Title:
Hohlisolator und Hochspannungsschalter mit einem Hohlisolator
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft einen Hohlisolator (3). Der Hohlisolator (3) umfasst mehrere um eine Isolatorlängsachse des Hohlisolators (3) verlaufende und ineinander geschachtelte Isolierrohre (21, 23), die radial zur Isolatorlängsachse voneinander beabstandet sind. Ferner betrifft die Erfindung einen Hochspannungsschalter (1) mit einem derartigen Hohlisolator (3).





Inventors:
Jänicke, Lutz-Rüdiger (15831, Mahlow, DE)
Application Number:
DE102016205504A
Publication Date:
10/05/2017
Filing Date:
04/04/2016
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:
H01B17/60; H01B17/14; H01B17/36; H01H31/14
Domestic Patent References:
DE202009014606U1N/A2010-02-04
DE29609229U1N/A1996-08-14
DE3914730A1N/A1990-10-31
Foreign References:
AT279714B1970-03-10
GB1022291A1966-03-09
Claims:
1. Hohlisolator (3), umfassend
– mehrere um eine Isolatorlängsachse des Hohlisolators (3) verlaufende und ineinander geschachtelte Isolierrohre (21, 23),
– die radial zur Isolatorlängsachse voneinander beabstandet sind.

2. Hohlisolator (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Isolierrohr (21, 23) aus einem elektrisch isolierenden faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.

3. Hohlisolator (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres Isolierrohr (23) eine höhere Druckfestigkeit als ein äußeres Isolierrohr (21) aufweist.

4. Hohlisolator (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein inneres Isolierrohr (23) eine geringere Biegesteifigkeit als ein äußeres Isolierrohr (21) aufweist.

5. Hohlisolator (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierrohre (21, 23) konzentrisch um die Isolatorlängsachse verlaufen.

6. Hohlisolator (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an einer Außenoberfläche eines äußeren Isolierrohrs (21) angeordnete elektrisch isolierende Beschirmung (29).

7. Hochspannungsschalter (1), umfassend
– einen Hohlisolator (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
– wenigstens eine Schaltkammer (7) mit wenigstens einer beweglichen Schaltelektrode (9) zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes
– und eine durch einen von einem inneren Isolierrohr (23) des Hohlisolators (3) umgebenen zentralen Innenraum (27) des Hohlisolators (3) verlaufende Schaltstange (15), die an wenigstens eine bewegliche Schaltelektrode (9) gekoppelt ist.

8. Hochspannungsschalter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Innenraum (27) des Hohlisolators (3) mit einem Isoliergas befüllt ist.

9. Hochspannungsschalter (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Innenraum (27) des Hohlisolators (3) gegenüber wenigstens einem Zwischenraum zwischen zwei Isolierrohren (21, 23) gasdicht verschlossen ist.

10. Hochspannungsschalter (1) nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein gegenüber dem zentralen Innenraum (27) gasdicht verschlossener Zwischenraum (25) zwischen zwei Isolierrohren (21, 23) mit einem anderen Isoliergas als der zentrale Innenraum (27) des Hohlisolators (3) befüllt ist.

11. Hochspannungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaltkammer (7) oberhalb des Hohlisolators (3) angeordnet ist.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Hohlisolator und einen Hochspannungsschalter mit einem Hohlisolator.

Hohlisolatoren von Hochspannungsschaltern werden häufig aus keramischen Werkstoffen oder Verbundwerkstoffen gefertigt. Dabei weist ein aus einem Verbundwerkstoff hergestellter Hohlisolator in der Regel einen größeren Innendurchmesser als ein entsprechender keramischer Hohlisolator auf, um zur Erfüllung mechanischer Anforderungen an den Hohlisolator die gegenüber einem keramischen Werkstoff geringere Biegefestigkeit des Verbundwerkstoffs auszugleichen. Dadurch erhöhen sich die Herstellungskosten des aus einem Verbundwerkstoff hergestellten Hohlisolators. Außerdem ist ein gegebenenfalls mit einem Isoliergas zu befüllender Gasraum im Inneren eines aus einem Verbundwerkstoff hergestellten Hohlisolators dadurch größer als ein Gasraum eines entsprechenden keramischen Hohlisolators und erfordert daher eine größere Isoliergasmenge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Hohlisolator und einen verbesserten Hochspannungsschalter mit einem Hohlisolator anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Hohlisolators durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Hochspannungsschalters durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßer Hohlisolator umfasst mehrere um eine Isolatorlängsachse des Hohlisolators verlaufende und ineinander geschachtelte Isolierrohre, die radial zur Isolatorlängsachse voneinander beabstandet sind.

Durch den Aufbau des Hohlisolators aus mehreren Isolierrohren wird die mechanische Belastung des Hohlisolators auf die Isolierrohre aufgeteilt, so dass die einzelnen Isolierrohre auf eine entsprechend reduzierte Last ausgelegt werden können. Dadurch kann vorteilhaft der Außendurchmesser des Hohlisolators reduziert werden, da kein einzelnes Isolierrohr mit einem zur Aufnahme der Gesamtlast notwendigen Außendurchmesser erforderlich ist. Auch der Materialbedarf für eine gegebenenfalls, beispielsweise bei einer Verwendung des Hohlisolators im Freien (z. B. in einer Freiluftschaltanlage), erforderliche Beschirmung der Außenoberfläche des Hohlisolators wird vorteilhaft reduziert, da innenliegende Isolierrohre nicht beschirmt werden müssen und durch die Reduzierung des Außendurchmessers des Hohlisolators auch die Abmessungen der äußeren Beschirmung reduziert werden. Ferner wird durch die Reduzierung des Außendurchmessers des Hohlisolators auch ein gegebenenfalls mit einem Isoliergas zu befüllender Gasraum im Inneren des Hohlisolators verkleinert und dadurch die Menge des zur Befüllung des Gasraums erforderlichen Isoliergases reduziert. Insbesondere kann der Innenraum durch die ineinander geschachtelten Isolierrohre auch in mehrere Teilräume aufgeteilt werden, von denen nicht unbedingt alle mit einem hochwertigen Isoliergas befüllt werden müssen, wodurch der Bedarf an hochwertigem Isoliergas vorteilhaft gesenkt werden kann.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Isolierrohr aus einem elektrisch isolierenden faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist, beispielsweise mit Glasfasern oder Fasern aus einem synthetischen Polymer wie Aramidfasern (z. B. Poly(p-phenylenterephthalamid)-Fasern) oder Polyesterfasern und mit einem Kunstharz als Kunststoff. Derartig ausgeführte Isolierrohre haben gegenüber aus keramischen Materialien gefertigten Isolierrohren unter anderem die Vorteile, erdbebensicher und deutlich leichter zu sein, und können zur Verbesserung ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaften in Anwesenheit von Feuchtigkeit hydrophob ausgeführt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein inneres Isolierrohr eine höhere Druckfestigkeit und dafür eine geringere Biegesteifigkeit als ein äußeres Isolierrohr aufweist. Unter dem inneren Isolierrohr wird dabei dasjenige Isolierrohr verstanden, das den geringsten Abstand zu der Isolatorlängsachse aufweist. Unter dem äußeren Isolierrohr wird entsprechend dasjenige Isolierrohr verstanden, das den größten Abstand zu der Isolatorlängsachse aufweist. Die höhere Druckfestigkeit des inneren Isolierrohrs ist besonders vorteilhaft, wenn nur ein von diesem Isolierrohr umgebener zentraler Innenraum des Hohlisolators mit einem unter hohem Überdruck stehenden Isoliergas befüllt werden soll. Die höhere Biegesteifigkeit des äußeren Isolierrohrs berücksichtigt, dass das äußere Isolierrohr oft besonders großen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, beispielsweise bei einer Verwendung des Hohlisolators im Freien, bei der er wechselnden Witterungsbedingungen, insbesondere hohen Windstärken, ausgesetzt ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Isolierrohre konzentrisch um die Isolatorlängsachse verlaufen. Eine derartige Ausführung des Hohlisolators ist in der Regel aus Symmetrie- und Fertigungsgründen bevorzugt, es sei denn, dass spezielle Anforderungen eine diesen Anforderungen angepasste unsymmetrische Ausführung des Hohlisolators vorteilhaft machen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine an einer Außenoberfläche eines äußeren Isolierrohrs angeordnete elektrisch isolierende Beschirmung vor. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft bei einer Verwendung des Hohlisolators im Freien, bei der er wechselnden Witterungsbedingungen, insbesondere Niederschlägen, ausgesetzt ist.

Ein erfindungsgemäßer Hochspannungsschalter umfasst einen erfindungsgemäßen Hohlisolator, wenigstens eine Schaltkammer mit wenigstens einer beweglichen Schaltelektrode zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes und eine Schaltstange, die durch einen von einem inneren Isolierrohr des Hohlisolators umgebenen zentralen Innenraum des Hohlisolators verläuft und an wenigstens eine bewegliche Schaltelektrode gekoppelt ist. Durch die Ausführung des Hochspannungsschalters mit einem erfindungsgemäßen Hohlisolator werden die oben bereits genannten Vorteile des Hohlisolators auf den Hochspannungsschalter übertragen. Darüber hinaus kann das innere Isolierrohr zur vereinfachten Führung der Schaltstange durch eine Abstützung der Schaltstange an dem inneren Isolierrohr genutzt werden.

Eine Ausgestaltung des Hochspannungsschalters sieht vor, dass der zentrale Innenraum des Hohlisolators mit einem Isoliergas befüllt ist. Dadurch wird vorteilhaft die elektrisch isolierende Wirkung des Hohlisolators erhöht. Wenn auch eine Schaltkammer des Hochspannungsschalters mit dem Isoliergas befüllt wird, kann der zentrale Innenraum außerdem mit der Schaltkammer verbunden werden und mit dieser einen zusammenhängenden Gasraum bilden.

Eine weitere Ausgestaltung des Hochspannungsschalters sieht vor, dass der zentrale Innenraum des Hohlisolators gegenüber wenigstens einem Zwischenraum zwischen zwei Isolierrohren gasdicht verschlossen ist. Insbesondere kann dabei wenigstens ein gegenüber dem zentralen Innenraum gasdicht verschlossener Zwischenraum zwischen zwei Isolierrohren mit einem anderen Isoliergas als der zentrale Innenraum des Hohlisolators befüllt sein. Dies ermöglicht insbesondere vorteilhaft, nur den zentralen Innenraum oder einen den zentralen Innenraum umfassenden Teilraum des Hohlisolators mit einem hochwertigen Isoliergas zu befüllen, während der restliche Innenraum des Hohlisolators mit einem weniger hochwertigen Isoliergas (beispielsweise mit entfeuchteter Luft) befüllt werden kann.

Eine weitere Ausgestaltung des Hochspannungsschalters sieht vor, dass jede Schaltkammer oberhalb des Hohlisolators angeordnet ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft bei einer Verwendung des Hochspannungsschalters in Freiluftschaltanlagen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit einer Zeichnung näher erläutert werden.

Dabei zeigt die einzige Figur eine Schnittdarstellung eines Hochspannungsschalters 1, der als ein Leistungsschalter einer Freiluftschaltanlage ausgebildet ist.

Der Hochspannungsschalter 1 umfasst einen Hohlisolator 3 und zwei nur schematisch dargestellte Unterbrechereinheiten 5, die oberhalb des Hohlisolators 3 angeordnet sind. Die Unterbrechereinheiten 5 weisen jeweils eine Schaltkammer 7 mit einer beweglichen Schaltelektrode 9 zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes auf. Die beweglichen Schaltelektroden 9 werden von einem nicht dargestellten Antrieb über ein Getriebe bewegt. Das Getriebe umfasst ein an einem unteren Ende des Hohlisolators 3 angeordnetes nicht näher dargestelltes Umlenkgetriebe 13, eine Schaltstange 15 und einen an einem oberen Ende des Hohlisolators 3 angeordneten nicht näher dargestellten Getriebekopf 17. Die Schaltstange 15 wird durch das Umlenkgetriebe 13 bewegt und ist über den Getriebekopf 17 an die beweglichen Schaltelektroden 9 gekoppelt, wobei der Getriebekopf 17 die Bewegungen der Schaltstange 15 auf die beweglichen Schaltelektroden 9 überträgt. Das Umlenkgetriebe 13 ist auf einem Träger 19 des Hochspannungsschalters 1 angeordnet.

Der Hohlisolator 3 weist zwei konzentrisch um eine Isolatorlängsachse des Hohlisolators 3 verlaufende Isolierrohre 21, 23 auf. Dabei umgibt ein äußeres Isolierrohr 21 ein inneres Isolierrohr 23, wobei die beiden Isolierrohre 21, 23 radial zur Isolatorlängsachse voneinander beabstandet sind, so dass zwischen den Isolierrohren 21, 23 ein Zwischenraum 25 liegt. Die Schaltstange 15 verläuft entlang der Isolatorlängsachse durch einen von dem inneren Isolierrohr 23 umgebenen zentralen Innenraum 27 des Hohlisolators 3.

Der zentrale Innenraum 27 ist gegenüber dem Zwischenraum 25 gasdicht verschlossen und mit einem ersten Isoliergas befüllt, das unter einem ersten Überdruck steht. Optional ist der zentrale Innenraum 27 mit den Schaltkammern 7 verbunden und bildet mit diesen einen zusammenhängenden Gasraum für das erste Isoliergas.

Optional ist ferner der Zwischenraum 25 mit einem zweiten Isoliergas befüllt, das unter einem zweiten Überdruck steht. Dabei weist das erste Isoliergas eine höhere Durchschlagsfestigkeit als das zweite Isoliergas auf. Beispielsweise ist das erste Isoliergas Schwefelhexafluorid und das zweite Isoliergas ist entfeuchtete Luft. Ferner ist der zweite Überdruck geringer als der erste Überdruck.

Die Isolierrohre 21, 23 sind jeweils aus einem elektrisch isolierenden faserverstärkten Kunststoff gefertigt, beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Gießharz wie Epoxidharz. Das innere Isolierrohr 23 weist eine höhere Druckfestigkeit und eine geringere Biegesteifigkeit als das äußere Isolierrohr 21 auf.

An der Außenoberfläche des äußeren Isolierrohrs 21 ist eine elektrisch isolierende Beschirmung 29 angeordnet, die das äußere Isolierrohr 21 ummantelt. Die Beschirmung 29 weist mehrere ringförmig um die Isolatorlängsachse verlaufende schirmartige Lamellen 31 auf. Die Beschirmung 29 ist beispielsweise aus einem Silikon gefertigt.

Alternative Ausführungsbeispiele eines Hochspannungsschalters 1 und Hohlisolators 3 sehen beispielsweise vor, dass der Hohlisolator 3 mehr als nur zwei Isolierrohre 21, 23 aufweist, die ineinander geschachtelt und radial zur Isolatorlängsachse voneinander beabstandet sind. Ferner kann wenigstens ein Zwischenraum 25 zwischen zwei Isolierrohren 21, 23 mit einem anderen Zwischenraum 25 und/oder mit dem zentralen Innenraum 27 zu einem zusammenhängenden Gasraum verbunden sein, der mit einem Isoliergas befüllt ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.