DE1201455B

DE1201455B - Gaskreislaufsystem fuer Druckgas-Leistungsschalter

Info

Publication number: DE1201455B
Application number: DEA47733A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Egbertus Adri Frowein
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1964-10-23
Filing date: 1964-11-30
Publication date: 1965-09-23
Also published as: SE306111B; GB1113096A; US3390241A; BE671216A; CH413958A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H02c

Deutsche KL: 21c-35/10

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

A47733VIIId/21c
30. November 1964
23. September 1965

Das Gaskreislaufsystem für Druckgas-Leistungsschalter besteht bei einer bekannten Ausführung im wesentlichen aus einem die Unterbrechungseinrichtung des Schalters umschließenden Niederdruckkessel und einem Hochdruckspeicher für das Löschgas, z. B. Schwefelhexafluorid. Das System arbeitet im geschlossenen Kreislauf mit konstanter Gasmenge. Ein Kompressor fördert das Löschgas, das bei jedem Schaltvorgang in den Niederdruckkessel überströmt, in den Hochdruckspeicher zurück, und zwar unter dem Einfluß einer Einrichtung, welche die Aufrechterhaltung einer konstanten Differenz der Drücke im Niederdruckkessel und Hochdruckspeicher überwacht. Durch diese Einrichtung in Form eines Differenzdruckwächters wird der Kompressor jeweils eingeschaltet, sobald die das Schaltvermögen des Leistungsschalters bestimmende Druckdifferenz nach Schaltvorgängen oder bei fallender Temperatur des Gases einen Grenzwert unterschreitet. Ein Überdruckventil zwischen Hochdruckspeicher und Niederdruckkessel sorgt andererseits dafür, daß bei steigender Temperatur Gas vom Hochdruckspeicher in den Niederdruckkessel überströmen kann und so die zu hohe Druckdifferenz wieder auf den gewünschten Wert herabgesetzt wird.

Falls in einem derartigen Gaskreislaufsystem Leckstellen auftreten, durch die das Gas entweichen kann, das im normalen Betrieb nicht ersetzt wird, kann es geschehen, daß das Druckniveau im Hochdruckspeicher und im Niederdruckspeicher gleichmäßig sinkt, wogegen die Druckdifferenz konstant bleibt, so daß die vorgesehenen Überwachungseinrichtungen nicht ansprechen. Sinkt unter diesen Umständen der Gasdruck im Niederdruckkessel unter den für die Isolation erforderlichen minimalen Wert, so entsteht die Gefahr eines Durchschlags, der zur Zerstörung des Leistungsschalters führen kann. Die Entstehung von Leckstellen liegt nun durchaus im Rahmen möglicher Fehlerquellen. An jedem Schalter dieser Art müssen regelmäßig Inspektionen vorgenommen werden, wobei unter anderem der Niederdruckkessel geöffnet und wieder geschlossen wird. Eine Beschädigung der Dichtung ist bei solchen Gelegenheiten erfahrungsgemäß keineswegs ausgeschlossen. In Anbetracht dessen kann das Gaskreislaufsystem nicht als vollkommen dicht angenommen werden, womit also eine wesentliche Voraussetzung für einen zuverlässigen Betrieb der Schaltanlage entfällt.

Ein weiterer Mangel des bekannten Gaskreislaufsystems ergibt sich daraus, daß bei den periodischen Revisionen das Gas abgelassen und wieder neu ein-Gaskreislaufsystem

für Druckgas-Leistungsschalter

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.,

Baden (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Egbertus Adrianus Frowein,

Nußbäumen (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 23. Oktober 1964 (13 779)

gefüllt wird. Es läßt sich hierbei nur äußerst schwierig feststellen, ob die Gasmenge bei der Erneuerung tatsächlich das zum Betrieb des Schalters erforderliche Maß erreicht. Das Druckniveau im Hochdruckspeicher und im Niederdruckkessel ist bekanntlich stark temperaturabhängig. Wohl läßt sich das Druckniveau auf einfache Weise bestimmen, z. B. mit einem Manometer; hingegen ist eine auch nur einigermaßen genaue Messung der Gastemperatur innerhalb kurzer Zeit kaum möglich. Infolgedessen können große Abweichungen in der Gasfüllung auftreten, die z. B. bei ungenügender Füllung in warmer Jahreszeit, bei Kälte Anlaß zur Unterschreitung des minimal erforderlichen Gasdruckes im Niederdruckkessel geben können, was wiederum eine Isolationsstörung verursachen kann.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß sich die genannten Nachteile durch Überwachung des Druckniveaus im Niederdruckkessel beheben lassen, wird vorgeschlagen, bei einem Gaskreislaufsystem für Druckgas-Leistungsschalter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß den Niederdruckkessel an eine Gasversorgungsanlage anzuschließen und zur Aufrechterhaltung einer konstanten Gasmenge im Kreislaufsystem einen Druckwächter für den Niederdruck-

_₀ teil des Systems vorzusehen, der eine mit dem Druck-Temperatur-Verlauf für konstante Gasmenge übereinstimmende Charakteristik aufweist und der

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im Bedarfsfall die Gaszufuhr aus der Gasversor- den Niederdruckkessel 2 und den Hochdruck-

gungsanlage bzw. den Gasablaß in dieselbe regelt. speicher 3 geschalteter Druckdifferenzwächter 15,

Die als Erfindung vorgeschlagene Maßnahme er- unter dessen Einfluß die Ventile 4 und 5 stehen, gibt folgende Vorteile: Bei zu niedrigem Gasdruck überwacht die vorgeschriebene Differenz zwischen im Niederdruckkessel, z. B. durch Gasaustritt in die 5 Hoch- und Niederdruck. Schließlich dient der Druck-Umgebung, erfolgt selbsttätig eine Nachspeisung. Ist wächter 16, der beim Erreichen einer oberen Druckder Gasdruck zu hoch, z. B. infolge unbeabsichtig- grenze im Niederdruckteil anspricht, zur Einschaltem Gaszustrom aus anderen Teilen der Anlage, so tung des Kompressors 7. Ferner ist ein Relais 17 wird selbsttätig Gas abgelassen. Nach einer Inspek- mit Abfallverzögerung vorhanden, das bei jedem tion oder Revision des Kreislaufsystems wird bei der io Schaltbefehl für den Leistungsschalter anspricht und Erneuerung der Gasfüllung das Gas selbsttätig in nach den Schaltvorgängen die Rückführung des der erforderlichen Menge wieder eingefüllt. Gasüber- Schaltergases vom Niederdruckkessel 2 in den Hochtritte aus dem bzw. in den Niederdruckkessel durch druckspeicher 3 veranlaßt.

allfällige Leckstellen können durch die Überwachung Die Wirkungsweise des in seinem grundsätzlichen

der Zeitdauer, während der die Nachspeise- bzw. 15 Aufbau beschriebenen Gaskreislaufsystems ist

Ablaßventile ansprechen, aufgezeigt und lokalisiert folgende:

werden. In Verbindung mit dem durch einen impulsförmigen

Nachstehend wird an Hand der Zeichnung ein Schaltbefehl ausgelösten Abschaltvorgang im Lei-Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert: stungsschalter strömt eine gewisse Menge Löschgas

Fig. 1 zeigt schematisch ein nach der Erfindung 20 vom Hochdruckspeicher 3 in den Niederdruckkessel 2.

ausgebildetes Gaskreislaufsystem für Druckgas- Zur gleichen Zeit spricht das Relais 17 an, daß in-

Leistungsschalter und folge seiner Abfallverzögerung auch nach dem

F i g. 2 ein für eine bestimmte Gasfüllung gelten- Verschwinden des Schaltbefehls seine Kontakte noch

des Druck-Temperatur-Diagramm zur Erläuterung eine Weile geschlossen hält. Beim Schließen dieser

der Wirkungsweise des in 25 Kontakte wird das Ventil 5 geöffnet und der Kom-

F i g. 3 schematisch dargestellten Druckwächters pressor 7 in Betrieb gesetzt. Der Druck im Hilfsfür die Überwachung des Niederdrackteils des behälter 6 steigt auf das im Niederdruckkessel 2 Systems. gerade herrschende Niveau an, so daß der Druckin dem in F i g. 1 dargestellten Schema des Gas- differenzwächter 15 auf Grund des zu niedrigen kreislaufsystems sind Gasleitungen durch dicke 30 Differenzdruckes anspricht und nun vom Relais 17 Linien und Stromzuführungsleitungen (einpolig) für die Steuerung des Ventils 5 übernimmt. Der Druckdie elektrische Steuerung durch dünne Linien veran- anstieg im Hilfsbehälter 6 bringt auch den Druckschaulicht, wächter 16 zum Ansprechen, der jetzt vom Relais 17

Der zum Leistungsschalter gehörende Teill des die Steuerung des Kompressors 7 übernimmt. Das Systems umfaßt den Niederdruckkessel 2 und den 35 Relais 17 fällt erst nach diesen Vorgängen in seinen Hochdruckspeicher 3, welche intern durch die Ruhezustand zurück. Der Kompressor 7 pumpt so Löschkammer der nicht dargestellten Unter- lange Gas aus dem Niederdruckkessel 2 in den Hochbrechungseinrichtung des Schalters miteinander ver- druckspeicher 3, bis die erforderliche Druckdifferenz bunden sind. Daneben besteht eine äußere Verbin- wiederhergestellt ist, worauf der Druckdifferenzdung zwischen dem Niederdruckkessel 2 und dem 40 wächter 15 das Ventil 5 wieder in den geschlossenen Hochdruckspeicher 3 über das Ventil 4, das nor- Zustand zurückführt. Der Hilfsbehälter 6 wird anmalerweise geschlossen ist und bei zu hoher schließend vom Kompressor 7 leergepumpt, wobei Differenz der Drücke im Niederdruckkessel 2 und infolge des Druckabfalls der Druckwächter 16 in den Hochdruckspeicher 3 geöffnet wird. Eine weitere Ruhezustand zurückfällt und dadurch der Komderartige Verbindung führt vom Niederdruckkessel 2 45 pressor 7 stillgesetzt wird.

über das normalerweise geschlossene Ventil 5, einen Bei übermäßig steigender Gastemperatur nimmt

Hilfsbehälter 6 im Niederdruckteil und einen Korn- auch die kritische Druckdifferenz derart zu, daß der

pressor 7 zum Hochdruckspeicher 3. Das Ventil 5 Druckdifferenzwächter 15 anspricht. In diesem Fall

dient zum Einschalten des Kompressors. Ferner ist wird das Ventil 4 geöffnet und dadurch der erforder-

der Niederdruckkessel 2 über normalerweise ge- 50 liehe Druckausgleich zwischen Hoch- und Nieder-

schlossene Ventile 8 und 9 an die Gaszuführungs- druckteil herbeigeführt. Sobald die vorgeschriebene

leitung 10 bzw. an die Gasrückführleitung 11 einer Druckdifferenz wiederhergestellt ist, gelangt der

im einzelnen nicht näher beschriebenen Gasversor- Druckdifferenzwächter 15 in seine Ruhelage zurück,

gungsanlage 12 angeschlossen. Dem Ventil 9 ist ein und das Ventil 4 schließt sich wieder.

Filter 13 zum Reinigen des Schaltergases nachge- 55 Fällt die Gastemperatur unter einen bestimmten

schaltet. Bei den Ventilen 4, 5, 8 und 9 handelt es Wert, so spricht der Druckdifferenzwächter 15 auf

sich durchweg um elektromagnetisch betätigbare die nunmehr zu niedrige Druckdifferenz an. Demzu-

Ventile. folge wird das Ventil 5 geöffnet, über das hierauf

Zur Überwachung der gewünschten Druckverhält- Gas aus dem Niederdruckkessel 2 in den Hilfsbehälnisse im Gaskreislaufsystem sind drei Druck- 60 ter 6 strömt, bis der Druck darin so weit angestiegen wächter 14, 15 und 16 vorgesehen. Der Druck- ist, daß auch der Druckwächter 16 zum Anwächter 14 befindet sich im Niederdruckkessel 2 und sprechen kommt. Dieser schaltet nun den Kombesitzt eine mit dem Druck-Temperatur-Verlauf für pressor 7 ein, womit die bereits beschriebenen weikonstante Gasmenge übereinstimmende Charakte- teren Vorgänge, wie sie im Falle einer Schalthandristik. Er dient zur Aufrechterhaltung einer konstan- 65 lung ablaufen, eingeleitet werden,
ten Gasmenge im Kreslaufsystem und steuert zu die- Der nach der Erfindung vorgesehene Druckwächsem Zweck die Ventile 8 und 9 für die Gaszufuhr ter 14 zur Aufrechterhaltung einer konstanten Gasbzw, -rückfuhr. Ein im äußeren Kreislauf zwischen menge im Gaskreislaufsystem tritt in Tätigkeit, so-

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bald Gas durch undichte Stellen aus dem System druckkessel 2 bzw. im Hochdruckspeicher 3 bei konin die Umgebung oder in andere Teile der Anlage stantem Volumen. Hierfür folgt aus der Gleichung abströmt oder von außen in das System dringt, und P = Po (1 + t) die Gleichung

zwar erfolgt das Ansprechen des Druckwächters ρ

voraussetzungsgemäß unabhängig von der Betriebs- 5 P= ------ · T.

temperatur das Gases im Niederdruckkessel 2. Eine °

praktische Ausführung eines derartigen Druckwäch- Die Linien A₁B₁ und A₂B₂ bzw. C₁D₁ und C₂D₂

ters wird später beschrieben. entsprechen den zulässigen Abweichungen (z. B.

Sofern das Gaskreislaufsystem infolge eines ±5%) der Gasmenge im System vom Normalwert

Leckes Gas verliert, spricht der Druckwächter 14 io nach unten und nach oben, was sich im Wert des

beim Unterschreiten einer unteren Grenze des Gas- Druckes P äußert. Die Druckdifferenz zwischen

druckes im Niederdruckkessel 2 an. Infolgedessen Hoch- und Niederdruckteil soll im ganzen maßgeb-

wird das Ventil 8 geöffnet, und es strömt Gas aus liehen Temperaturbereich von beispielsweise 10 bis

der Gasversorgungsanlage 12 über die Zuleitung 10 85° C konstant bleiben und z. B. 10 at betragen,

und das offene Ventil 8 in den Niederdruckkessel 2. 15 Eine der Hauptaufgaben des vorgeschlagenen

Sobald das erforderliche Druckniveau im Nieder- Druckwächters im Niederdruckkessel besteht darin,

druckkessel wiederhergestellt ist, schaltet der Druck- eine Abnahme des Gasdruckes unter das eine aus-

wächter 14 ab, und das Ventil 8 schließt sich wieder. reichende Isolation gewährleistende Grenzniveau zu

Beim Überschreiten einer oberen Grenze des verhüten. Dieses Grenzniveau erscheint im Druck-Druckes im Niederdruckkessel 2 spricht der Druck- 20 Temperatur-Diagramm bekanntlich als eine Linie wächter 14 ebenfalls an. Falls sich der Druck- konstanter Gasdichte (gestrichelte Linie A₂K in differenzwächter 15 in diesem Moment im Ruhezu- F i g. 2).

stand befindet, was bedeutet, daß die Druckerhöhung Nach der Erfindung soll nun der Druckwächter im Niederdruckkessel nicht als Folge einer Schalt- eine mit der Linie AB übereinstimmende Charakterihandlung des Leistungsschalters entstanden ist, as stik aufweisen. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, schließt sich der über einen Ruhekontakt des Druck- sind die Linien für konstante Gasmenge und kondifferenzwächters 15 verlaufende Stromkreis zur Be- stante Druckdifferenz im Hochdruckgebiet weniger tätigung des Ventils 9. Das überschüssige Gas kann steil, im Niederdruckgebiet dagegen steiler als die nun über das geöffnete Ventil 9, den Filter 13 und Linien für konstante Gasdichte. Zwischen den beidie Rückleitung 11 in die Gasversorgungsanlage 12 30 den Druckgebieten läßt sich also stets eine Linie für strömen, worauf der Druckwächter 14 wieder in den konstante Gasdichte finden, z. B. EF in Fig. 2, die Ruhezustand gelangt und das Ventil 9 sich wieder parallel zur Linie AB für konstante Gasmenge verschließt, läuft.

Zum Ablassen des Gases vor einer Inspektion Auf Grund dieser Tatsache verfügt man über die oder Revision wird die normale Steuerung außer Be- 35 Möglichkeit, einen Druckwächter zu verwenden, der trieb gesetzt; die Ventile 4 und 9 werden geöffnet, an sich eine Charakteristik gemäß der Linie EF auf- und das Gas wird durch die Rückleitung 11 in die weist. Bekanntlich zeichnet sich das sogenannte Kon-Gasversorgungsanlage 12 gepumpt. Für die Er- stante-Dichte-Relais durch seine einfache, robuste neuerung der Gasfüllung wird zunächst die Luft aus und betriebssichere Konstruktion aus. Die dann noch dem Kreislaufsystem mit einer Vakuumpumpe ent- 40 erforderliche temperaturunabhängige Kompensation fernt, worauf die normale Steuerung in Betrieb ge- des dem Abstand der Linien EF und AB entsprenommen werden kann. Der Füllvorgang erfolgt chenden Druckunterschiedes kann in einfacher Weise selbsttätig in gleicher Weise wie im Falle der be- durch eine Federkraft bewerkstelligt werden. So entschriebenen Nachspeisung bei Gasverlust. steht ein Druckwächter mit der gewünschten Charak-

An die Leitungen 10 und 11 der Gasversorgungs- 45 teristik AB.

anlage 12 sind normalerweise die Gaskreislauf- Ein in diesem Sinne aufgebauter Druckwächter

systeme mehrerer Druckgas-Leistungsschalter ange- ist als Beispiel in F i g. 3 im Querschnitt dargestellt,

schlossen. Um gegebenenfalls festzustellen, welches Der Druckwächter ist als Ganzes in einem Stutzen

der Systeme leckt oder Gas zugeführt bekommt, 20 des Niederdruckkessels 2 untergebracht. An einem

können an die Betätigungsorgane der Ventile 8 50 diesen Stutzen 20 nach außen abschließenden Deckel

und 9 Zählwerke (nicht dargestellt) angeschlossen 21 ist ein Faltenbalg 22 befestigt, der an seinem

werden. Auf Grund der Anzeige dieser Zählwerke freien Ende durch einen Teller 23 abgeschlossen ist.

lasesn sich Orte und Art eines Fehlers in gewissen In dem durch den Deckel 21, den Faltenbalg 22 und

Grenzen ermitteln. den Teller 23 gebildeten, dicht abgeschlossenen

Die Grundlage für die Konstruktion eines Druck- 55 Raum 24 befindet sich Gas, dessen Druckniveau der

Wächters mit der gewünschten Charakteristik zur Linie EF in F ig. 2 entspricht. Der Teller 23 sitzt auf

Überwachung des Niederdruckteils des Gaskreislauf- einer längsbeweglichen Schaltstange 25. In einem mit

systems läßt sich am besten an Hand des Druck- dem Deckel 21 verbundenen Federgehäuse 26 ist eine

Temperatur-Diagramms nach Fig. 2, das für Druckfeder 27 zum Ausgleich des erwähnten Druck-

Schwefelhexafluorid gilt, erklären. Dieses enthält 60 Unterschiedes angeordnet, die sich einerseits am

einerseits eine Kurvenschar, welche den Verlauf des Boden des Federgehäuses 26 und andererseits an

Druckes in Funktion der Temperatur mit dem spe- einem an der Schaltstange 25 fixierten Federteller 28

zifischen Gewicht bzw. der konstanten Dichte des abstützt und die mit ihrer Kraft dem durch das im

Gases als Scharparameter veranschaulicht. Aus der Raum 24 eingeschlossene Gas auf den Teller 23

Gasgleichung P-V = RT folgt P = RT und R = kon- 65 ausgeübten Druck entgegenwirkt,

stant mit der Dichte als Scharparameter. Es ist ferner möglich, zum Steuern von Strom-

Die Linien AB und CD zeigen andererseits die schienen, Trennern, Spannungswandlern und ähn-

Temperaturabhängigkeit des Gasdruckes im Nieder- liehen Teilen derartiger Anlagen Relais mit Charak-

teristiken für konstante Gasmenge im beschriebenen Sinne zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

1. Gaskreislaufsystem für Druckgas-Leistungsschalter, mit einem die Unterbrechungseinrichtung des Schalters umschließenden Niederdruckkessel und einem Hochdruckspeicher für das Löschgas, das bei jedem Schaltvorgang in den Niederdruckkessel überströmt, ferner mit einem Kompressor, der das Gas aus dem Niederdruckkessel in den Hochdruckspeicher zurückfördert, und einer die Aufrechterhaltung einer konstanten Differenz der Drücke im Niederdruckkessel und Hochdruckspeicher überwachenden Einrichtung zur Steuerung des Kompressors, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckkessel (2) an eine Gasversorgungsanlage (12) angeschlossen ist und daß zur Aufrechterhaltung einer konstanten Gasmenge im Kreislaufsystem ein Druckwächter (14) für den Niederdruckteil des Systems vorgesehen ist, der eine mit dem Druck-Temperatur-Verlauf für konstante Gasmenge übereinstimmende Charakteristik aufweist und der im Bedarfsfall die Gaszufuhr aus der Gasversorgungsanlage (12) bzw. den Gasablaß in dieselbe regelt.

2. Gaskreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung einer konstanten Druckdifferenz zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckteil (3 bzw. 2) ein Druckdifferenzwächter (15) angeordnet ist.

3. Gaskreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwächter (14) für den Niederdruckteil an sich eine mit einem Druck-Temperatur-Verlauf für konstante Gasdichte übereinstimmende Charakteristik besitzt, mit gegenüber der gewünschten Charakteristik einem über den ganzen Bereich der betriebsmäßig auftretenden Gastemperatur konstanten Druckunterschied, welcher durch eine Federkraft (27) temperaturunabhängig kompensiert ist.

4. Gaskreislaufsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System nach Anspruch 1 zur Steuerung von Stromschienen, Trennern und Spannungswandlern mit Steuermitteln versehen ist, welche eine Konstante-Dichte-Charakteristik aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 688/344 9.65 0 Bundesdruckerei Berlin