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EP0830700B1 - Isolierendes bauteil für hochspannungsgeräte - Google Patents

Isolierendes bauteil für hochspannungsgeräte Download PDF

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Publication number
EP0830700B1
EP0830700B1 EP96919580A EP96919580A EP0830700B1 EP 0830700 B1 EP0830700 B1 EP 0830700B1 EP 96919580 A EP96919580 A EP 96919580A EP 96919580 A EP96919580 A EP 96919580A EP 0830700 B1 EP0830700 B1 EP 0830700B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insulating component
grooves
ridges
component
component according
Prior art date
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EP96919580A
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English (en)
French (fr)
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EP0830700A1 (de
Inventor
Frank Reincke
Norbert Trapp
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP0830700B1 publication Critical patent/EP0830700B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7023—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle
    • H01H33/703—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by an insulating tubular gas flow enhancing nozzle having special gas flow directing elements, e.g. grooves, extensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/7015—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts
    • H01H33/7069—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid characterised by flow directing elements associated with contacts characterised by special dielectric or insulating properties or by special electric or magnetic field control properties

Definitions

  • the invention relates to an insulating component of a High-voltage switching device, in particular for use in gas-insulated systems, see for example EP-A-0 191 465.
  • Such a component is also from the DE-PS 26 26 855 known.
  • Such insulating material components are used, for example, in electrical High-voltage switches, especially in high-voltage circuit breakers as a spacer or as a nozzle for guidance of insulating gas.
  • Such components are used in encapsulated high-voltage switchgear for example as a support for busbars or used as bushings.
  • the surface area of the component a weakly conductive fabric for derivation embedded by surface charges.
  • the present invention is based on the object an insulating component of the type mentioned to create the high dielectric with low manufacturing costs Withstands stress permanently.
  • the object is achieved in that the Surface of the component at least in a dielectric stressed area with sharp-edged grooves or webs with a profile depth of at least 100 ⁇ m.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that at least one region that is particularly stressed in terms of dielectric the surface has a profile depth of at least 200 microns.
  • the profile depth allows the surface of the component no displacement currents occur, the electrical arcing could initiate.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the grooves or webs are produced by machining.
  • the component can, for example, after it has been shaped by casting, sintering or extrusion, in which dielectric stressed area by milling or turning can be reworked.
  • a depth of the grooves has proven to be particularly advantageous of more than 200 ⁇ m.
  • the grooves can advantageously concentric to each other or in the form of a spiral be arranged.
  • the grooves or webs can advantageously be rectangular in cross section or be sawtooth-shaped.
  • Such a profile is easy to turn or mill.
  • the invention also relates to a method for Manufacture of an insulating component for high-voltage devices, in which the component after the formation in at least one dielectric particularly stressed area of its Grooving the surface by machining or is processed so that webs remain.
  • the component in a casting process is manufactured, and that the mold in the dielectric particularly stressed area has grooves or webs, the corresponding complementary structures on the Create the surface of the component.
  • An insulating component is often included after shaping uniform surface quality before and then after Process according to the invention in the dielectric particularly stressed Areas of its surface to be reworked.
  • the figure shows a circuit breaker in the closed state.
  • Two arcing contact pieces are coaxial with each other 1, 2 and two continuous current contact pieces 3, 4 opposite, which are in engagement with each other when switched on.
  • Electrical connections of the switch are designated 11, 12 and shown only schematically.
  • the drivable arcing contact piece 1 is used to switch off as well as with this by means of a compression cylinder 5 connected continuous current contact piece 3 in the figure moved to the left. This is done by a not shown Switch drive.
  • the insulating nozzle 9 which consists of PTFE, from the fixed arcing contact 2.
  • the insulating material nozzle 9 is with the compression cylinder 5 in the area of continuous current contact 3 connected.
  • the end face 10 is the Insulating dielectric dielectric through the electrical field between the arcing contact pieces 1, 2 are particularly stressed.
  • essential concentric grooves e.g. by overturning a spiral groove
  • Depth of about 1 mm introduced, with a between the grooves about 1 mm wide web with a rectangular cross section is.
  • An arrangement according to the invention proves to be dielectric safer than a corresponding one with a production-related component with better surface quality throughout.
  • a double nozzle switch is shown in FIG two fixed nozzle-shaped contact pieces 13, 14, the in the on state by a bridging contact piece 15 are conductively connected to each other.
  • It is a compression device for an extinguishing gas consisting of a stationary one Compression piston 16 and a movable compression cylinder 17 provided.
  • the compression cylinder is in the off state withdrawn so far that its bottom 18 in the separation distance between the fixed contact pieces 13, 14 is located and exposed there to the electric field is.
  • the bottom 18 has its in the off state Switching side facing a sawtooth in cross section Structure based on the removal of surface charges enables.

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)
  • Insulating Bodies (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Insulators (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein isolierendes Bauteil eines Hochspannungsschaltgerätes, insbesondere zum Einsatz in gasisolierten Anlagen, siehe zum Beispiel EP-A-0 191 465.
Ein derartiges Bauteil ist auch aus der DE-PS 26 26 855 bekannt.
Solche Isolierstoffbauteile werden beispielsweise in elektrischen Hochspannungsschaltern, insbesondere in Hochspannungs-Leistungsschaltern als Abstandshalter oder als Düsen zur Führung von Isoliergas eingesetzt.
In gekapselten Hochspannungsschaltanlagen werden solche Bauteile beispielsweise als Stützer für Sammelschienenleiter oder als Durchführungen eingesetzt. Sie können beispielsweise aus Gießharz, z. B. einem Epoxidharz bestehen oder aus PTFE oder einer Keramik bzw. Porzellan.
Unter hoher dielektrischer Beanspruchung, d, h. bei großen elektrischen Feldstärken, insbesondere dann, wenn die Feldstärke eine Komponente tangential zur Oberfläche des Bauteiles aufweist, besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit von Verschiebungsströmen an der Oberfläche des Bauteiles, die auch zu elektrischen Überschlägen führen können.
Gemäß dem Stand der Technik wird im Bereich der Oberfläche des Bauteiles ein schwach leitfähiges Gewebe zur Ableitung von Oberflächenladungen eingebettet.
Dies erhöht naturgemäß die Leitfähigkeit des Bauteiles und stellt andererseits einen hohen Fertigungsaufwand dar. Es werden verschiedene Baumaterialien miteinander verbunden und es besteht die Gefahr, daß ein Teil des Gewebes nicht fest mit dem Bauteil verbunden ist und in einen dielektrisch hoch beanspruchten Bereich des Hochspannungsgerätes hineinragt.
Aus der DE-OS 30 47 761 ist es bekannt, in ein Isolierstoffbauteil einen mineralischen Füllstoff einzubetten, dessen partikel an der Oberfläche des Bauteils freiliegen und somit bei Entladungen die Ausbildung von kohlenstoffhaltigen und somit teilweise elektrisch leitfähigen Spuren auf der Oberfläche verhindern. Ein solches Isolierstoffbauteil stellt hohe Anforderungen an die Fertigung.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein isolierendes Bauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei geringem Fertigungsaufwand hohen dielektrischen Beanspruchungen dauerhaft standhält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Bauteils wenigstens in einem dielektrisch besonders beanspruchten Bereich scharfkantige Nuten oder Stege mit einer Profiltiefe von wenigstens 100 um aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß wenigstens ein dielektrisch besonders beanspruchter Bereich der Oberfläche eine Profiltiefe von wenigstens 200 µm aufweist.
Durch die Profiltiefe können an der Oberfläche des Bauteiles keine Verschiebungsströme auftreten, die elektrische Überschläge initiieren könnten.
In einem Querschnitt des Bauteiles weist dieses im Bereich seiner Oberfläche durch die Oberflächenstruktur scharfkantige Erhebungen oder Ausnehmungen auf. Diese Struktur führt zu einer verbesserten dielektrischen Festigkeit, dadurch daß an den Spitzen und Kanten hohe elektrische Feldstärken entstehen, die zur Emission von Oberflächenladungen führen und somit das Potential von Oberflächenladungen begrenzen.
Es wird zur Erreichung dieses Erfolges kein weiteres Material als dasjenige benötigt, aus dem das Bauteil besteht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Nuten oder Stege durch spanende Bearbeitung erzeugt sind.
In diesem Fall kann das Bauteil nach seiner Formung beispielsweise durch Gießen, Sintern oder Extrudieren, in dem dielektrisch besonders beanspruchten Bereich durch Fräsen oder Drehen nachbearbeitet werden.
Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Tiefe der Nuten von mehr als 200 µm.
Bei einem rotationssymmetrischen Bauteil können die Nuten vorteilhaft konzentrisch zueinander oder in Form einer Spirale angeordnet sein.
Dies ist insbesondere in dem Fall günstig, in dem es sich bei dem Bauteil um einen Teil einer Isolierstoffdüse für einen Hochspannungs-Leistungsschalter handelt. Da ein solcher Leistungsschalter oft rotationssymmetrisch aufgebaut ist, liegen die Bereiche, die dielektrisch besonders hoch beansprucht sind, ebenfalls rotationssymmetrisch und können durch entsprechende spanende Bearbeitung (Drehen) mit den beschriebenen Nuten versehen werden.
Vorteilhaft können die Nuten oder Stege im Querschnitt rechteckig oder sägezahnförmig ausgebildet sein.
Ein solches Profil ist einfach zu drehen oder zu fräsen.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung eines isolierenden Bauteiles für Hochspannungsgeräte, bei dem das Bauteil nach der Formung wenigstens in einem dielektrisch besonders beanspruchten Bereich seiner Oberfläche durch spanende Bearbeitung mit Nuten versehen oder so bearbeitet wird, daß Stege stehen bleiben.
Es ist jedoch auch denkbar, daß das Bauteil in einem Gießverfahren hergestellt wird, und daß die Gußform in dem dielektrisch besonders beanspruchten Bereich Nuten oder Stege aufweist, die entsprechende komplementäre Strukturen an der Oberfläche des Bauteiles erzeugen.
Oft liegt ein isolierendes Bauteil nach der Formung mit gleichmäßiger Oberflächenqualität vor und kann dann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in den dielektrisch besonders beanspruchten Bereichen seiner Oberfläche nachbearbeitet werden.
Es ist beispielsweise auch denkbar, daß ein Bereich der Oberfläche mit einem Prägewerkzeug mit Unebenheiten versehen wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
Dabei zeigt die
  • Figur 1 schematisch im Längsschnitt einen Isolierstoffdüsen-Leistungsschalter mit einer Isolierstoffdüse aus PTFE,
  • Figur 2 eine Draufsicht auf die Isolierstoffdüse,
  • Figur 3 schematisch im Längsschnitt einen Doppeldüsenleistungsschalter mit einem Kompressionszylinder aus einem Isolierstoff.
    • Die Abbildung zeigt einen Leistungsschalter im Einschaltzustand. Es stehen einander koaxial zwei Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 sowie zwei Dauerstromkontaktstücke 3, 4 gegenüber, die im Einschaltzustand miteinander im Eingriff stehen. Elektrische Anschlüsse des Schalters sind mit 11, 12 bezeichnet und nur schematisch dargestellt.
    Zum Ausschalten wird das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 1 sowie das mit diesem mittels eines Kompressionszylinders 5 verbundene Dauerstromkontaktstück 3 in der Abbildung nach links bewegt. Dies geschieht durch einen nicht näher dargestellten Schalterantrieb.
    Gleichzeitig wird in einem Kompressionsraum 6 Löschgas komprimiert.
    Nach der Trennung der beiden Lichtbogenkontaktstücke 1, 2 voneinander entsteht zwischen diesen ein Lichtbogen, der das Löschgas im Bereich des Lichtbogenraumes 7 aufheizt. Vom Lichtbogenraum 7 strömt das heiße Löschgas in den Heizraum 8, wo es für eine nachfolgende Beblasung des Lichtbogens vorübergehend gespeichert wird.
    Nachdem das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 1 sich von dem feststehenden Lichtbogenkontaktstück 2 getrennt hat, läuft auch die Isolierstoffdüse 9, die aus PTFE besteht, von dem feststehenden Lichtbogenkontaktstück 2 ab. Die Isolierstoffdüse 9 ist mit dem Kompressionszylinder 5 im Bereich des Dauerstromkontaktes 3 verbunden.
    Nachdem die Isolierstoffdüse 9 von dem feststehenden Lichtbogenkontaktstück 2 abgelaufen ist, ist die Stirnseite 10 der Isolierstoffdüse dielektrisch durch das elektrische Feld zwischen den Lichtbogenkontaktstücken 1, 2 besonders beansprucht. In diesem Bereich sind durch spanende Bearbeitung im wesentlichen konzentrische Nuten (beispielsweise durch Überdrehen der Stirnfläche eine Spiralnut) mit einer Breite und Tiefe von etwa 1 mm eingebracht, wobei zwischen den Nuten ein etwa 1 mm breiter Steg mit rechteckigem Querschnitt angeordnet ist.
    Eine erfindungsgemäße Anordnung erweist sich als dielektrisch sicherer, als ein entsprechend mit einer fertigungsbedingt durchgehend besseren Oberflächenqualität ausgestattetes Bauteil.
    In der Figur 3 ist ein Doppeldüsenschalter dargestellt mit zwei feststehenden düsenförmigen Kontaktstücken 13, 14, die im Einschaltzustand durch ein Überbrückungsschaltstück 15 miteinander leitend verbunden sind. Es ist eine Kompressionsvorrichtung für ein Löschgas, bestehend aus einem ortsfesten Kompressionskolben 16 und einem beweglichen Kompressionszylinder 17 vorgesehen. Im Ausschaltzustand ist der Kompressionszylinder soweit zurückgezogen, daß sein Boden 18 sich in der Trennstrecke zwischen den feststehenden Konstaktstücken 13, 14 befindet und dort dem elektrischen Feld ausgesetzt ist. Der Boden 18 weist an seiner im Ausschaltzustand der Schaltstrecke zugewandten Seite eine im Querschnitt sägezahnförmige Struktur auf, die ein Abführen von Oberflächenladungen ermöglicht.

    Claims (9)

    1. Isolierendes Bauteil (9) eines Hochspannungsschaltgerätes, insbesondere zum Einsatz in gasisolierten Anlagen,
      gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Begrenzung des Potentials von Oberflächenladungen, die an der Oberfläche des Bauteils (9) wenigstens in einem dielektrisch besonders beanspruchten Bereich (10) scharfkantige Nuten oder Stege mit einer Profiltiefe von wenigstens 100 µm aufweist.
    2. Isolierendes Bauteil nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      wenigstens ein dielektrisch besonders belasteter Bereich (10) der Oberfläche eine Profiltiefe von wenigstens 200 µm aufweist.
    3. Isolierendes Bauteil nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Nuten oder Stege durch spanende Bearbeitung erzeugt sind.
    4. Isolierendes Bauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      bei einem rotationssymmetrischen Bauteil (9) die Nuten im wesentlichen konzentrisch zueinander oder in Form einer Spirale angeordnet sind.
    5. Isolierendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Nuten oder Stege im Querschnitt rechteckig ausgebildet sind.
    6. Isolierendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Nuten oder Stege im Querschnitt sägezahnförmig ausgebildet sind.
    7. Isolierendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      es aus PTFE besteht.
    8. Isolierendes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Bauteil durch den Düsenkörper (9) oder den Kompressionszylinder eines Hochspannungs-Leistungsschalters gebildet ist, an deren Stirnfläche (10) die Nuten oder Stege gebildet sind.
    9. Verfahren zur Herstellung eines isolierenden Bauteiles für Hochspannungsgeräte gemäß Anspruch 1 oder einem der folgenden,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Bauteil (9) nach der Formung wenigstens in einem dielektrisch besonders beanspruchten Bereich seiner Oberfläche (10) durch spanende Bearbeitung mit Nuten versehen oder so bearbeitet wird, daß Stege stehen bleiben.
    EP96919580A 1995-05-24 1996-05-15 Isolierendes bauteil für hochspannungsgeräte Expired - Lifetime EP0830700B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19519992A DE19519992C2 (de) 1995-05-24 1995-05-24 Schaltstrecke für einen mit einem Löschgas arbeitenden Hochspannungs-Leistungsschalter
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    PCT/DE1996/000911 WO1996037902A1 (de) 1995-05-24 1996-05-15 Isolierendes bauteil für hochspannungsgeräte

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    Publication Number Publication Date
    EP0830700A1 EP0830700A1 (de) 1998-03-25
    EP0830700B1 true EP0830700B1 (de) 1999-03-24

    Family

    ID=7763346

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    US (1) US5902980A (de)
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    JP (1) JP3771266B2 (de)
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