DE3048555A1

DE3048555A1 - Lichtbogen-schutzvorrichtung fuer hochspannungsanlagen

Info

Publication number: DE3048555A1
Application number: DE19803048555
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul 69160 Tassin-La-Demi-Lune Euvrard; Gilles 69006 Lyon Voisin
Original assignee: Alsthom Atlantique SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1981-09-24
Also published as: CA1162260A; US4338483A; IT1129493B; ES8200974A1; BR8008507A; FR2472861B1; IT8068994A0; ES498084A0; FR2472861A1

Description

LICHTBOGEN-SCHUTZVORRICHTUNG FUR HOCHSPANNUNGSANLAGEN

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung gegen die Auswirkungen elektrischer Lichtbögen, die sich in einer elektrischen Anlage zwischen einem zentralen koaxialen elektrischen Leiter und einer mit einem unter Druck stehenden dielektrischen Gas gefüllten Metallummantelung ausbilden können.

In elektrischen Hochspannungsanlagen entwickelt sich bei einem Kurzschluß ein starker Lichtbogen von beispielsweise mehreren zehntausend Ampere und einer Dauer von einigen Zehntel Sekunden. Die dabei entstehende Wärme erzeugt im Inneren der Ummantelung einen hohen Druck, dessen zerstörende Wirkung durch Sicherheitsventile oder Membranen vermieden werden kann. Unter der Wirkung des durch diese Erwärmung hervorgerufenen Druckanstiegs des Gases hat der Lichtbogen die Tendenz, sich an gewissen Stellen, insbesondere in der Nähe der von ihm eventuell erreichbaren Isolatoren, zu stabilisieren. Die Wärme am Lichtbogenfuß beeinträchtigt dann durch örtliches Abschmelzen die Metallummantelung. Zusammen mit dem Druck kann dies zu einer Perforation der Ummantelung führen. Um dies zu vermeiden, ist es beispielsweise aus der FR-PS 2 217 839 bekannt, an den Stellen, an denen sich der Lichtbogen festsetzt, Elektroden aus lichtbogenbeständigem Material vorzusehen, die nicht dem Druck ausgesetzt sind und so die Ummantelung schützen.

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Ein anderes Mittel besteht darin, den Lichtbogen in schnelle Rotation zu versetzen, um auf diese Weise die örtliche Erwärmung zu verringern. Hierzu gibt beispielsweise die FR-PS 2 403 669 Hinweise. Dort wird ein von einer oder mehreren Wicklungen erzeugtes Magnetfeld benutzt, wobei die Wicklungen mit Ausnahme eines Endes isoliert sind, das in einem Bereich mit der Ummantelung verbunden ist, wo die Verschiebung des Lichtbogens verhindert wird.

Diese Schutzmaßnahmen führen jedoch zu sehr viel Platz beanspruchenden Vorrichtungen, so daß entweder die Ummantelung einen größeren Durchmesser aufweisen muß oder die dielektrische Beanspruchung des Isolators erhöht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach herzustellende Vorrichtung mit geringerem Platzbedarf anzugeben, die für den Lichtbogen eine unüberwindliche Schranke bildet und ihn instabil werden läßt, so daß die Gefahr von Löchern in der Ummantelung vermieden wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch im Teilschnitt eine Hochspannungsanlage mit einer erfxndungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt schematisch im Teilschnitt und im größeren Maßstab die Anlage aus Fig. 1.

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Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang III gemäß Fig.

Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt entlang IV-IV gemäß Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Teilschnitt durch eine .Anlage mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante der Vorrichtung.

In den Figuren 1 bis 4 werden mit 1 und 2 koaxial in Metallummantelungen 4 und 5 angeordnete Leiter bezeichnet· die Metallummantelungen sind mit einem dielektrischen Gas wie beispielsweise Schwefelhexafluorid gefüllt. Die aneinandergrenzenden Enden der Ummantelungen 4 und 5 tragen Anschlußflansche 6 und 7, die miteinander verschraubt sind. Die Leiter 1 und 2 sind ihrerseits über ein Anschlußstück 3 miteinander verbunden und werden innerhalb der Ummantelungen 4 und 5 durch einen konischen Isolator 8 gehalten, dessen Rand 80 zwischen den Flanschen 6 und 7 eingespannt ist.

In der Nähe der Ummantelungen 5 und 4 und des Isolators 8 werden zu beiden Seiten rohrförmige Elektroden 9 und 9* mit abgerundeten Rändern angeordnet. Die Elektroden 9 und 9' werden konzentrisch zu den Ummantelungen 5 und 4 durch Halbringe 10 und Il bzw. JLO' und 11' gehalten, die zwischen den Elektroden 9 und 9" und den Ummantelungen 5 und 4 angeordnet sind und außen denselben Durchmesser aufweisen, wie der Innenraum der Ummantelungen.

Die aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Material bestehenden Halbringe 10 und 11 bzw. LO¹ und II¹ werden untereinander beispielsweise durch Kleben, Pressen oder Schrauben zusammengesetzt. Die Elektroden 9 und 9· stehen mit den Ummantelungen 5 und 4 über einzelne Leitfahnen 12 und 12' in

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Verbindung, die in geringer Anzahl gleichmäßig über die Peripherie der Ummantelungen verteilt sind. In den dargestellten Beispielen beträgt die Anzahl der Fahnen drei, die im Abstand von 120 zueinander um die Ummantelung herum zwischen der Elektrode 9 bzw. 9¹ und dem Isolator 8 angeordnet sind.

Die Vorrichtung arbeite": folgendermaßen : Wenn die Leistungsübertragung in der Anlage in Richtung des Pfeils 16 (d.h. in der Zeichnung von rechts nach links) erfolgt, bildet sich bei Auftreten eines Lichtbogens 15 zwischen der Ummantelung 5 und dem Leiter 2 eine Schleife, durch die der Lichtbogen sehr rasch unter dem Einfluß der Lorentzkräfte von rechts nach links verschoben wird.

Trifft der Lichtbogen auf seinem Weg auf die Elektrode 9, so setzt er sich hier fest, und der Strum fließt im allgemeinen asymmetrisch über die Leitfahnen 12 zur Ummantelung 5. Die Leitfahnen bilden mit dem Lichtbogen Schleifen, die ihn daran hindern, die aus der Elektrode 9 gebildete Schranke zu überschreiten, und wegen der unsymmetrischen Stromverteilung wird der Lichtbogen destabilisiert. Der Lichtbogenfuß bleibt daher rasch umlaufend auf der Elektrode 9, wodurch eine zu starke örtliche Erwärmung vermieden wird. Außerdem wird die von der Elektrode 9 abgegebene Wärme nicht an die Ummantelung 5 übertragen, da diese durch die thermische Isolationswirkung der Ringe 10 und 11 geschützt ist. Fließt in dieser Anlage die Leistung in zum Pfeil 16 umgekehrter Richtung, so bewegt sich der Lichtbogen von links nach rechts und trifft auf die in Leistungsflußrichtung hinter dem Isolator angeordnete Elektrode.

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Treten unterschiedliche Fließrichtungen der Leistung auf, wie bei einer Übergabestation, so wird die andere auf Halbringen 10* und 1.1· sitzende und mit Leitern 12* mit der Ummantelung 4 verbundene Elektrode 9¹ an der anderen Seite des Isolators 8 angeordnet. Fließt dagegen die Leistung stets nur in einer Richtung, so wird die Elektrode nur an der vom Lichtbogen zugänglichen Seite angeordnet, d.h. vor dem Isolator in Leistungsfließrichtung gesehen.

Die Elektroden 9 und 9¹ besitzen abgerundete Ränder oder Ränder einer derartigen Form, die das elektrische Feld nicht stört; die Verbindung der Leitfahnen 12 mit der Elektrode 9 erfolgt aus demselben Grund an ihrem Rand. Der Halbring 10 kann langer ausgebildet sein und als elektrischer und thermischer Isolator auch für die Leitfahnen 12 dienen, wie es gestrichelt in Fig. 4 angedeutet ist.

Die Elektroden können aus einem beliebigen leitenden Material bestehen, beispielsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus Kupfer. Sie sind vorzugsweise ausgehend von einem flachen Profil mit abgerundeten Kanten hergestellt, dessen Breite um 20% kleiner als der Krümmungsradius der Ummantelung ist.

aus praktischen Montagegründen kann die einteilige Elektrode durch mehrere radiale Elektrodenabschnitte ersetzt werden; dann werden die Leitfahnen 12 an den Enden dieser Elektrodenabschnitte angeordnet.

Fig. 5 zeigt in einer Variante, daß auch in der Nähe des zentralen Leiters 1, 2 ringförmige Elektroden 90 und 90' angeordnet sein können, die mit dem Leiter über Leitfahnen

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112 und Π?.' verbunden sind, welche um den Leiter herum gleichmüßig verteilt sind. Die Elektroden v/erden durch den Halbringen 1.0 und 11 analoge Halbringe 110 und 111 gehalten. Im übrigen erkennt man hier gut, wie das Anschlußstück 3 die beiden Leiter 1, 2 durch den Isolator B Hindurch verbindet. Hierzu weist das Anschlußstück 3 an seinen Enden Kugelköpfe 3 1 und 32 auf, die in Ringkontakte 21 und 22 an den Enden der Leiter 1 und 2 eingelassen sind.

Eine um den Anschluß zwischen dem -^e it er 1 und dem Anschlußstück 3 herum angeordnete Sprühstrumschutzhaube 3 3 bildet einen Schutz gegen das durch die scharfen Kanten der unter der Spitze des konischen Isolators 8 unter Spannung stehenden Teile entwickelte Potentialgefälle.

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ALSTHOM-ATLANTIQUE 38, avenue Kleber 75784 PARIS CEDEX 16 Frankreich

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LICHTBOGEN-SCHUTZVORRICHTUNG FÜR HOCHSPANNUNGSANLAGEN

PATENTANSPRÜCHE

1 r Schutzvorrichtung in einer Hochspannungsanlage gegen die Auswirkungen von elektrischen Lichtbögen zwischen einem zentralen koaxialen Leiter und einer mit einem unter Druck stehenden dielektrischen Gas gefüllten Metallummantelung, wobei der Leiter in der Ummantelung durch einen querliegenden Isolator gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Nähe des Isolators (8) und in Übertragungsrichtung der Leistung vor ihm liegende rohrförmige Elektrode (9) konzentrisch zur Umhüllung (5) und von dieser Umhüllung durch einen elektrischen und thermischen Isolator (10, 11) getrennt angeordnet ist und elektrisch über einzelne zwischen der Elektrode und dem Isolator liegende Leitfahnen (12) mit der Umhüllung (5) verbunden ist.

2 - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite rohrförmige Elektrode (90) vorgesehen ist, die konzentrisch zum Leiter (2), von dem sie durch einen elektrischen und thermischen Isolier-

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stoff getrennt ist und in Übertragungsrichtung der Leistung gesehen nahe vor dem Isolator (8) angeordnet ist und elektrisch mit dem Leiter über einzelne zwischen der Elektrode und dem Isolator liegende Leitfahnen (112) verbunden ist.

3 — Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Elektrode X9, 90) aus einem flachen Profil mit abgerundeten Kanten besteht, dessen Breite 20% kleiner als der Krümmungsradius der Ummantelung ist.

4 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische und thermische Isolierstoff in Form eines Rings vorliegt, der aus sich überdeckenden und ineinander gesteckten Einzelteilen (10, 11) besteht.

5 - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Elektrode (9, 90) aus radialen Rohrabschnitten besteht, die galvanisch mit der Ummantelung (5) bzw. dem Leiter (2) verbunden sind.

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