DE19648643A1

DE19648643A1 - Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage

Info

Publication number: DE19648643A1
Application number: DE1996148643
Authority: DE
Inventors: Herbert Schifko; Glenn Behrmann; Daniel Bleiker; Olav Knudsen; Hans Hartmann
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-05-28

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

In metallgekapselten gasisolierten Schaltanlagen werden in der Regel Erder oder Schnellerder eingesetzt, um die Aktivteile dann mit der Erde der betreffenden Schaltanlage zu verbinden, wenn es vom betrieblichen Ablauf her erforderlich ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Montagepersonal bei Revisionsarbeiten in der Anlage geschützt werden soll, oder wenn die Einstellung des Anlagenschutzes getestet werden soll.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage anzugeben, bei welcher die Durchführung von Kontrollmessungen, insbesondere die Messung von Übergangswiderständen in vorgegebenen Teilen der Anlage, vergleichsweise einfach möglich ist.

Die metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage ist mit einer geerdeten Kapselung, mit mindestens einem durch die Kapselung abgeschirmten Aktivteil und mit mindestens zwei voneinander beabstandeten Schaltgeräten für die bedarfsweise Überbrückung der Distanz zwischen der Kapselung und dem Aktivteil versehen. Das erste der Schaltgeräte ist für die elektrisch leitende Verbindung der Kapselung mit dem Aktivteil vorgesehen. Das zweite der Schaltgeräte ist von der Kapselung isoliert angeordnet. Die beiden Schaltgeräte sind in einem Meßkreis in Reihe zu einer Kontrollmesseinrichtung angeordnet. Diese Anordnung erlaubt es, mit vergleichsweise geringem Montageaufwand, zu einer zuverlässigen Beurteilung des Zustandes der Kontaktstellen im untersuchten Bereich der Schaltanlage zu gelangen.

Die Isolation des zweiten Schaltgeräts ist überbrückbar ausgebildet, so daß dieses Gerät mit geringem Aufwand nach der Durchführung der Kontrollmessung wieder für den Normalbetrieb der Schaltanlage umgerüstet werden kann. Als Schaltgeräte können in der metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage sowieso schon vorhandene Erder oder Schnellerder verwendet werden, so daß keine großen zusätzlichen Investitionen nötig sind, wenn diese Kontrollmessungen, welche die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit der Schaltanlage vorteilhaft erhöhen, durchgeführt werden sollen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein erstes in die erfindungsgemäße Schaltanlage eingebautes elektrisches Schaltgerät,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein zweites in die erfindungsgemäße Anlage eingebautes elektrisches Schaltgerät, und

Fig. 3 einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch die metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage mit angeschlossener Kontrollmesseinrichtung.

Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Jede metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage ist in der Regel mit als Erder bezeichneten Erdungsschaltern und/oder mit als Schnellerder bezeichneten Schnellerdungsschaltern ausgerüstet. Der Einsatz dieser Erder bzw. Schnellerder hat sich stets bewährt. Diese Erder bzw. Schnellerder können mit sehr einfachen Mitteln so ausgerüstet werden, daß sie zusätzlich zu ihrer eigentlichen Aufgabe, nämlich bei Bedarf absolut sichere Erdverbindungen herzustellen, vorteilhaft auch für die Durchführung von Kontrollmessungen eingesetzt werden können.

In der Fig. 1 ist ein durch einen nicht dargestellten Antrieb angetriebener erster Schnellerder 1 dargestellt. Der Schnellerder 1 erstreckt sich entlang einer zentralen Achse 2 zwischen der geerdeten metallischen Kapselung 3 der gasisolierten Schaltanlage und dem im Betrieb mit Hochspannung beaufschlagten Aktivteil 4 der Schaltanlage. In der linken Hälfte der Fig. 1 ist der Schnellerder 1 in ausgeschaltetem und in der rechten Hälfte in eingeschaltetem Zustand dargestellt. Der Schnellerder 1 weist ein zylindrisch ausgebildetes, durch einen nicht dargestellten, außerhalb der Kapselung 3 angeordneten Antrieb angetriebenes bewegliches Kontaktrohr 5 auf. Die dem Aktivteil 4 zugewandte Spitze 6 des Kontaktrohrs 5 ist mit abbrandfestem Material, beispielsweise mit Wolframkupfer, versehen. Bei einer Einschaltung bewegt sich das Kontaktrohr 5 entlang der zentralen Achse 2 auf einen fest in das Aktivteil 4 eingelassen Gegenkontakt 7 zu. Der Gegenkontakt 7 ist zylindrisch um die zentrale Achse 2 herum aufgebaut.

Der Gegenkontakt 7 weist im Zentrum einen Kontaktstift 8 auf, der auf der dem beweglichen Kontaktrohr 5 zugewandten Seite mit einer zylindrisch ausgebildeten Kappe aus elektrisch leitendem, abbrandfestem Material versehen sein kann. Den Kontaktstift 8 umgibt ein ringförmiger Spalt 9, der für die Aufnahme des beweglichen Kontaktrohrs 5 vorgesehen ist. Der ringförmige Spalt 9 wird nach außen hin durch einen elektrisch leitenden Kontaktträger 10 begrenzt. Der Kontaktträger 10 ist mittels eines Zwischenstücks 10a elektrisch leitend mit dem Aktivteil 4 verbunden. Dieser Kontaktträger 10 ist auf der dem beweglichen Kontaktrohr 5 zugewandten Seite mit einer dielektrisch günstig gestalteten Abdeckung 11 aus elektrisch leitendem, abbrandfestem Material gefertigt. In die dem Kontaktrohr 5 zugewandte Seite des Kontaktträgers 10 sind federnde, als Kontaktfinger 12 ausgebildete Kontaktelemente eingelassen.

Das bewegliche Kontaktrohr 5 ist rohrförmig ausgebildet, seine dem Gegenkontakt 7 zugewandte Spitze 6 ist so geformt, daß im Innern des beweglichen Kontaktrohrs 5 federnd angebrachte Kontaktfinger 13 dielektrisch abgeschirmt sind. Beim Einschalten laufen die Kontaktfinger 12 auf das Kontaktrohr 5 auf und gleiten auf dessen äußerer Oberfläche. Im Innern des Kontaktrohrs 5 ist ein Volumen vorgesehen, welches beim Einschalten den Kontaktstift 8 aufnimmt. Der Kontaktstift 8 weist eine Oberfläche auf, auf welcher nach dem Einschalten des Schnellerders die Kontaktfinger 13 aufliegen. Die Kontaktfinger 13 werden an ihrer Basis von einer im Innern des Kontaktrohrs 5 befestigten Halterung 14 zusammengehalten. Die Halterung 14 und die Kontaktfinger 13 können aus einem Teil herausgearbeitet sein, es ist aber beispielsweise auch möglich, daß die Enden der einzelnen Kontaktfinger 13 in die Halterung 14 eingelötet sind. Die Halterung 14 weist im Zentrum eine sie durchdringende Bohrung 15 auf, die dazu dient, etwaige sich im Bereich des Einschaltlichtbogens ausbildende Druckspitzen abzubauen.

Das Kontaktrohr 5 wird auf der Seite der geerdeten Kapselung 3 in einer Metallhülse 16 geführt, in welcher Spiralkontakte 17 angeordnet sind, welche für den Stromübergang vom Kontaktrohr 5 auf diese Metallhülse 16 vorgesehen sind. Eine mechanische Überlastung der Spiralkontakte 17 wird durch Führungsringe 18 aus einem Isoliermaterial verhindert. Die Metallhülse 16 ist elektrisch leitend mit einem Metallflansch 19 verbunden, der mit dem Flansch 20 eines in die geerdete Kapselung 3 eingelassenen Stutzens 21 druckdicht verbunden ist. Der Schnellerderantrieb ist druckdicht mit dem Metallflansch 19 verschraubt, so daß die Öffnung des Stutzens 21 vollständig verschlossen ist.

Die Metallhülse 16 wird auf der dem Gegenkontakt 7 zugewandten Seite dielektrisch wirksam mittels einer Abschirmung 22 abgeschirmt. Diese Abschirmung 22 ist starr mit der Metallhülse 16 verbunden, wobei diese nicht dargestellte Verbindung elektrisch isolierend ausgeführt ist. Die Abschirmung 22 weist im Betrieb ein vom Erdpotential der Metallhülse 16 etwas abweichendes, frei floatendes Potential auf. Diese Potentialabweichung ist vergleichsweise gering, so daß die dielektrische Wirksamkeit der Abschirmung 22 trotzdem voll gewährleistet ist. Aufgrund dieses vom Erdpotential abweichenden Potentials kann ein auf der Abschirmung 22 montierter Sensor 23 für Meßzwecke in der unter Hochspannung stehenden Schaltanlage eingesetzt werden. Der Sensor 23 kann beispielsweise für das Feststellen der Spannungsfreiheit vor dem Einschalten des Schnellerders 1 ausgelegt sein, er kann aber auch für die Feststellung des Auftretens von Teilentladungsimpulsen verwendet werden. Der Sensor 23 weist ein in der Regel koaxial ausgebildetes Anschlußkabel 24 auf, welches druckdicht aus der Kapselung 3 herausgeführt wird.

Die Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch einen weiteren Schnellerder 25, dessen bewegte Teile und dessen Kontaktpartien baugleich sind mit dem bereits beschriebenen Schnellerder 1. Beim Schnellerder 25 ist jedoch der Metallflansch 19 durch einen Flansch 26 aus einem Isoliermaterial ersetzt worden. Dieser Flansch 26 isoliert die elektrisch leitenden Teile des Schnellerders 25 vollständig von der geerdeten Kapselung 3, wobei darauf geachtet worden ist, daß durch die angedeuteten druckdichten Verschraubungen keine Überbrückung der Isolation vorkommen kann. Der Flansch 26 ist druckdicht mit einem metallischen Deckel 27 verschraubt, welcher den nicht dargestellten Antrieb des Schnellerders 25 trägt. Die Metallhülse 16 ist mittels Innensechskantschrauben 28 elektrisch leitend mit dem Deckel 27 verschraubt. An den Deckel 27 ist ein elektrisch leitender Metallwinkel 29 angeschraubt. An den Flansch 20 ist ebenfalls ein elektrisch leitender Metallwinkel 30 angeschraubt. Die beiden Metallwinkel 29 und 30 sind mittels einer Lasche 31 elektrisch leitend miteinander verbunden. Diese Lasche 31 überbrückt hier den Flansch 26 aus Isoliermaterial elektrisch leitend, so daß der Deckel 27 mit der geerdeten Kapselung 3 verbunden ist und ebenfalls auf Erdpotential liegt. Die Verschraubung der Lasche 31 kann jedoch im Bedarfsfall gelöst werden.

Die Fig. 3 zeigt einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch die metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage mit angeschlossener Kontrollmesseinrichtung 32. In dieser Kontrollmesseinrichtung 32 ist eine Gleichstromquelle 33, die einen konstanten Gleichstrom liefert, und ein empfindliches Spannungsmeßgerät 34 enthalten. Das Aktivteil 4 der metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage ist hier vorab spannungsfrei geschaltet worden. Der erste Schnellerder 1, der hier schematisch durch den Metallflansch 19, das Kontaktrohr 5 und den Gegenkontakt 7 dargestellt ist, ist eingeschaltet und verbindet die geerdete Kapselung 3 mit dem Aktivteil 4. Eine Eingangsklemme 35 ist elektrisch leitend mit dem Schnellerder 1 und mit der Kontrollmesseinrichtung 32 verbunden. Das Aktivteil 4 der einphasig metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage wird mittels scheibenförmig ausgebildeter Isolatoren 36, die im Zentrum mit einer metallischen Eingußarmatur 37 versehen sind, gegen die Kapselung 3 abgestützt. Das Aktivteil 4 ist beidseitig mit der Eingußarmatur 37 verschraubt. Im weiteren Verlauf des Aktivteils 4 können beispielsweise ein Leistungsschalter 38 oder auch ein Trenner oder eine oder mehrere sonstige Baugruppen liegen.

Am Ende des mit einer Kontrollmessung zu untersuchenden Bereichs der metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage ist der zweite Schnellerder 25 in ebenfalls eingeschaltetem Zustand dargestellt. Der zweite Schnellerder 25 ist hier schematisch durch den Flansch 26 aus Isoliermaterial, das Kontaktrohr 5 und den Gegenkontakt 7 dargestellt. Die in der Fig. 2 dargestellte Lasche 31 ist bei diesem Schnellerder 25 entfernt worden, so daß der Flansch 26 isolierend wirken kann. Dieses Kontaktrohr 5 ist demnach nicht mit der geerdeten Kapselung 3 verbunden, es ist dafür elektrisch leitend mit einer Abgangsklemme 39 verbunden. Die Abgangsklemme 39 ist elektrisch leitend mit der Kontrollmesseinrichtung 32 verbunden.

Wenn eine Kontrollmessung durchgeführt wird, so wird von der Gleichstromquelle 33 ein konstanter Gleichstrom, beispielsweise 300 A, über die Eingangsklemme 35 in den Meßkreis eingespeist. Der Meßkreis führt hier von der Eingangsklemme 35 über den Schnellerder 1, den Aktivteil 4, die Eingußarmatur 37, den Leistungsschalter 38 und den Schnellerder 25 hin zur Abgangsklemme 39. Mit dem Spannungsmeßgerät 34 wird der Spannungsabfall zwischen der Eingangsklemme 35 und der Abgangsklemme 39 gemessen. Die gleiche Messung wurde bereits früher, beispielsweise unmittelbar nach der Fertigstellung der metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage, durchgeführt, so daß ein Vergleichswert verfügbar ist. Treten unzulässig große Abweichungen von diesem bekannten Vergleichswert auf, so ist dies ein Hinweis darauf, daß einer der im Meßkreis liegenden Kontaktübergänge sich verändert hat.

Es ist möglich, daß bei der Montage oder bei einer betriebsbedingten Revision der metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage, eine Schraubverbindung nicht korrekt angezogen wurde, beispielsweise zwischen dem Aktivteil 4 und der Eingußarmatur 37, was eine Heißkontaktbildung mit großen Folgeschäden zur Folge haben könnte, wenn dies nicht bei einer Kontrollmessung erkannt würde, so daß rechtzeitig Abhilfe geschaffen werden kann. Die Kontakte des Leistungsschalters 38 werden infolge der Leistungsschaltungen abgenutzt, so daß auch hier der Stromübergang erschwert und damit verbunden ein deutlicher Anstieg des Spannungsabfalls über dem Leistungsschalter 38 verzeichnet wird. Mit Hilfe der vergleichsweise einfach und mit geringem Aufwand durchzuführenden Kontrollmessung kann der optimale Zeitpunkt für eine Kontaktrevision festgestellt werden. Für Leistungsschalter 38, die parallel zur Leistungsstrombahn eine Nennstrombahn aufweisen, ist diese Kontrollmessung nur bedingt aussagekräftig.

Die Eingangsklemme 35 wird in der Regel auf dem Deckel 27 des Schnellerders 1 angebracht. Es ist jedoch auch möglich, den Gleichstrom durch den Metallflansch 19 einzuspeisen. In der Fig. 3 sind der eingangsseitige Abgriff für die Spannungsmessung und die Eingangsklemme 35 zusammengelegt dargestellt, es ist jedoch auch möglich, den eingangsseitigen Abgriff separat und isoliert in die Schaltanlage einzuführen, beispielsweise als elektrisch leitender Mantel des Anschlußkabels 24 des Sensors 23, und diesen Mantel dann elektrisch leitend mit der Metallhülse 16 zu verbinden, so daß die Messung des Spannungsabfalls erst ab der Metallhülse 16 erfolgt.

Es ist natürlich auch möglich, die Kontrollmessung zwischen zwei Schnellerdern durchzuführen, die beide mit einem isolierend wirkenden Flansch 26 ausgestattet sind. Die Laschen 31 sind dabei bei beiden Schnellerdern gelöst, und die Metallwinkel 29 dienen jeweils als Eingangsklemme 35 bzw. Abgangsklemme 39 für die Verbindung der Schnellerder mit der Kontrollmesseinrichtung 32.

Der Sensor 23 kann, wie bereits erwähnt, für verschiedene Messungen ausgelegt werden. Der Sensor 23 kann beispielsweise für das Feststellen der Spannungsfreiheit des Aktivteils 4 vor dem Einschalten des Schnellerders 1 ausgelegt sein, er kann aber auch für die Feststellung des Auftretens von Teilentladungsimpulsen verwendet werden. Dies sind beides in der Regel Messungen, bei denen es nicht auf die Präzision der Meßresultate ankommt. Diese Meßresultate können jedoch vorteilhaft in der Leittechnik der vorliegenden metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage verarbeitet werden zu Aussagen über den jeweiligen Betriebszustand der Schaltanlage, so daß auf einfache und preiswerte Art eine Erhöhung der Betriebssicherheit und damit der Verfügbarkeit der Schaltanlage erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1

Schnellerder

2

zentrale Achse

3

Kapselung

4

Aktivteil

5

Kontaktrohr

6

Spitze

7

Gegenkontakt

8

Kontaktstift

9

Spalt

10

Kontaktträger

10

a Zwischenstück

11

Abdeckung

12,

13

Kontaktfinger

14

Halterung

15

Bohrung

16

Metallhülse

17

Spiralkontakte

18

Führungsringe

19

Metallflansch

20

Flansch

21

Stutzen

22

Abschirmung

23

Sensor

24

Anschlußkabel

25

Schnellerder

26

Flansch

27

Deckel

28

Innensechskantschrauben

29,

30

Metallwinkel

31

Lasche

32

Kontrollmesseinrichtung

33

Gleichstromquelle

34

Spannungsmeßgerät

35

Eingangsklemme

36

Isolatoren

37

Eingußarmatur

38

Leistungsschalter

39

Abgangsklemme

Claims

1. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage mit einer geerdeten Kapselung (3), mit mindestens einem durch die Kapselung (3) umschlossenen Aktivteil (4), mit mindestens zwei voneinander beabstandeten Schaltgeräten für die bedarfsweise Überbrückung der Distanz zwischen Kapselung (3) und Aktivteil (4), von denen das erste für die elektrisch leitende Verbindung der Kapselung (3) mit dem Aktivteil (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß das zweite der Schaltgeräte von der Kapselung (3) isoliert angeordnet ist, und
- daß die mindestens zwei Schaltgeräte in Reihe zu einer Kontrollmesseinrichtung (32) in einem Meßkreis angeordnet sind.

2. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Isolation des zweiten Schaltgeräts überbrückbar ausgebildet ist.

3. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kontrollmesseinrichtung (32) eine einen konstanten Gleichstrom liefernde Gleichstromquelle (33) und ein parallel zu dieser geschaltetes Spannungsmeßgerät (34) aufweist.

4. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Schaltgeräte Erder oder Schnellerder (1, 25) vorgesehen sind.

5. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Erder oder der Schnellerder (1, 25) ein Kontaktrohr (5) aufweist, welches kapselungsseitig mit einer dielektrisch wirksamen Abschirmung (22) versehen ist.

6. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Abschirmung (22) nicht mit dem Potential der Kapselung (3) verbunden ist.

7. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Abschirmung (22) als Träger für einen Sensor (23) ausgebildet ist.

8. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Sensor (23) ein Spannungssensor oder ein Teilentladungssensor vorgesehen ist.

9. Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Sensor (23) mittels eines Koaxialkabels angeschlossen ist.

10. Verfahren zur Messung von Spannungsabfällen in metallgekapselten gasisolierten Schaltanlagen, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:

a) Spannungsfreimachen der Schaltanlage;
b) Einschalten eines ersten Schaltgeräts, welches den Aktivteil (4) der Schaltanlage mit ihrer geerdeten Kapselung (3) elektrisch leitend verbindet;
c) Einschalten eines zweiten Schaltgeräts, welches den Aktivteil (4) kontaktiert, ihn jedoch nicht mit der Kapselung (3) verbindet;
d) Verbinden der beiden Schaltgeräte unter Zwischenschaltung einer Kontrollmeßeinrichtung (32) zu einem Meßkreis;
e) Einspeisung eines konstanten Gleichstroms in den Meßkreis;
f) Messung des Spannungsabfalls in dem Meßkreis;
g) Vergleich der Meßresultate mit früher erzielten Meßdaten oder mit vorgegebenen Sollwerten.