DE102017206866A1

DE102017206866A1 - Anschlusselement für einen Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre und gasisolierte Schaltanlage mit einem Anschlusselement für einen Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre

Info

Publication number: DE102017206866A1
Application number: DE102017206866.3A
Authority: DE
Inventors: Marko-Boris Begovac; Patrick Halbach; Michael Leitner; Henning Milnikel; Michael Pohnke; Volker Strehlow; Roland Stützer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2018-10-25
Also published as: EP3616227A1; WO2018197150A1; CN110537239A; CN110537239B; EP3616227B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Anschlusselement für einen Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre mit einem Anschlusskörper, und einem flexiblen Stromleitungselement, wobei das Anschlusselement mindestens einen Außenkörper aufweist und der Anschlusskörper über ein flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück mit dem mindestens einen Außenkörper verbunden ist und eine gasisolierte Schaltanlage mit einem solchen Anschlusselement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anschlusselement für einen Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre und eine gasisolierte Schaltanlage mit einem solchen Anschlusselement.
Im Stand der Technik sind Schaltanlagen bekannt, die Vakuumschaltröhren zum Schalten von Kurzschlussströmen aufweisen. Diese Vakuumschaltröhren und deren Schaltkontakte sind ausgelegt, um die hohen Ströme bei Kurzschlussströmen ausschalten zu können. Diese Kurzschlussströme liegen im hohen Kilo-Ampere-Bereich (>>1 kA). Die dazu erforderliche Geometrie der Schaltkontakte hat prinzipiell einen vergleichsweise hohen Übergangswiderstand im geschlossenen Zustand der Vakuumschaltröhre. Dieser hohe Übergangswiderstand führt im Betrieb der Schaltanlage, also bei einem Schaltvorgang der Vakuumschaltröhre, dazu, dass speziell im Bereich der Vakuumschaltröhre, bedingt durch eben die Übergangswiderstände bei einem fließenden Bemessungsstrom, eine hohe Verlustleistung entsteht, welche im Bereich der Vakuumschaltröhre zu erhöhten Temperaturen und damit zu erhöhten Temperaturen in der gesamten Anlage führt. Um den Betrieb der Anlage zu ermöglichen, sind vorbestimmte Temperaturgrenzen einzuhalten, also nicht zu überschreiten, wodurch vielfach zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung der Schaltanlage, insbesondere der Vakuumschaltröhre und deren angrenzende Bauteile, erforderlich sind.
Im Stand der Technik wird den höheren Temperaturen durch einen gesteigerten Einsatz von Leitermaterial entgegengewirkt, und so der elektrische Widerstand der Leiteranbindung an die Vakuumschaltröhre reduziert und optimiert. Auch größere Anlagengehäuse und damit einhergehende größere Gasräume sind prinzipiell geeignet, insbesondere durch eine vergrößerte Wärmekapazität der insgesamt größeren Anlage und der somit vorhandenen Gasmenge, zu insgesamt reduzierten Temperaturen der Schaltanlage zu führen.
Beide angeführte Methoden führen aber zu einem vergrößerten Einsatz von metallischen Ressourcen und einem gesteigerten Bedarf an dem jeweiligen Isoliergas. Größere Mengen von Isoliergas können aber ggf. auch negativen Einfluss auf die Umwelteigenschaften der Schaltanlage haben.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, die genannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch 1 und die von diesem abhängige Ansprüche.
Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Anschlusselement für einen Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre mit einem Anschlusskörper, und einem flexiblen Stromleitungselement, wobei das Anschlusselement mindestens einen Außenkörper aufweist und der Anschlusskörper über ein flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück mit dem mindestens einen Außenkörper verbunden ist.
Durch diesen innovativen Aufbau wird, unter Beibehaltung der Baugröße, ein höherer Bemessungsstrom möglich, da die Wärmeableitung aus dem Schaltsystem deutlich verbessert wird. Die Wärmeableitung wird über die Verwendung des Außenkörpers erreicht, der mit dem Anschlusskörper zumindest wärmeleitend verbunden ist. Diese zusätzliche Wärmeableitung, bevorzugt im Bereich der Verbindung von Anschlusskörper und flexiblen Stromleitungselement, ermöglicht einen weiter kompakten Aufbau.
Bevorzugt wird, dass der Anschlusskörper einen oder mehr Kühlkörper aufweist. Der oder die Kühlkörper erlauben zusätzlich zum Außenkörper eine weiter gesteigerte Wärmeableitung aus dem Schaltsystem, insbesondere weg von dem Vakuumschalter und dessen elektrischen Verbindungsstellen.
Auch wird bevorzugt, dass der oder die Kühlkörper Kühlrippen aufweisen, die bevorzugt parallel zur Längsachse einer Aufnahmeöffnung für den Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre des Anschlusskörpers verlaufen. Die Aufnahmeöffnung kann dabei, unabhängig vom Vorhandensein von Kühlkörpern oder Kühlrippen auf den Kühlkörpern, mit einem Befestigungsmechanismus versehen sein, so dass der Bewegkontakt fest mit dem Anschlusskörper verbindbar ist. Insbesondere wird bevorzugt, dass der Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre in der Aufnahmeöffnung festgeklemmt ist. Dazu ist besonders bevorzugt der Anschlusskörper zweiteilig ausgeführt oder geschlitzt.
Insbesondere wird bevorzugt, dass die Kühlrippen auf dem oder den Kühlkörpern im montierten Zustand parallel zur Erdanziehungskraft, also vertikal, verlaufen und so eine optimale Konvektion entlang der Kühlkörper erreicht wird.
Bevorzugt wird auch, dass der oder die Kühlkörper nicht oder teilweise oder vollständig vom Außenkörper umschlossen werden. Je nach gewählter Konfiguration wird entweder eine verbesserte Konvektion im Bereich der Kühlkörper erreicht, wenn diese nicht umschlossen werden, oder ein Kompromiss zwischen Aufnahme von Wärmestrahlung Konvektion an den Kühlkörpern bei teilweise umschlossenen Kühlkörpern, erreicht, oder eine verbesserte Aufnahme von Wärmestrahlung, vollständig umschlossenen Kühlkörpern erreicht.
Auch wird bevorzugt, dass der oder die Kühlkörper derart lackiert sind, dass der oder die Kühlkörper eine erhöhte Oberflächengröße, gegenüber der reinen geometrischen Form, und/oder eine erhöhte Wärmeabstrahlung, gegenüber einer nicht lackierten Oberfläche, aufweisen. Insbesondere wird bevorzugt, dass die Lackierung eine Vergrößerung der Oberfläche um mindestens einen Faktor 5, bevorzugt um mindestens einen Faktor 10, besonders bevorzugt um mindestens einen Faktor 100 bewirkt.
Bevorzugt wird, dass der Außenkörper das flexible Stromleitungselement teilweise oder vollständig umgibt. Damit wird nicht nur eine bessere Wärmeableitung ermöglicht, sondern das flexible Stromleitungselement auch mechanisch geschützt.
Weiter wird bevorzugt, dass der Außenkörper von einem Käfig aus wärmeleitendem Material gebildet wird. Ein solcher Käfig verbessert nicht nur die Aufnahme und Ableitung von Wärmestrahlung, der Käfig lässt auch eine Konvektion und somit eine weitere Wärmeableitung zu.
In einer besonderen Ausführungsform ist das flexible, wärmeleitende Verbindungsstück elektrisch isolierend ausgebildet.
Bevorzugt wird auch, dass das wärmeleitende Verbindungsstück stromleitend ausgeführt ist und das flexible, wärmeleitende Verbindungsstück über den Außenkörper leitend mit einem Hauptstrompfad des Anschlusselementes verbindbar ist. Der Außenkörper ist also einerseits mit dem Anschlusskörper elektrisch leitend und wärmeleitend verbunden und andererseits elektrisch leitend und wärmeleitend mit Hauptstrompfad verbunden, so dass sich der Bemessungsstrom aufteilen kann und die Erwärmung an den Kontaktstellen reduziert werden kann. Gleichzeitig ist eine verbesserte Wärmeableitung über den Außenkörper möglich.
Weiter wird bevorzugt, dass der Außenkörper über ein weiteres stromleitendes, flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück, mit einem Hauptstrompfad des Anschlusselementes verbindbar ist.
Auch wird bevorzugt, dass das flexible, wärmeleitende Verbindungsstück und/oder das flexible Stromleitungselement an den Seiten Auffächerungen aufweist, die die Oberfläche vergrößern und zu einer erhöhten Wärmeabstrahlung beitragen, bzw. diese bewirkt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine gasisolierte Schaltanlage mit mindestens einer Vakuumschaltröhre, wobei ein Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre mit einem Anschlusselement nach einem oder mehreren der vorstehenden Ausführungen kontaktiert ist.
Auch wird bevorzugt, dass das Isoliergas eines oder mehrere der folgenden Gase aufweist SF6 und/oder ein oder mehrere Fluorketone und/oder ein oder mehrere Nitrile, insbesondere fluorierte Nitrile und/oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid und/oder Sauerstoff und/oder trockene Luft und/oder ein oder mehrere Olefine und/oder ein oder mehrere Oxirane, insbesondere fluorierte Oxirane.
Bevorzugt wird auch, dass das wärmeleitende Verbindungsstück stromleitend ausgeführt ist und das flexible, wärmeleitende Verbindungsstück über den Außenkörper leitend mit einem Hauptstrompfad des Anschlusselementes verbindbar ist. Der Außenkörper ist also einerseits mit dem Anschlusskörper elektrisch leitend und wärmeleitend verbunden und andererseits elektrisch leitend und wärmeleitend mit Hauptstrompfad verbunden, so dass sich der Bemessungsstrom aufteilen kann und die Erwärmung an den Kontaktstellen reduziert werden kann. Gleichzeitig ist eine verbesserte Wärmeableitung über den Außenkörper möglich.
Weiter wird bevorzugt, dass der Außenkörper über ein weiteres stromleitendes, flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück, mit einem Hauptstrompfad des Anschlusselementes verbindbar ist.
Insbesondere wird bevorzugt, dass das weitere stromleitende, flexible, wärmeleitende Verbindungsstück im Bereich einer Wärmeleitenden Keramikdurchführung angeordnet ist, so dass zusätzlich eine Wärmeableitung über die Keramik der Keramikdurchführung möglich ist.
Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Figuren näher erläutert:

1: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Anschlusselements;
2: Schematische Darstellung eines flexiblen Stromleitungselements; und
3: Schematische Darstellung eines aufgefächerten flexiblen Stromleitungselements.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Anschlusselements 1, das über ein flexibles Stromleitungselement 10, welches mit einem Hauptstrompfad einer Schaltanlage verbindbar ist, verfügt. Das flexible Stromleitungselement 10 ist mit dem Anschlusskörper 40 elektrisch leitend verbunden. Der Anschlusskörper 40 besitzt eine nicht-gezeigte Aufnahme 42 für einen Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre. Des Weiteren verfügt das Anschlusselement 1 über ein flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück 30, das den Anschlusskörper 40 oder das mit dem Anschlusskörper 40 verbundene flexible Leitungselement 10 mit einem Außenkörper 50 wärmeleitend verbindet.
Außerdem verfügt das Anschlusselement 1 in dem Beispiel der 1 über einen Kühlkörper 20, der wärmeleitend mit dem Anschlusskörper 40 verbunden ist und hier über Kühlrippen 52 verfügt, die parallel zur Längsachse der Aufnahmeöffnung 42 verlaufen. Da die Aufnahmeöffnung 42 an der in 1 nichterkennbaren Unterseite des Anschlusselements 1 angeordnet ist, ist die Aufnahmeöffnung 42 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
Die 2 zeigt ein flexibles Stromleitungselement, das aus mehreren Lagen 12 eines elektrisch leitenden, flexiblen Materials aufgebaut ist. Das leitende, flexible Material ist bevorzugt Kupfer, Aluminium, Edelstahl, ein leitender Kunststoff und/oder Kombination, insbesondere Legierung, der genannten leitenden, flexiblen Materialien.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt eines flexiblen Stromleitungselements 10, bei dem die einzelnen Lagen, die das flexible Stromleitungselement bilden, zum Rand hin aufgefächert sind.
Die Auffächerung führt zu einer verbesserten Wärmeableitung, sowohl durch eine verbesserte Wärmeabstrahlung, als auch durch eine Wärmeabgabe an das durch Konvektion an dem flexiblen Stromleitungselement 10 vorbeiströmenden Isolationsgases.
Bezugszeichenliste

1: Anschlusselement
10: flexibles Stromleitungselement
12: Lagen des flexibles Stromleitungselement
14: am Rand aufgefächerte Lagen des flexibles Stromleitungselement
20: Kühlkörper
30: flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück
40: Anschlusskörper
42: Aufnahmeöffnung des Anschlusskörpers für den Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre
50: Außenkörper
52: Kühlrippen

Claims

Anschlusselement (1) für einen Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre mit einem Anschlusskörper(40), und einem flexiblen Stromleitungselement (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (1) mindestens einen Außenkörper (50) aufweist und der Anschlusskörper (40) über ein flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück (30) mit dem mindestens einen Außenkörper (50) verbunden ist.
Anschlusselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskörper (40) einen oder mehr Kühlkörper (20) aufweist.
Anschlusselement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kühlkörper (20) Kühlrippen (52) aufweisen, die parallel zur Längsachse einer Aufnahmeöffnung (42) für den Bewegkontakt einer Vakuumschaltröhre des Anschlusskörpers (40) verlaufen.
Anschlusselement (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kühlkörper (20) nicht oder teilweise oder vollständig vom Außenkörper (50) umschlossen werden.
Anschlusselement (1) nach einem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Kühlkörper (20) derart lackiert sind, dass der oder die Kühlkörper eine erhöhte Oberflächengröße und/oder eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen.
Anschlusselement (1) nach einem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (50) das flexible Stromleitungselement (10) teilweise oder vollständig umgibt.
Anschlusselement (1) nach einem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (50) von einem Käfig aus wärmeleitendem Material gebildet wird.
Anschlusselement (1) nach einem der vorstehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible, wärmeleitende Verbindungsstück (30) elektrisch isolierend ist.
Anschlusselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeleitende Verbindungsstück (30) stromleitend ausgeführt ist und das flexible, wärmeleitende Verbindungsstück (30) über den Außenkörper (50) leitend mit einem Hauptstrompfad des Anschlusselementes (1) verbindbar ist.
Anschlusselement (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (50) über ein weiteres stromleitendes, flexibles, wärmeleitendes Verbindungsstück mit einem Hauptstrompfad des Anschlusselementes (1) verbindbar ist.
Anschlusselement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible, wärmeleitende Verbindungsstück (30) und/oder das flexible Stromleitungselement (10) an den Seiten Auffächerungen aufweisen, die die Oberfläche vergrößern und zu einer erhöhten Wärmeabstrahlung beitragen.
Gasisolierte Schaltanlage mit mindestens einer Vakuumschaltröhre, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre mit einem Anschlusselement (1) nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche kontaktiert ist.
Gasisolierte Schaltanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliergas eines oder mehrere der folgenden Gase aufweist SF6 und/oder ein oder mehrere Fluorketone und/oder ein oder mehrere Nitrile, insbesondere fluorierte Nitrile und/oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid und/oder Sauerstoff und/oder trockene Luft und/oder ein oder mehrere Olefine und/oder ein oder mehrere Oxirane, insbesondere fluorierte Oxirane.