WO2004034535A2 - Verbindungsmuffe für eine sammelschienenkupplung in einer gasisolierten schaltanlage - Google Patents

Verbindungsmuffe für eine sammelschienenkupplung in einer gasisolierten schaltanlage Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/005—Electrical connection between switchgear cells
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/0356—Mounting of monitoring devices, e.g. current transformers

Definitions

  • the invention relates to a connecting sleeve for a busbar coupling according to the preamble of claim 1 and a busbar coupling and a gas-insulated switchgear equipped therewith, in particular a gas-insulated medium-voltage system according to the preamble of the corresponding independent claim.
  • a connecting sleeve which is made of an insulating, elastic material, often of an elastomer material, and which is shaped in a hose-like manner in order to securely enclose the busbars and isolate them from the environment.
  • TE partial discharge
  • a common method is electrical PD diagnosis (in accordance with IEC 60270), in which the temporal occurrence of the partial discharges is monitored and recorded via measuring sensors, also known as coupling electrodes, with the measuring signals obtained being one undergo intensive signal analysis.
  • the signal analysis takes place in different frequency ranges, which extend into GHz ranges, i.e. up to UHF ranges (UHF: Ultra High Frequency). If the signal analysis is carried out in these ultra-high frequency ranges, one speaks of UHF-TE diagnosis.
  • a UHF sensor (UHF coupling electrode) is usually integrated in a cast resin part that is located in the gas space of the system. Or a voltage tap is provided via the busbar.
  • the object of the invention is therefore to propose a solution to these problems, which enables reliable and as easy to use UHF-TE diagnosis as possible on a busbar coupling for gas-insulated switchgear.
  • the object is achieved by a connecting sleeve for a busbar coupling with the features of claim 1 as well as through busbar coupling and a gas-insulated switchgear equipped with the features of the corresponding secondary claim.
  • the connecting sleeve has an outer, electrically conductive surface, which is grounded, and an inner, electrically conductive surface, to which the voltage potential of the busbar is present, and that the connecting sleeve has a coupling electrode embedded in the insulating material.
  • the primary capacitance of the coupling electrode to the busbar depends on the surface of the electrode and the distance to the inner conductive layer (inner, electrically conductive surface). Therefore, the primary capacity can be designed quite large without affecting the dielectric strength of the sleeve. A high partial discharge sensitivity of the sensor (coupling electrode) can thus be achieved.
  • the coupling electrode has a sensor surface that is oriented tangentially to the outer surface. This prevents an increase in field in the area of the electrode which could impair the UHF-TE measurement.
  • the coupling electrode is embedded in the insulating material so that the coupling electrode from the inner surface and is electrically insulated from the outer surface, and if the coupling electrode has an edge region which is aligned at least partially overlapping with the outer surface.
  • the coupling electrode is connected to a connector element which is located in a recess which is surrounded by the insulating material.
  • the connector element can also be connected to a counter element and that the cutout is adapted to the outer shape of this counter element for a dust and moisture-proof plug connection.
  • Figure 2 which shows the connecting sleeve according to the invention itself in another cross-sectional view.
  • a busbar coupling SK is shown in cross section, which is intended to connect two switch panels F1 and F2 (left and right half of the figure) shown in sections.
  • busbar tubes S in the gas containers of the two switch panels Fl and F2, each with a Project the end out of the container so that they can be connected to each other via the SK busbar coupling.
  • the busbar tubes S are aligned coaxially to one another and their ends protrude from a bushing sealed with sealing rings (so-called O-rings). All feedthroughs are each located on a tank passage and are sealed against leakage of insulating gas by means of sealing rings.
  • the one busbar tube S of the second panel F2 (right half of the picture) protrudes from it
  • Connection sleeve M which is shaped like a hose and consists of an elastic insulating material I, preferably of an elastomer material.
  • the sleeve M is fastened to the outer walls of the control panels Fl and F2 by means of flanges FL and encases the protruding from the control panels
  • the sleeve M has an inner conductive surface 01, which makes electrical contact with the busbar S and thus whose voltage potential is present on this inner surface 01.
  • the sleeve M has an outer surface 0A, which is also electrically conductive. This outer surface 0A is grounded via the flanges and the gas container walls of the switch panels Fl and F2.
  • a sensor in the form of a coupling electrode KE is embedded in the central area of the connecting sleeve M to detect measurement signals in the context of TE-UHF measurements.
  • the coupling electrode KE is located in the insulating material I and is designed as a concave surface that is oriented tangentially to the outer surface OA.
  • the coupling electrode can consist of a conductive material or a semiconductive plastic.
  • a connector coupling that is located in a recess and can therefore be connected to a measuring device from the outside via a suitable plug (counterpart to the coupling).
  • FIG. 2 shows another cross-sectional representation of the sleeve M and, more precisely, the coupling electrode KE integrated therein.
  • the coupling electrode KE itself is embedded in the insulating material I, the edge of the sensor area R overlapping with the outer surface OA of the sleeve M.
  • the electrode KE is separated from the grounded outer surface OA by a thin layer of insulating material I.
  • This has the advantage that the primary capacitance of the coupling electrode KE to the busbar S depends on the sensor surface of the electrode KE and on the distance to the inner surface 01.
  • the primary capacitance can therefore be designed very generously without impairing the dielectric strength of the sleeve M can occur. As a result, a high partial discharge sensitivity of the sensor KE can finally be achieved.
  • the contact with the KE sensor is made via the plug contact si, which is located in the recess A of the sleeve M and thus forms a socket into which the counterpart, the plug S2, can be inserted precisely and in a dustproof and watertight manner. Since the KE sensor is therefore accessible from the outside and is located outside the gas space, not only is it very easy to establish a measurement connection, but the KE sensor can also be replaced without any gas work. The whole arrangement contains only a few and inexpensive components. Additional seals or the like are no longer required. There is also no additional space requirement.

Abstract

Im Bereich der Sammelschienenkupplung wird üblicherweise eine Verbindungsmuffe verwendet, die aus einem isolierendem, elastischen Material, oft aus einem Elastomer-Werkstoff, gefertigt ist, dessen Isoliereigenschaften durch Teilentladungen sich verschlechtern und im Laufe der Betriebszeit der Schaltanlage abnehmen. Es müssen sogenannte TE-Messverfahren (TE: Teilentladung), u.a. auch um UHF-Bereich (UHF: Ultra High Frequency) durchgeführt werden, um Schädigungseinwirkungen am Isolierstoff rechtzeitig zu erkennen. Zur sicheren und einfach zu handhabenden Erfassung der Mess-Signale wird hier vorgeschlagen, dass die Verbindungsmuffe (M) eine äußere, elektrisch leitende Oberfläche (OA) aufweist, die geerdet ist, und eine innere, elektrisch leitende Oberfläche (OI) aufweist, an der das Spannungspotential der Sammelschiene (S) anliegt, und dass die Verbindungsmuffe (M) eine in das isolierende Material (I) eingebettete Koppelektrode (KE) aufweist.

Description

Titel: Verbindungsmuffe für eine Sammelschienenkupplung in einer gasisolierten Schaltanlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Verbindungsmuffe für eine Sammelschienenkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Sammelschienenkupplung und eine damit ausgestattete gasisolierte Schaltanlage, insbesondere eine gasisolierte Mittelspannungsanlage- nach dem Oberbegriff des entsprechenden nebengeordneten Anspruchs.
Bei Schaltanlagen mit gasisolierten Schaltfeldern oder mit anderen Modulen, die über Sammelschienenkupplungen miteinander verbunden sind, werden nicht nur an die elektrische Kontaktierung hohe Anforderungen gestellt, sondern auch an die Gasabdichtung selbst.
Im Bereich der Sammelschienenkupplung wird üblicherweise eine Verbindungsmuffe verwendet, die aus einem isolierendem, elastischen Material, oft aus einem Elastomer-Werkstoff, gefertigt ist und die schlauchför ig ausgeprägt ist, um die Sammelschienen sicher zu umschließen und gegen die Umgebung zu isolieren.
Aus der EP-A-1 111 748 ist eine Sammelschienenkupplung bekannt, die mit einer solchen isolierenden Verbindungsmuffe („manchon isolant") ausgestattet ist.
Die Isoliereigenschaften können jedoch durch Teilentladungen verschlechtert werden und können im Laufe der Betriebszeit der Schaltanlage abnehmen. Für einen sicheren Betrieb sowie bereits zur Inbetriebnahme der Anlage müssen sogenannte TE- Messungen (TE: Teilentladung) durchgeführt werden, um mögliche Schädigungen am Isolierstoff zu erkennen und um die bestimmungsgemäße Montage zu gewährleisten. Neben optischen und Ultraschall-gestützten Verfahren ist eine übliche Methode die elektrische TE-Diagnose (nach IEC 60270) , bei der über Mess-Sensoren, auch Koppelelektroden genannt, das zeitliche Auftreten der Teilentladungen überwacht und erfasst wird, wobei die gewonnenen Mess-Signale einer intensiven Signalanalyse unterzogen werden. Die Signalanalyse erfolgt in verschiednen Frequenzbereichen, die bis in GHz-Bereiche, also bis in UHF-Bereiche (UHF: Ultra High Frequency) gehen. Wird die Signalanalyse in diesen ultra-hohen Frequenzbereichen durchgeführt, so spricht man daher auch von UHF-TE-Diagnose.
Zur Erfassung der Mess-Signale wird üblicherweise ein UHF- Sensor (UHF-Koppelelektrode) in einem Gießharzteil integriert, das sich im Gasraum der Anlage befindet. Oder es wird über die Sammelschiene mit einem Spannungsabgri f versehen.
Diese bekannten Maßnahmen haben den Nachteil, dass zusätzliche Bauteile mit einem nicht zu vernachlässigendem Platzbedarf eingebaut werden müssen, was u.a. zusätzliche Kosten verursacht. Außerdem sind zur Verdrahtung der Sensoren und Spannungsabgriffe zusätzliche Abdichtungen erforderlich für die Ausleitung der Verdrahtung aus der Anlage. Zudem ist ein Austausch von Sensoren nur möglich bei Eingriff in den Gasraum der Anlage, was zusätzliche Gasarbeiten erforderlich macht .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lösung dieser Probleme vorzuschlagen, die eine sichere und möglichst einfach zu handhabende UHF-TE-Diagnose an einer Sammelschienenkupplung für gasisolierte Schaltanlagen ermöglicht .
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Verbindungsmuffe für eine Sammelschienenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch Sammelschienenkupplung und eine damit ausgestattete gasisolierte Schaltanlage mit den Merkmalen des entsprechenden nebengeordneten Anspruchs.
Demnach wird vorgeschlagen, dass die Verbindungsmuffe eine äußere, elektrisch leitende Oberfläche aufweist, die geerdet ist, und eine innere, elektrisch leitende Oberfläche aufweist, an der das Spannungspotential der Sammelschiene anliegt, und dass die Verbindungsmuffe eine in das isolierende Material eingebettete Koppelektrode aufweist.
Durch diese Maßnahmen wird eine sehr zuverlässige Messanordnung geschaffen, bei der der Sensor (Koppelelektrode) sich außerhalb des Gasraumes der Anlage befindet, was wiederum keine Gasarbeit beim Austausch des
Sensors erfordert. Bei dieser Gestaltung der Verbindungsmuffe und Anordnung des Sensors ist die primäre Kapazität der Koppelelektrode zur Sammelschiene abhängig von der Fläche der Elektrode und dem Abstand zur inneren LeitSchicht (innere, elektrisch leitende Oberfläche) . Daher kann die primäre Kapazität recht groß ausgelegt werden ohne die Spannungsfestigkeit der Muffe zu beeinflussen. Somit kann eine hohe Teilentladungs-Empfindlichkeit des Sensors (Koppelelektrode) erzielt werden.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach ist es besonders vorteilhaft, wenn die Koppelelektrode eine Sensorfläche aufweist, die tangential zur äußeren Oberfläche ausgerichtet ist. Dadurch wird vermieden, dass eine die UHF-TE-Messung beeinträchtige Felderhöhung im Bereich der Elektrode entstehen könnte.
in diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die Koppelelektrode in das isolierende Material so eingebettet ist, dass die Koppelelektrode von der inneren Oberfläche und von der äußeren Oberfläche elektrisch isoliert ist, und wenn die Koppelelektrode einen Randbereich aufweist, der zumindest zum Teil mit der äußeren Oberfläche überlappend ausgerichtet ist.
Außerdem ist es von besonderem Vorteil, wenn die Koppelelektrode mit einem Steckverbinderelement verbunden ist, das sich in einer Aussparung befindet, die von dem isolierenden Material umgeben ist. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn zudem das Steckverbinderelement mit einem Gegenelement verbindbar ist, und dass die Aussparung an die äußere Form dieses Gegenelements für eine staub- und feuchtigkeitsdichte Steckverbindung angepasst ist. Durch diese Maßnahmen wird eine sichere und einfach zu handhabende Anschlussmöglichkeit für Messgeräte, insbesondere für
Spannungsanzeigegeräte und Spektrum Analyzer, geschaffen.
Im Folgenden werden nun die Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile anhand eines Ausführungsbeispieles und , unter Zuhilfenahme der beiliegenden schematischen Zeichnungen näher beschrieben:
Figur 1, die eine Sammelschienenkupplung mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe in einer
Querschnittsdarstellung zeigt; und
Figur 2, die die erfindungsgemäße Verbindungsmuffe selbst in einer anderen Querschnittsdarstellung zeigt.
In der Figur 1 ist im Querschnitt eine Sammelschienenkupplung SK dargestellt, die zwei ausschnittsweise dargestellte Schaltfelder Fl und F2 (linke bzw. rechte Bildhälfte) miteinander verbinden soll.
In den Gasbehältern der beiden Schaltfelder Fl und F2 befinden sich Sammelschienenrohre S, die jeweils mit einem Ende aus dem Behälter heraus ragen, damit sie über die Sammelschienenkupplung SK miteinander verbunden werden können. Dazu sind die Sammelschienenrohre S koaxial zueinander ausgerichtet und ihre Enden ragen jeweils aus einer mit Dichtungsringen (sogenannten O-Ringen) abgedichteten Durchführung heraus. Alle Durchführungen befinden sich jeweils an einem Behälterdurchzug und sind mittels Dichtungsringen gegen ein Entweichen von Isoliergas abgedichtet. Das eine Sammelschienenrohr S des zweiten Schaltfeldes F2 (rechte Bildhälfte) ragt dabei aus seiner
Durchführung weiter heraus, als das entsprechende Gegenstück des ersten Sammelschienenrohres (linke Bildhälfte) .
Um die miteinander verkoppelten Stromschienenenden (Enden der Sammelschienenrohre S) herum erstreckt sich eine
Verbindungsmuffe M, die schlauchartig ausgeprägt ist und aus einem elastischen Isoliermaterial I, vorzugsweise aus einem Elastomer-Material, besteht. Die Muffe M ist mittels Flansche FL an die Außenwände der Schaltfelder Fl und F2 befestigt und ummantelt die aus den Schaltfeldern herausragenden
Stromschienenteile. Durch diese Muffe M wird die Verbindung gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert und geschützt.
Erfindungsgemäß hat die Muffe M eine innere leitende Fläche 01, die elektrisch mit der Sammelschiene S kontaktiert und somit deren Spannungspotential an dieser Innenfläche 01 anliegt. Außerdem hat die Muffe M eine äußere Fläche 0A, die ebenfalls elektrisch leitend ist. Diese Außenfläche 0A ist über die Flansche und die Gasbehälterwandungen der Schaltfelder Fl und F2 geerdet.
Zur Erfassung von Messsignalen im Rahmen von TE-UHF-Messungen ist im mittleren Bereich der Verbindungsmuffe M ein Sensor in Form einer Koppelelektrode KE eingelassen. Die Koppelelektrode KE befindet sich im Isoliermaterial I und ist als konkav gewölbte Fläche ausgebildet, die tangential zur Außenfläche OA ausgerichtet ist. Die Koppelelektrode kann aus einem leitenden Material oder auch aus einem halbleitenden Kunststoff bestehen. An der Koppelelektrode KE ist ein Kontaktstift angebracht, der Teil einer
Steckverbinderkupplung ist, die sich in einer Aussparung befindet und somit von außen über einen passenden Stecker (Gegenstück zur Kupplung) mit einem Messgerät verbunden werden kann.
Die Figur 2 zeigt in einer anderen Querschnittdarstellung die Muffe M und noch genauer die darin integrierte Koppelelektrode KE.
Wie dort zu sehen ist, ist die Koppelelektrode KE selbst in das Isoliermaterial I eingelassen, wobei die Sensorfläche an ihren Randbereichen R mit der Außenfläche OA der Muffe M überlappt. Dabei ist die Elektrode KE durch eine dünne Schicht Isoliermaterial I von der geerdeten Außenfläche OA getrennt. Dadurch und durch die tangentiale Ausrichtung der Sensorfläche entsteht keine nennenswerte Felderhöhung im Bereich der Elektrode. Das hat den Vorteil, dass die primäre Kapazität der Koppelelektrode KE zur Sammelschiene S abhängig ist von der Sensorfläche der Elektrode KE und von dem Abstand zur Innenfläche 01. Die primäre Kapazität kann daher sehr großzügig ausgelegt werden, ohne dass eine Beeinträchtigung der Spannungsfestigkeit der Muffe M auftreten kann. Dadurch kann schließlich eine hohe Teilentladungsempfindlichkeit des Sensors KE erzielt werden.
Der Kontakt mit dem Sensor KE erfolgt über den Steckkontakt si, der sich in der Aussparung A der Muffe M befindet und somit eine Steckbuchse bildet, in die das Gegenstück, der Stecker S2, passgenau und staub- und wasserdicht eingeführt werden kann. Da also der Sensor KE von außen zugänglich ist und sich außerhalb des Gasraumes befindet, ist nicht nur die Herstellung einer Messverbindung sehr einfach, sondern auch ein evtl. vorzunehmender Austausch des Sensors KE kann ohne Gasarbeit durchgeführt werden. Die ganze Anordnung enthält nur wenige und kostengünstige Bauteile. Es sind keine zusätzlichen Dichtungen oder dergleichen mehr erforderlich. Auch besteht kein zusätzlicher Platzbedarf.
Daher ist die vorgeschlagene Anordnung sehr gut zum Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen geeignet. Aber auch andere Einsatzmöglichkeiten sind denkbar, so etwa im Bereich der Leistungstransformatoren etc..

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungsmuffe (M) für eine Sammelschienenkupplung (SK) zum Verbinden zweier Schaltfelder (Fl, F2 ) einer gasisolierten Schaltanlage, bei der die Verbindungsmuffe (M) aus einem isolierendem, elastischen Material (I) gefertigt und schlauchförmig ausgeprägt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmuffe (M) eine äußere, elektrisch leitende
Oberfläche (OA) aufweist, die geerdet ist, und eine innere, elektrisch leitende Oberfläche (01) aufweist, an der das Spannungspotential der Sammelschiene (S) anliegt, und dass die Verbindungsmuffe (M) eine in das isolierende Material (i) eingebettete Koppelektrode (KE) aufweist.
2. Verbindungsmuffe (M) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelelektrode (KE) eine Sensorfläche aufweist, die tangential zur äußeren Oberfläche (OA) ausgerichtet ist.
3. Verbindungsmuffe (M) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelelektrode (KE) in das isolierende Material (I) so eingebettet ist, dass die Koppelelektrode (KE) von der inneren Oberfläche (01) und von der äußeren Oberfläche (OA) elektrisch isoliert ist, wobei die Koppelelektrode (KE) einen Randbereich (R) aufweist, der zumindest zum Teil mit der äußeren Oberfläche (02) überlappend ausgerichtet ist.
4. Verbindungsmuffe (M) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelelektrode (KE) mit einem Steckverbinderelement (Sl) verbunden ist, das sich in einer Aussparung (A) befindet, die von dem isolierenden Material (i) umgeben ist.
5. Verbindungsmuffe (M) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckverbinderelement (Sl) mit einem Gegenelement (S2) verbindbar ist, und dass die Aussparung (A) an die äußere Form dieses Gegenelements (S2) für eine staubdichte Steckverbindung angepasst ist.
6. Sammelschienenkupplung (SK) mit einer Verbindungsmuffe (M) zum Verbinden zweier Schaltfelder (Fl, F2) einer gasisolierten Schaltanlage, bei der die Verbindungsmuffe (M) aus einem isolierendem, elastischen Material (I) gefertigt und schlauchförmig ausgeprägt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmuffe (M) eine äußere, elektrisch leitende Oberfläche (OA) aufweist, die geerdet ist, und eine innere, elektrisch leitende Oberfläche (01) aufweist, an der das Spannungspotential der Sammelschiene (S) anliegt, und dass die Verbindungsmuffe (M) eine in das isolierende Material (I) eingebettete Koppelelektrode (KE) aufweist.
7. Gasisolierte Schaltanlage, insbesondere gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage, mit mindestens zwei
Schaltfeidern (Fl, F2), die über eine eine Verbindungsmuffe (M) aufweisende Sammelschienenkupplung (SK) miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungsmuffe (M) aus einem isolierendem, elastischen Material (I) gefertigt und schlauchförmig ausgeprägt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmuffe (M) eine äußere, elektrisch leitende Oberfläche (OA) aufweist, die geerdet ist, und eine innere, elektrisch leitende Oberfläche (01) aufweist, an der das Spannungspotential der Sammelschiene (S) anliegt, und dass die Verbindungsmuffe (M) eine in das isolierende Material (I) eingebettete Koppelelektrode (KE) aufweist.
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