 9a links dargestellten Unterbrechereinheit sind RC-Elemente in der Stützersäule 25 neben der Schaltstange angeordnet. Bei der in Fig 9a rechts dargestellten Unterbrechereinheit ist neben einer Stützersäule 25 mit Schaltstange 18 eine separate RC- Säule in einem gesonderten Überwurf 19 angeordnet. In der RC- Säule können RC-Elemente mit Gas-, Flüssigkeits- oder Feststoff isolation angeordnet sein.

Bei der in Fig 9a mittig dargestellten Unterbrechereinheit sind, wie in Fig 9b in Draufsicht näher dargestellt, RC- Elemente 7 als RC-Scheiben konzentrisch zu der Schaltstange 18 in der Stützersäule gestapelt angeordnet.

Bei dem in Fig 10 dargestellten Dead-Tank Leistungs Schalter ist eine Unterbrechereinheit UE mittels Isolierstützer 20 in einem auf Masse M liegenden Gehäuse befestigt und durch einen Antrieb 17 betätigbar. In eine Durchführung 23 sind RC-Ele- mente 7 integriert. Die in Fig 10 links dargestellte Durchführung mag durch eine für Fig 4 beschriebene Hochspannungs- Durchf ührung/Ausleitung gegeben sein. Die in Fig 10 rechts dargestellte Durchführung 23 mag durch eine für Fig 3 beschriebene Hochspannungs-Durchf ührung/Ausleitung gegeben sein .

Bei dem in Fig 11 dargestellten Dead-Tank Leistungs Schalter ist eine Unterbrechereinheit UE in einem auf Masse M liegenden Gehäuse mittels Isolierstützer 20 befestigt. In die dem Antrieb 17 abgewandten Isolierstützer auf der Festkontaktseite der Unterbrechereinheit sind RC-Elemente 7 integriert. In die dem Antrieb zugewandten Isolierstützer auf der Antriebsseite der Unterbrechereinheit können RC-Elemente 7 integriert sein .

Zwischen der in der Fig 11 rechts dargestellten Durchführung 23 und dem Gehäuseflansch ist eine Gießharzdurchführung 24 entsprechend der Ausführung nach Fig 2a angeordnet. In die Gießharzdurchführung sind RC-Elemente derart integriert, dass sie in Gießharz eingegossen sind. Die Gießharzdurchführung kann mit einem LPIT - Low Power Instrument Transformer kombiniert sein

Die in Fig 10 und Fig 11 dargestellten Dead-Tank-Anwendungen fallen in die Kategorie Kesselanwendungen. Der in Fig 10 und Fig 11 dargestellte Dead-Tank Leistungsschalter kann einpolig oder mehrpolig, insbesondere dreipolig, ausgeführt sein.

Eine Unterbrechereinheit UE mag einen Hochspannungsschalter, insbesondere Hochspannungs-Vakuumschalter, umfassen.

Die erfindungsgemäße Beschaltung von elektrischen Einrichtungen für die Hochspannungs-Energieübertragung mit RC-Anordnun- gen bildet eine Schutzschaltung für Hochspannungs-Schalteinrichtungen, insbesondere Hochspannungs-Vakuumschalter.

Unter Hochspannung im Sinne der Erfindung wird eine Spannung von 72,5 kV (kilo Volt) und größer verstanden, umfassend Gleichspannung, Wechselspannung, wenn dreipolig auch Drehstrom.

Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren . Bezugszeichenliste

1 - Ausblasöffnung

2 - Druckentlastungseinheit

3 - Druckfeder

4 - Dichtring

5 - Kittung

6 - Metallisches Füllstück

7 - RC-Kombination

8 - Haltestange, Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK)

9 - Halteplatte, Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK)

10 - Porzellangehäuse

11 - Aluminiumflansch

12 - Endarmatur mit Hochspannungsanschluss

13 - Silikonschirmung

14 - GFK-Stäbe

15 - Endarmatur mit Fuss, Masse

16 - Basis, Getriebe

17 - Antrieb

18 - Schaltstange , Isolierstange

19 - Überwurf

20 - Isolierstützer, Stützer

21 - Sockel

22 - Leiter

23 - Durchführung

24 - Gießharzdurchführung

25 - Stützersäule

AIS - Air Insulated Switchgear

C - Kondensator, Kapazität

E - Elektrode

DT - Dead Tank

GIS - Gas Insulated Switchgear

HV - Hochspannung, high voltage

LPIT - Low Power Instrument Transformer

LT - Live Tank

M - Masse, Erdpotential MO - Metalloxid

R - elektrischer Widerstand

UE - Unterbrechereinheit