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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung zur elektrisch leitenden Verbindung zweiter Leiterabschnitte durch die Wand eines Gehäuses hindurch mit einer gasdichten und/oder flüssigkeitsdichten Kapsel, in deren Innerem ein zwischen den beiden Leiterabschnitten verlaufender Innenleiter gegen die Außenwand der Kapsel elektrisch isoliert geführt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Einrichtung mit wenigstens einem in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Bauteil, welches gegen das Gehäuse elektrisch isoliert ist und mit wenigstens einer derartigen Durchführung.
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Eine elektrische Durchführung wird allgemein dazu verwendet, um ein elektrisches Bauteil durch die Wände eines das Bauteil umgebenden Gehäuses hindurch zu kontaktieren. Das elektrische Bauteil wird dabei typischerweise gegen die Wand des Gehäuses elektrisch isoliert, um Erd- oder Kurzschlüsse im Energieversorgungsnetz zu verhindern und zum Schutz von Personen. Daher muss der Leiter einer solchen elektrischen Durchführung gegen die Gehäusewand, die er durchdringt, mit einer ausreichenden, an die Betriebsspannung und die dazu gehörige Schaltstoßspannung und Blitzstoßspannung des elektrischen Bauteils angepassten Spannungsfestigkeit isoliert sein. Hierzu kann ein Innenleiter der Durchführung in einer gasdichten Kapsel angeordnet werden, wobei diese Kapsel beispielsweise evakuiert sein kann oder mit einem Schutzgas gefüllt sein kann.
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Um das elektrische Bauteil mit einem übergeordneten Stromkreis zu verbinden oder von diesem zu trennen, wird das elektrische Bauteil zweckmäßig elektrisch in Serie mit einem Schalter verbunden. Der Schalter dient beispielsweise dem Zu- und/oder Abschalten von Betriebsströmen und/oder der Trennung des elektrischen Bauteils vom Stromkreis in einem Kurzschlussfall. Solche Schalter werden typischerweise mit anderen elektrischen Komponenten, wie Sammelschienen, Stromwandlern und/oder Spannungswandlern in einem Schaltfeld zusammengefasst. Derartige Schaltfelder werden nach dem Stand der Technik außerhalb des oben beschriebenen Gehäuses eines gekapselten elektrischen Bauteils angeordnet, wobei mehrere Schaltfelder zu einer Schaltanlage zusammengefasst werden. Für die Anbindung einer solchen gekapselten elektrischen Komponente werden oft zwei oder drei Schaltfelder benötigt, da zusätzlich zu dem jeweiligen Schaltfeld pro elektrischem Anschluss des Bauteils weitere Anschlüsse und/oder Schutz- und Messeinrichtungen benötigt werden. Da Schaltfelder mit Vakuumschaltern für Mittelspannungsanwendung allgemein sehr groß sind, benötigen derartige Schaltanlagen oft viel Platz.
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Nachteilig bei den elektrischen Durchführungen nach dem Stand der Technik ist daher, dass für eine schaltbare Anbindung der mit ihnen angeschlossenen gekapselten Bauteile an einen übergeordneten Stromkreis ein zusätzlicher und unter Umständen relativ hoher Platzbedarf entsteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrische Durchführung anzugeben, welche die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine derartige Durchführung zur Verfügung gestellt werden, über welche auf platzsparende Weise eine schaltbare Kontaktierung des elektrischen Bauteils durch die Wand seines Gehäuses hindurch ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe ist es, eine elektrische Einrichtung mit einem in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Bauteil und einer derartigen Durchführung anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene elektrische Durchführung und die in Anspruch 8 beschriebene elektrische Einrichtung gelöst.
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Die erfindungsgemäße elektrische Durchführung dient zur leitenden Verbindung zweier Leiterabschnitte durch die Wand eines Gehäuses hindurch. Sie weist eine gasdichte und/oder flüssigkeitsdichte Kapsel auf, in deren Innerem ein zwischen den beiden Leiterabschnitten verlaufender Innenleiter gegen die Außenwand der Kapsel elektrisch isoliert geführt ist. Sie weist weiterhin einen elektrischen Schalter auf mit einem Kontaktsystem, welches ebenfalls im Inneren der Kapsel angeordnet ist und über welches der Innenleiter zwischen den beiden Leiterabschnitten elektrisch trennbar ist.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen elektrischen Durchführung liegt darin, dass die elektrisch isolierende Kapsel der Durchführung gleichzeitig als elektrisch isolierende Kapsel eines Kontaktsystems des Schalters genutzt wird und somit Platz eingespart wird. Bei einem Schalter bestehend aus zumindest einem Kontaktsystem als Unterbrecheinheit und einer hiervon separierten mechanischen Antriebseinheit ist es dabei ausreichend, wenn das Kontaktsystem zusammen mit den übrigen Teilen der elektrischen Durchführung zu einem Bauteil integriert ist. Die Antriebseinheit kann außerhalb der Kapsel angeordnet sein, sie kann jedoch optional ebenfalls in die elektrische Durchführung integriert sein, beispielsweise an einer Peripherie der Kapsel. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Integration des Schalters in den Bereich der Gehäusewand der elektrischen Einrichtung unter Umständen auch die Anzahl der Schalter reduziert werden kann, da der Bedarf für zusätzliche übergeordnete Schaltfelder zur Trennung eines größeren Netzabschnittes bei der engeren räumlichen Nähe zwischen den Schaltern der einzelnen Zuleitungen und dem elektrischen Bauteil unter Umständen entfallen kann.
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Die erfindungsgemäße elektrische Einrichtung weist wenigstens ein in einem Gehäuse angeordnetes elektrisches Bauteil, welches gegen das Gehäuse elektrisch isoliert ist, und wenigstens eine erfindungsgemäße Durchführung zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils durch die Wand des Gehäuses hindurch auf. Die Vorteile der erfindungsgemäßen elektrischen Einrichtung ergeben sich analog zu den beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Durchführung.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 8 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen der elektrischen Durchführung und der elektrischen Einrichtung vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
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So kann die Kapsel einen Vakuumraum umschließen, innerhalb dessen wenigstens ein Teil des Innenleiters geführt ist und innerhalb dessen die Kontakte der Unterbrechereinheit angeordnet ist. Es kann sich also mit anderen Worten um eine vakuumisolierte elektrische Durchführung handeln, die mit dem Kontaktsystem eines vakuumisolierten Schalters zu einem Bauteil integriert ist. Durch das Vakuum in der Kapsel dieses integrierten Bauteils wird zum einen eine spannungsfeste elektrische Isolation des Innenleiters der Durchführung gegen die Wand des Gehäuses erreicht. Zum anderen wird durch das Vakuum die Spannungsfestigkeit der geöffneten Kontaktstrecke nach dem Erlöschen des Schaltlichtbogens im Stromnulldurchgang beim Betätigen des Schalters erreicht. Je nach Nennspannung des mit der Durchführung zu verbindenden elektrischen Bauteils kann die Größe des Vakuumraums passend dimensioniert werden. In jedem Fall wird die Spannungsfestigkeit für Durchführung und Schalter durch dieselbe evakuierte Kapsel erreicht, so dass im Vergleich zu einem separaten Vakuumschalter viel Platz eingespart werden kann.
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Alternativ kann die Kapsel einen mit Schutzgas und/oder Isolierflüssigkeit gefüllten Raum umschließen, innerhalb dessen wenigstens ein Teil des Innenleiters geführt ist und innerhalb dessen das Kontaktsystem des Schalters angeordnet ist. Es kann sich also mit anderen Worten um eine gasisolierte und/oder flüssigkeitsisolierte elektrische Durchführung handeln, die mit dem Kontaktsystem eines gas- und/oder flüssigkeitsisolierten Schalters zu einem Bauteil integriert ist. Das Schutzgas kann beispielsweise Schwefelhexafluorid, getrocknete Luft oder Stickstoff, CO2 und/oder ein Fluorketon umfassen. Auch hier kann eine hohe Platzersparnis im Vergleich zu einem separaten gasisolierten Schalter erreicht werden. Das gleiche gilt für Isolierflüssigkeiten wie verschiedene Mineralöle, Silikonflüssigkeiten, Esterflüssigkeiten, chlorierte oder chlorfreie Kohlenwasserstoffe oder biologische Öle.
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Innerhalb der Kapsel kann ein das Kontaktsystem zumindest teilweise umgebendes Schild aus einem elektrisch leitenden Material angeordnet sein. Ein solches Schild kann vorteilhaft sein, um zwischen den Schaltkontakten im Inneren der Kapsel die Isolationsstrecke nach einem Schaltvorgang frei von ionisiertem Kontaktmaterial zu halten. Weiterhin kann ein solcher Schirm vorteilhaft sein, um auf der Innenseite der Kapselwand den Aufbau einer leitenden Schicht aus aufgedampftem Metall zu vermeiden, welches durch wiederholte Schaltvorgänge verdampft werden kann. Ein solches Schild kann beispielsweise im Wesentlichen konzentrisch um einen Mittelpunkt zweiter Schaltkontakte angeordnet sein. Allgemein können solche Schaltkontakte beispielsweise als ein fester und ein beweglicher Schaltkontakt innerhalb der Kapsel angeordnet sein, die durch Bewegung des beweglichen Kontakts über eine Antriebseinheit in elektrisch leitende Verbindung gebracht werden können.
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Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn dieses elektrisch leitende Schild leitfähig mit einer Außenwand des Gehäuses verbunden ist, beispielsweise mit einer geerdeten Außenwand.
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Die Außenwand der Kapsel kann ein elektrisch isolierendes Material aufweisen und auf seiner Außenseite mit einer hochohmig leitenden Beschichtung versehen sein. Dies kann vorteilhaft sein, um Feldüberhöhungen im Bereich der Kapselwand zu vermeiden und somit elektrische Überschläge auch im Innenraum der Kapsel zu verhindern. Unter einer hochohmig leitenden Beschichtung soll in diesem Zusammenhang eine Beschichtung mit einem spezifischen Flächenwiderstand von wenigstens 100 kOhm/Quadrat verstanden werden.
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Die Wand der Kapsel umfasst dabei vorteilhaft ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise eine elektrisch isolierende Keramik. Die Außenwand der Kapsel kann dabei vorteilhaft mit einem wellenförmigen und/oder rippenartigen Querschnittsprofil versehen sein. Dieses Profil kann auch als zusätzliches Element ausgebildet sein, welches aus einem anderen Material als die Außenwand der Kapsel besteht.
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Die elektrische Durchführung kann allgemein für den Betrieb eines mit der Durchführung zu kontaktierenden Bauteils in einem Spannungsbereich von wenigstens 1 kV ausgelegt sein. Es kann sich also um eine Durchführung für den Mittel- oder Hochspannungsbereich handeln. Besonders vorteilhaft kann die Durchführung für einen Spannungsbereich von wenigstens 12 kV, insbesondere wenigstens 36 kV, insbesondere wenigstens 123 kV ausgelegt sein. Bei dem jeweils angegebenen Spannungsbereich soll es sich um den Spannungsbereich handeln, für den sowohl die Durchschlagfestigkeit der isolierenden Durchführung als auch die Spannungsfestigkeit und das Schaltvermögen des Schalters ausgelegt sind.
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Die Durchführung kann vorteilhaft einen Sensor zur Messung eines durch den Innenleiter fließenden elektrischen Stroms und/oder zur Messung einer am Innenleiter anliegenden elektrischen Spannung aufweisen. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um mit dem genannten Sensor den Netzzustand kontinuierlich zu überwachen und im Störfall Maßnahmen zum Netzschutz einzuleiten, beispielsweise ein automatisiertes Öffnen und/oder Schließend des Schalters abhängig vom Zustand des verbundenen Stromkreises. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise außerhalb der Kapsel oder auch im Inneren der Kapsel angeordnet sein.
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Der Schalter kann beispielsweise als Lastschalter, als Lasttrennschalter, als Leistungsschalter, als Trennschalter oder als Erdungsschalter ausgeführt sein.
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Zusätzlich zur elektrisch isolierenden, gasdichten und/oder flüssigkeitsdichten Kapsel kann die elektrische Durchführung mit einer Feststoffisolation versehen sein, um die Durchschlagfestigkeit zum Gehäuse des elektrischen Bauteils weiter zu erhöhen. Eine solche Feststoffisolation kann beispielsweise ähnlich wie bei herkömmlichen elektrischen Durchführungen ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die gasdichte und/oder flüssigkeitsdichte Kapsel, die das Kontaktsystem des Schalters umhüllt, von einer zusätzlichen Feststoffisolation umgeben sein.
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Die elektrische Einrichtung kann wenigstens eine zweite erfindungsgemäße Durchführung zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils durch die Wand des Gehäuses hindurch aufweisen. Um das Bauteil mit einem übergeordneten Stromkreis zu verbinden sind zweckmäßig zwei elektrische Durchführungen durch die Wand des Gehäuses vorzusehen. Diese müssen nicht notwendigerweise beide entsprechend der Idee der Erfindung mit einem in eine Kapsel der Durchführung integrierten Schalter ausgestattet sein. Es kann jedoch vorteilhaft sein, beide Durchführungen derart auszugestalten, um beispielsweise eine vollständige elektrische Trennung des Bauteils vom Stromkreis zu erreichen und so durch die entsprechende Ausgestaltung beider Durchführungen möglichst viele außerhalb der elektrischen Einrichtung angeordnete platzintensive Schaltfelder einzusparen.
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Das elektrische Bauteil kann wenigstens ein supraleitendes Leiterelement aufweisen. Insbesondere dann kann es sich bei dem Gehäuse um einen Kryostaten oder um einen Teil eines Kryostaten handeln. Die Durchführung ist in einem solchen Fall also eine elektrische Durchführung, mit der ein vergleichsweise hoher Temperaturgradient zwischen einer warmen äußeren Umgebung und einem kryogenen Innenraum des Kryostaten überbrückt werden kann. Die Durchführung ist somit auch ein Wärmeleck für den Innenraum des Kryostaten, deren thermische Leitfähigkeit möglichst gering gehalten werden sollte. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Durchführung mit der Integration eines elektrischen Schalters ist für solche Anwendungsfälle besonders vorteilhaft, da mit einer Unterbrechung des Schalters gleichzeitig auch eine Unterbrechung des Hauptpfades der thermischen Leitfähigkeit erreicht werden kann.
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Vorteilhaft kann die Wärmeleitfähigkeit der Durchführung zwischen den beiden Leiterabschnitten im geöffneten Zustand des Schalters unterhalb von 100 W/(K·m), insbesondere unterhalb von 5 W/(K·m) liegen.
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Das elektrische Bauteil kann als Transformator ausgebildet sein. Insbesondere Transformatoren mit supraleitenden Transformatorwicklungen werden typischerweise in einem gekapselten Gehäuse angeordnet, welches gleichzeitig die Funktion eines Kryostaten zur Kühlung der supraleitenden Wicklungen auf eine Temperatur unterhalb ihrer Sprungtemperatur erfüllt. Daher ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Durchführung für die Kontaktierung solcher supraleitender Transformatorwicklungen besonders geeignet. Normalleitende Transformatoren werden dagegen typischerweise in Ölbehältern angeordnet, für die ebenfalls eine gegen die Wand des Behälters elektrisch isolierte Durchführung benötigt wird.
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Alternativ kann das elektrische Bauteil als Kurzschlussstrombegrenzer ausgebildet sein. Insbesondere supraleitende Kurzschlussstrombegrenzer werden ähnlich wie supraleitende Transformatoren mit supraleitenden Spulenwicklungen in einem gekapselten Kryostat-Gehäuse aufgebaut.
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Alternativ kann das elektrische Bauteil als Umrichter ausgebildet sein. Auch Umrichter werden oft in abgeschlossenen Gehäusen betrieben, wobei eine zuverlässige und platzsparende Schaltmöglichkeit in den jeweiligen Zuleitungen wünschenswert ist.
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Alternativ kann das elektrische Bauteil als Kabel ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich dabei um ein supraleitendes Kabel handeln, bei dem eine Ummantelung des Kabels als Kryostatwand ausgebildet ist. An einem Ende oder beiden Enden des Kabels kann dann eine erfindungsgemäße Durchführung eingesetzt werden, um eine schaltbare elektrische Kontaktierung bei geringem Wärmeeintrag in das Innere des Kryostaten zu ermöglichen. Bei dem Kabel kann es sich insbesondere um eine Gasisolierte Leitung (GIL) handeln, deren Leiter im Inneren eines mit Gas gefüllten Gehäuses verläuft.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer Durchführung nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
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2 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Einrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,
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3 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Einrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
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4 ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,
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5 ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
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6 ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt,
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7 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Einrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,
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8 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Einrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt,
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9 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Einrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt,
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10 ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung nach dem Stand der Technik zeigt,
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11 ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung nach einem siebten Ausführungsbeispiel zeigt und
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12 ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung nach einem achten Ausführungsbeispiel zeigt.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Durchführung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gezeigt ist ein Schnitt mit einer Schnittrichtung entlang der gewünschten Stromtransportrichtung. Die elektrische Durchführung 1 dient zur Verbindung zweier Leiterabschnitte 3a und 3b, die in einen übergeordneten Stromkreis eingebunden werden können. Sie dient zur Verbindung dieser beiden Leiterabschnitte 3a und 3b durch die Wand eines Gehäuses hindurch, wozu die Durchführung 1 mit einem hier elektrisch leitenden Verbindungsring 21 ausgebildet ist, der mit der Wand des Gehäuses eine dichte und in diesem Fall auch elektrisch leitende Verbindung eingehen kann. Wie im rechten Teil der Figur schematisch dargestellt, soll der Verbindungsring 21 hier geerdet sein, kann also beispielsweise mit einem geerdeten Gehäuse verbunden werden. Ein wesentlicher Bestandteil der Durchführung 1 ist hier eine gasdichte Kapsel 9. Im Inneren der gasdichten Kapsel 9 verläuft ein Innenleiter 11, der die beiden Leiterabschnitte 3a und 3b elektrisch leitfähig verbinden kann. Dieser Innenleiter 11 ist gegen die Außenwand 13 der Kapsel 9 elektrisch isoliert geführt. Die elektrische Durchführung 1 weist weiterhin einen elektrischen Schalter auf. Wesentliche Bestandteile dieses Schalters sind ein Kontaktsystem 15a und eine Antriebseinheit 15b. In diesem Beispiel ist das Kontaktsystem 15a im Inneren der Kapsel 9 angeordnet, und die Antriebseinheit 15b ist außerhalb der Kapsel 9 angeordnet. Das Kontaktsystem 15a weist dabei zwei Schaltkontakte 25a und 25b auf, von denen der Schaltkontakt 25a als feststehender Kontakt und der Kontakt 25b als beweglicher Schaltkontakt ausgeführt ist. Der bewegliche Schaltkontakt 25b kann mittels der außen angeordneten Antriebseinheit 15b entlang einer Richtung 15c bewegt werden. Hierzu ist um den in der Zeichnung oben gezeigten Teil des Innenleiters 11 beispielhaft ein Balg 16 im Bereich der Außenwand 13 der Kapsel angeordnet. Mit Hilfe des mechanischen Antriebs 15b können somit die beiden Schaltkontakte 25a und 25b in elektrisch leitende Verbindung gebracht werden oder wieder getrennt werden. Die Kapsel 9 des gezeigten ersten Ausführungsbeispiels umschließt hier einen Vakuumraum V, durch dessen evakuiertes Inneres der Innenleiter 11 elektrisch gegen den mit der Wand des Gehäuses zu verbindenden Verbindungsring 21 durchschlagsfest isoliert ist. Die Kapsel 9 dieser elektrischen Durchführung dient also zum einen der elektrischen Isolation des Innenleiters, zum anderen gleichzeitig als Vakuumkapsel für das innerhalb der Durchführung angeordnete Kontaktsystem 15a des Schalters. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, dass zumindest ein Teil der elektrischen Isolation der Durchführung sowie eine Kapselung des Kontaktsystems 15a des Schalters durch dieselbe Kapsel 9 erreicht werden.
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Die Außenwand 13 der Kapsel 9 weist ein elektrisch isolierendes Material auf, beispielsweise eine isolierende Keramik. Auf ihrer Außenseite kann diese Außenwand 13 zusätzlich mit einer elektrisch leitenden Beschichtung 23 versehen sein. Diese Beschichtung 23 ist vorteilhaft eine hochohmige Beschichtung, die der Vermeidung von elektrischen Feldüberhöhungen im Außenbereich der Kapsel dient. Innerhalb der Kapsel ist ein die beiden Schaltkontakte 25a und 25b umgebendes elektrisch leitendes Schild 19 angeordnet. Dieses Schild 19 kann beispielsweise aus einem metallischen Material gefertigt sein. Es ist hier elektrisch leitfähig mit dem Verbindungsring 21 verbunden, der zur Verbindung der Durchführung 1 mit der Wand eines ein elektrisches Bauteil umgebenden Gehäuses dient. Dieses Schild 19 dient zum einen der Formung des im Inneren der Kapsel 9 ausgebildeten elektrischen Feldes, zum anderen aber auch einer Begrenzung der Ausbreitung von bei den Schaltvorgängen verdampftem metallischem Material.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer elektrischen Einrichtung 29 nach dem Stand der Technik. Diese elektrische Einrichtung 29 weist einen Transformator 27a auf, der in einem flüssigkeitsdichten Gehäuse 7 angeordnet ist. Dieses Gehäuse 7 ist hier ein Ölbehälter, welcher ein den Transformator 27a umgebendes Öl 28a enthält. Die elektrische Einrichtung 29 weist ferner zwei herkömmliche elektrische Durchführungen 1a nach dem Stand der Technik auf. Diese beiden Durchführungen 1a dienen dazu, den Transformator 27a durch die Wand des Gehäuses 7 hindurch mit einem äußeren elektrischen Stromkreis zu verbinden. Hierzu werden zwei äußere Leiterabschnitte 3a mit zwei inneren Leiterabschnitten 3b jeweils so elektrisch leitend miteinander verbunden, dass diese Verbindung gegen die Außenwand 5 des Gehäuses 7 elektrisch isoliert ist.
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3 zeigt eine elektrische Einrichtung 29 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in ähnlicher schematischer Schnittdarstellung wie in der 2. Gezeigt ist ebenfalls ein Transformator 27a in einem mit Öl 28a gefüllten Gehäuse 7. Durch die Wand 5 dieses Gehäuses 7 sind wiederum zwei elektrische Durchführungen geführt, von denen eine Durchführung 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und die andere Durchführung 1a eine herkömmliche Durchführung ist ähnlich wie in der 2. Die erfindungsgemäße Durchführung 1 ist beispielsweise ähnlich wie beim Beispiel der 1 aufgebaut. Sie dient also der elektrischen Verbindung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten ersten Leiterabschnitts 3a mit einem innerhalb des Gehäuses 7 angeordneten zweiten Leiterabschnitt 3b. Zusätzlich ist innerhalb einer Kapsel 9 der Durchführung 1 ein Kontaktsystem eines elektrischen Schalters angeordnet, mit dem diese elektrisch leitfähige Verbindung aufgehoben oder verbunden werden kann. Durch diese Integration eines Teils eines Schalters innerhalb der Durchführung 1 kann der Transformator 27a schaltbar mit einem äußeren Stromkreis verbunden werden, ohne dass hierfür zusätzlicher Platz für eine aufwendige zusätzliche Schalteinrichtung benötigt wird. Alternativ zu den in 3 gezeigten Beispiel können allerdings auch beide Durchführungen der gezeigten elektrischen Einrichtung 29 als erfindungsgemäße Durchführungen 1 mit jeweils wenigstens einem integrierten Schalter ausgeführt werden.
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4 zeigt ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung nach dem Stand der Technik. Diese elektrische Einrichtung 29 weist analog zum Beispiel der 2 ebenfalls einen Transformator 27a auf. Dieser Transformator ist auch hier in einem öldichten Gehäuse 7 angeordnet. Er weist hier drei Transformatoreinheiten 33 auf, die beispielsweise den drei Phasen eines Drehstromtransformators entsprechen können. Für jede dieser drei Transformatoreinheiten 33 sind jeweils beispielhaft eine bis zwei elektrische Durchführungen 1a vom herkömmlichen Typ zur elektrisch leitenden Verbindung durch die Wand des Gehäuses 7 hindurch gezeigt. Zusätzlich ist außerhalb des Gehäuses 7 für jede der Transformatoreinheiten 33 ein externer Schalter 15 angeordnet, mit der eine elektrische Anbindung an einen hier nicht dargestellten äußeren Stromkreis getrennt oder verbunden werden kann. Alternativ können allgemein auch weniger als vier Durchführungen pro Transformatoreinheit 33 vorliegen. Beispielsweise können bei einer Dreieck-Stern-Schaltung für drei Phasen insgesamt sieben Durchführungen vorliegen. Auch hier würden nach dem Stand der Technik zumindest drei externe Schalter 15 zum Einsatz kommen.
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5 zeigt ein ähnliches schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung 29 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum in 4 gezeigten Schaltdiagramm ist hier für jede der drei Transformatoreinheiten 33 eine der der Durchführungen als erfindungsgemäße elektrische Durchführung 1 ausgebildet. Jede dieser erfindungsgemäßen Durchführungen 1 weist zusätzlich zur elektrischen Isolation des verbindenden Leiters gegen eine Wand des Gehäuses 7 zusätzlich eine innerhalb derselben Kapselung angeordnetes Kontaktsystem eines Schalters auf. Dies ist in 5 durch ein im Bereich der Gehäusewand 7 angeordnetes Schaltersymbol angedeutet. Somit kann jede der Transformationseinheiten 33 von einem äußeren Stromkreis getrennt werden, ohne dass hierfür separate Schaltanlagen benötigt werden.
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6 zeigt ein weiteres schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung 29 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch dieses Schaltdiagramm weist ähnliche Komponenten auf wie beim Beispiel der 5, hier sind jedoch für jede der drei Transformatoreinheiten 33 zwei der Durchführungen als erfindungsgemäße Durchführungen 1 ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung ist also für jede der drei Transformatoreinheiten 33 für jede Wicklung eine schaltbare elektrische Durchführung ausgebildet. Sowohl für die Primärseite einer jeweiligen Transformatoreinheit 33 als auch für die jeweilige Sekundärseite ist also jeweils eine schaltbare, durch die Wand des Gehäuses 7 geführte elektrische Verbindung gegeben. Den sechs gezeigten Transformatorwicklungen ist also jeweils eine eigene schaltbare Durchführung 1 zugeordnet, über die diese Wicklungen vollständig von einem äußeren Stromkreis getrennt werden können. Hierdurch kann viel Platz gegenüber einer herkömmlichen Lösung eingespart werden, bei der für diese schaltbaren Verbindungen jeweils eigene externe Schalteinrichtungen benötigt werden. Alternativ zu dem in 6 gezeigten Beispiel können jedoch beispielsweise auch alle Durchführungen als erfindungsgemäße Durchführungen 1 ausgebildet sein. Es kann also für jede der drei Transformatoreinheiten 33 ein Satz von vier schaltbaren Durchführungen 1 in der Wand des Gehäuses 7 angeordnet sein. Die Zahl der Durchführungen kann auch hier gegenüber den gezeigten zwölf Durchführungen reduziert sein. Beispielsweise kann eine Dreieck-Stern-Schaltung mit sieben Durchführungen vorliegen, bei der eine Mehrzahl dieser Durchführungen oder auch alle sieben Durchführungen als erfindungsgemäße Durchführungen ausgestaltet sind.
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7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer alternativen elektrischen Einrichtung 29 nach dem Stand der Technik. Als zu kontaktierendes elektrische Bauteil zeigt 7 einen Kurzschlussstrombegrenzer 27b der hier als supraleitender Kurzschlussstrombegrenzer mit einem supraleitenden Leitermaterial ausgebildet ist. Um das supraleitende Leitermaterial der Wicklung auf eine Betriebstemperatur unterhalb der Stromtemperatur des Supraleiters zu kühlen, ist der supraleitende Kurzschlussstrombegrenzer 27b innerhalb eines Kryostaten 31 angeordnet. Dieser Kryostat enthält ein Kühlmittelreservoir 28b, beispielsweise ein Reservoir aus flüssigem Stickstoff. Der Kryostat 31 entspricht also einem Gehäuse 7, durch dessen Außenwand 5 die Kurzschlussstrombegrenzereinrichtung 27b elektrisch leitend verbunden werden soll. Hierzu sind zwei herkömmliche elektrische Durchführungen 1a vorgesehen, welche zwei außerhalb des Gehäuses 7 angeordnete Leiterabschnitte 3a jeweils elektrisch leitend mit zwei innerhalb des Gehäuses angeordneten Leiterabschnitten 3b verbinden. Diese herkömmlichen elektrischen Durchführungen 1a weisen jeweils einen gegen die Außenwand 5 des Kryostaten elektrisch isolierten Innenleiter auf. Diese Innenleiter haben den Nachteil, dass sie aufgrund ihrer typischen Ausführung als metallischer Leiter oft auch ein erhebliches Wärmeleck darstellen. Über die elektrischen Durchführungen 1a entsteht also ein unerwünschter Wärmeeintrag in das Innere des Kryostaten 31.
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8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ähnlichen elektrischen Einrichtung 29 nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem dieser Wärmeeintrag teilweise verringert ist. Ähnlich wie beim bekannten Beispiel der 7 weist das Ausführungsbeispiel der 8 einen Kurzschlussbegrenzer 27b auf, der im Inneren eines Kryostaten 31 angeordnet ist. Beim Beispiel der 8 ist jedoch eine der beiden gezeigten Durchführungen als erfindungsgemäße Durchführung 1 ausgebildet, die innerhalb der Kapselung der Durchführung ein Kontaktsystem eines elektrischen Schalters aufweist, wie in 1 gezeigt. Hierdurch wird zum einen Platz für eine zusätzliche externe Schaltanlage eingespart, zum anderen wird bei einer Unterbrechung der beiden im Inneren der Kapsel angeordneten Schaltkontakte ein Wärmeeintrag ins Innere des Kryostaten verringert. Beispielsweise kann hierdurch eine wesentlich schnellere Abkühlung des supraleitenden Kurzschlussstrombegrenzers 27b erreicht werden, wenn der äußere Leitungsabschnitt 3a noch nicht mit dem inneren Leitungsabschnitt 3b elektrisch verbunden ist. Auch hier kann die Durchführung 1 im linken Teil der 8 ähnlich wie bei dem in 1 gezeigten Beispiel aufgebaut sein. Besonders vorteilhaft weisen die beiden Teile des Innenleiters 11 im geöffneten Zustand des Kontaktsystems 15a über die übrigen Teile der Durchführung eine nur schlecht wärmeleitende Verbindung auf. Hierzu kann beispielsweise die Außenwand 13 der Kapsel aus einem schlecht wärmeleitenden Material ausgeführt sein, beispielsweise einer schlecht wärmeleitenden Keramik.
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9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer ähnlichen elektrischen Einrichtung 29 nach einem weiteren sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Beispiel ist sehr ähnlich wie das in 8 gezeigte Beispiel, jedoch sind hier beide Durchführungen als erfindungsgemäße Durchführungen 1 mit jeweils integrierter Schalteinheit ausgeführt. Hierdurch kann die Strombegrenzereinheit 27b im Inneren des Kryostaten 31 nicht nur vollständig von einem äußeren Stromkreis getrennt werden, sondern es kann auch im geöffneten Zustand der beiden Schalter ein unerwünschter Wärmeeintrag ins Innere des Kryostaten 31 noch weiter reduziert werden.
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10 zeigt ein schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung 29 nach dem Stand der Technik, welche ähnlich ausgebildet ist wie beim Beispiel der 7. Der Kurzschlussstrombegrenzer 27b ist auch hier im Inneren eines Kryostaten 31 angeordnet, und der Kurzschlussstrombegrenzer 27b ist über zwei herkömmliche elektrische Durchführungen 1a mit einem äußeren Stromkreis verbunden. Außerhalb des Kryostaten ist ein zusätzlicher Schalter 15 in Serie mit dem Kurzschlussstrombegrenzer 27b geschaltet. Ein solcher Schalter kann neben dem eigentlichen Kurzschlussstrombegrenzer 27b zu einer zusätzlichen Absicherung des Systems dienen. Beispielsweise kann in einem Kurzschlussfall der Kurzschlussbegrenzer 27b den Kurzschlussstrom auf einen vorgegebenen Begrenzungsstrom begrenzen. Dies kann z.B. durch den Zusammenbruch der supraleitenden Eigenschaften eines supraleitenden Kurzschlussstrombegrenzers beim Überschreiten einer kritischen Stromschwelle erfolgen. Um eine Schädigung des Kurzschlussstrombegrenzers bei einem länger andauernden Fließen dieses Begrenzungsstroms zu vermeiden, kann im Anschluss an diesen ersten Schritt der in Serie hierzu geschaltete Schalter 15 geöffnet werden. Parallel zu der Serienschaltung von Kurzschlussstrombegrenzer 27b und Schalter 15, die zusammen als Strombegrenzereinrichtung 35 wirken, kann zusätzlich noch eine Parallelimpedanz 37 parallel geschaltet sein, über die auch nach Trennung des Schalters 15 ein Reststrom fließen kann. Die gezeigte Anordnung des Schalters 15 außerhalb des Kryostaten birgt den Nachteil, dass erstens hierfür zusätzlicher Platz benötigt wird und dass zweitens durch die räumliche Entfernung von dem Kurzschlussstrombegrenzer 27b ein zwischen diesen beiden Elementen eintreffender Kurzschluss nicht ausgeschlossen werden kann. Ein solcher Kurzschluss im Zwischenbereich zwischen Kurzschlussstrombegrenzer 27b und Schalter 15 hat jedoch erhebliche Folgen, da er nicht wie beschrieben durch das serielle Zusammenwirken dieser beiden Elemente in dem beschriebenen zweistufigen Verfahren in jedem Fall begrenzt werden kann. Es ist daher wünschenswert, einen solchen Kurzschluss zwischen den beiden genannten elektrischen Bauteilen möglichst auszuschließen.
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11 zeigt daher eine ähnliche elektrische Einrichtung 29, die wiederum mit einer elektrischen Durchführung 1 nach der vorliegenden Erfindung versehen ist. Diese elektrische Durchführung ist in die Außenwand des Kryostaten integriert und erfüllt zusätzlich die Funktion des seriellen Schalters 15 aus der 10. Die hierdurch gebildete Strombegrenzereinrichtung 35 kann also insgesamt ähnlich wie beim Beispiel der 8 ausgeführt sein. Durch die Integration einer Schalteinheit in die elektrische Durchführung 1 kann zum einen Platz eingespart werden, zum anderen wird die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses zwischen Strombegrenzer 27b und Schalter reduziert und drittens wird der Eintrag unerwünschter Wärme in den Kryostaten durch die elektrische Durchführung zumindest im geöffneten Zustand der Schalteinheit weiter reduziert.
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12 zeigt schließlich ein weiteres schematisches Schaltdiagramm einer elektrischen Einrichtung 29 nach einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zur 11 weist die Einrichtung 29 in diesem Beispiel zwei elektrische Durchführungen 1 auf, die beide nach dem erfindungsgemäßen Prinzip ausgestaltet sind. Ähnlich wie beim schematischen Bild der 9 kann der Kurzschlussstrombegrenzer 27b hier also auf beiden Seiten von dem äußeren elektrischen Stromkreis getrennt werden, und im geöffneten Zustand der beiden jeweiligen Schalter kann der Wärmeeintrag ins Innere des Kryostaten im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher Durchführungen noch weiter reduziert werden.