CAPACITOR STRUCTURE FOR USE IN A FIRE-PRONE MINE

Abstract: 1. Capacitor installation for the use in gassy mining, comprising a plurality of capacitors connected together, wherein the self-healing capacitors (10) free from impregnating fluid are water- and air-tightly casted in at least one housing (1) with a synthetic material and are connected together for a balance comparator circuit formed as double star circuit or bridge circuit, at the balance check points of which a balance control circuit can be connected.

Description: Kondensatoranlage für die Anwendung im schlagwettergefährdeten Bergbau Die Erfindung betrifft eine Kondensatoranlage für die Anwendung im schlagwettergefährdeten Bergbau, mit einer Mehrzahl von zusammengeschalteten Kondensatoren. An Kondensatoranlagen, die im schlagwettergefährdeten Bergbau betrieben werden, sind besonders hohe Sicherheitsanforderungen zu stellen. Insbesondere können Kondensatoren mit brennbaren Tränkmitteln für den Betrieb unter Tage im schlagwettergefährdeten Bereich nicht zugelassen werden. Unbrennbare Tränkmittel hingegen sind durch ihre Halogenierung nicht für selbstheilende Kondensatoren geeignet. Darüberhinaus sind derartige Flüssigkeiten umweltbelastend und neigen bei Hitzeeinwirkung zur Entstehung von Ultragiften. Völlig trockene, jedoch unvergossene Kondensatoren weisen hingegen besonders bei höheren Nennisolationsspannungen einen hohen inneren Wärmewiderstand auf und können daher nicht hinreichend kompakt zu Kondensatoranlagen zusammengebaut werden. Ausserdem wird bei solchen Trockenkondensatoren durch das Fehlen eines Tränkmittels die Löschung des Schaltlichtbogens erschwert. Ferner muss für Kondensatoranlagen, insbesondere wenn sie im schlagwettergefährdeten Bergbau betrieben werden, durch entsprechende Sicherungen ein zuverlässiges Abschalten der Kondensatoranlage gewährleistet sein, falls unzulässige Betriebszustände auftreten. Mit selbstheilenden Kondensatoren kann zwar dafür gesorgt werden, dass ein Teil von elektrischen Durchschlägen durch die selbstheilenden Eigenschaften der Kondensatoren unschädlich ist. Jedoch können auch nichtselbstheilende Durchschläge auftreten, auf die den Kondensatoren vorgeschaltete übliche Sicherungen wegen des beim Auftreten eines nicht selbstheilenden Durchschlags verbleibenden relativ hohen Fehlerwiderstandes nur in seltenen Fällen und in einem sehr fortgeschrittenen Fehlerstadium ansprechen können. Trockene, jedoch unvergossene Kondensatoren können zwar mit Abreisssicherungen ausgestattet werden, die jedoch auf ihre Funktionstüchtigkeit nicht geprüft werden können, weil ihre Auslösung gleichzeitig eine Zerstörung des Kondensators herbeiführt. Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine mit Niederspannung und Mittelspannung betreibbare Leistungs Kondensatoranlage zu schaffen, die sich für den Betrieb im schlagwettergefährdeten Bergbau eignet und bei welcher besonders das Auftreten nichtselbstheilender Durchschläge zuverlässig und frühzeitig überwacht werden kann. Dies wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der Kondensatoranlage gemäss dem Anspruch 1 erreicht. Da die Kondensatoren-erfindungsgemäD tränkmittelfrei sind, entfallen für die erfindungsgemässe Kondensatoranlage brennbare oder umweltbelastende Tränkmittel. Durch den erfindungsgemäB verwendeten Voliverguss der selbstheilenden Kondensatoren werden niedrige innere Wärmewiderstände erreicht, so dass ein kompakter Aufbau der Kon densatoranlage ermöglicht ist. 8ausserdem ergibt sich durch das Vergiessen der Kondensatoren neben einer hohen Isolationsfestigkeit eine extreme mechanische Festigkeit gegen Stoss- und Rüttelbeanspruchungen. Darüberhinaus aber können durch das erfindungsgemässe Zusammenschalten der Kondensatoren zu einer Symmetrievergleichsschaltung besonders nichtheilende Durchschläge frühzeitig festgestellt werden, so dass die fehlerhafte Kondensatoranlage frühzeitig abgeschaltet werden kann, bevor das Gehäuse beschädigt wird. Symmetrievergleichs schaltungen bei Kondensatoranlagen sind zwar an sich, nicht aber bei selbstheilenden vergossenen Kondensatoren bekannt. Es wurde überraschend gefunden, dass bei selbstheilenden vergossenen Kondensatoren gemäss der Erfindung durch die Symmetrieüberwachung das Auftreten nichtselbstheilender Durchschläge zuverlässig festgestellt werden kann. Im Normalbetrieb einer erfindungsgemässen Kondensatoranlage liegen die Unsymmetrieströme bzw. Unsymmetriespannungen, die an den Symmetrievergleichspunkten abgegriffen werden, unter zwei Prozent des Betriebsstromes bzw. der Phasenspannung. Beim Auftreten eines nichtsel bstheil enden Durchschlags hingegen erreichen die dabei auftretenden Unsymmetrieströme bzw. Unsymmetriespannungen Werte in der Grössenordnung der Betriebsströme bzw. -spannungen, wodurch Abweichungen vom ungestörten Betriebszustand mittels Signaleinrichtungen der angeschlossenen Symmetrie-Oberwachungsschaltung bereits bei einem sehr niedrigen Fehlerpegel erfasst werden können und daher die fehlerhafte Kondensatoranlage aufgrund des Ansprechens der Signal einrichtungen frühzeitig abgeschaltet werden kann. Als Symmetrievergleichsschaltung, in welcher die Kondensatoren zusammengeschaltet sind, wird eine Doppelsternschaltung bevorzugt, deren beiden Sternpunkte als die Vergleichspunkte aus dem Gehäuse der Kondensatoranlage herausgeführt sind. Als Symmetrievergleichsschaltung kann jedoch auch eine entsprechend ausgeführte Brückenschaltung verwendet werden. Als Symmetrie-Oberwachungsschaltung, die an den beiden aus dem Gehäuse der Kondensatoranlage herausgeführten Symmetrievergleichspunkt-Anschlüssen angeschlossen wird, kann eine für den Zweck der Symmetrieüberwachung an sich bekannte Oberwachungsschaltung verwendet werden. Wenngleich es möglich ist, tränkmittelfreie, selbstheilende Kondensatoren, die in gesonderten Gehäusen vergossen sind, mittels einer äusseren Symmetrievergleichsschal tung zusammenzuschalten und dadurch gemeinsam zu überwachen, wird es erfindungsgemäss vorgezogen, die Kondensatoren in einem ihnen gemeinsamen Gehäuse zu einer inneren Symmetrievergleichsschaltung zusammengeschaltet anzuordnen. Als Yergussmaterial, mit welchem die Kondensatoren vergossen sind, kann ein an sich bekanntes Vergussmaterial angewendet werden, welches zum feuchtigkeits- und luftdichten Einschliessen der Kondensatoren geeignet ist, die erforderlichen elektrischen Isolationseigenschaften aufweist und zu einer Wärmeableitung an das Gehäuse geeignet ist. Bevorzugt wird als Vergussmaterial ein Polyurethanharzmaterial angewendet. Die Kondensatoren können in dem metallischen Gehäuse der Kondensatoranlage bis zum Vergiessen mittels an sich bekannter elektrisch isolierender Abstandshalter isoliert angeordnet sein. Bevorzugt wird jedoch als Abstandshalter ein zwischen der Gehäusewand und der Kondensatoranordnung angeordnetes, diese umschliessendes Abstandsgitter aus einem Kunststoff-Isoliermaterial angewendet. Insbesondere in diesem Fall kann zusätzlich zu der Symmetrieüberwachung eine definierte Isolationsüberwachung auf Isolationsfehler der elektrischen Innenbestandsteil e der Kondensatoranlage zum metallischen Kondensatorgehäuse mit Hilfe einer für diesen Zweck an sich bekannten derartigen Schutzeinrichtung einbezogen werden. Durch eine derartige Isolationsüberwachung wird die Kondensatoranlage bei einem Isolationsfehler zum Gehäuse ohne das Auftreten von Kurzschlussströmen abgeschaltet. Als Material für das Kunststoff-Isoliermaterial wird ein Polypropylenmaterial bevorzugt, welches im übrigen auch als Dielektrikum der gewickelten, mit aufgedampften selbstheilenden Belägen ausgestatteten Kondensatoren bevorzugt verwendet wird. Das metallische Gehäuse der Kondensatoranlage besteht be vorzugt aus einem Stahlblechmaterial. Das Stahlblech Gehäuse soll das Austreten eines Fehlerlichtbogens bei einem Kurzschluss zwischen den Phasen der Kondensatoranlage verhindern. Entsprechend gross soll die Blechstärke des Stahlblechmaterials gewählt werden. Vorzugsweise zusätzlich ist ausserdem die Kondensatoranlage in einem Schlagwetter-Schutzgehäuse angeordnet. Als weitere Ergänzung der erfindungsgemäss vorgesehenen Schutzmassnahmen können in die Kondensatoranlage Temperaturfühler eingebaut sein. Ausserdem können in Reihe zu der Kondensatoranlage liegende Schmelzsicherungen zur Begrenzung des Energieumsatzes an der Fehlerstelle bei dem Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den Phasen vorgesehen sein. Derartige Schmelzsicherungen können auch in die Kondensatoranlage eingebaut sein. Wie bereits erwähnt, können die Kondensatoren wenigstens teilweise auch ausserhalb des oder eines Gehäuses zu der Symmetrievergleichsschaltung zusammengeschaltet sein. Beispielsweise können alle Kondensatoren zwar in einem gemeinsamen Gehäuse vergossen sein, ihre Anschlüsse jedoch gesondert aus dem Gehäuse herausgeführt sein, so dass die Symmetrievergleichsschaltung selbst ausserhalb des Vergussgehäuses ausgebildet ist. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, die Kondensatoren zu anderen Schaltungen zusammenzuschalten. Ferner können die Kondensatoren einzeln oder gruppenweise in gesonderten Gehäusen vergossen sein. Insbesondere können zwei Kondensatorgruppen, die in zwei gesonderten Gehäusen vergossen sind, jeweils innerhalb ihres Gehäuses zu einer Einzelsternschaltung zusammengeschaltet sein, wobei ausser den Phasenanschlüssen auch jeweils die Sternpunkte der Einzelsternschaltungen aus dem betreffenden Gehäuse herausgeführt sind und die Phasenanschlüsse ausserhalb des Gehäuses unter Ausbildung der Doppelsternschaltung zusammengeschaltet werden. Entsprechend ist es auch möglich, die Kondensa toren Jeder Phase der Doppelsternschaltung als Gruppen in einem gesonderten Gehäuse zu vergiessen und ausserhalb der Gehäuse zu der Doppelsternschaltung zusammenzuschalten. Wenngleich die vorstehenden Ausführungsformen auf die bevorzugte Ausbildung der Symmetrievergleichsschaltung als Doppelsternschaltung Bezug nehmen, stehen diese Ausführungsformen analog auch für die Ausbildung der Symmetrievergleichsschaltung als Brückenschaltung. Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemässen Kondensatoranlage erläutert, die aus der Zeichnung ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Frontansicht der Kondensatoranlage mit schematisch angegebener Schaltung, zu der die Kondensatoren zusammengeschaltet sind, Fig. 2 die Seitenansicht der Kondensatoranlage aus Fig. 1, und Fig. 3 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der Kondensatoranlage. Bei der in der Zeichnung gezeigten Kondensatoranlage zur Anwendung im schlagwettergefährdeten Bergbau und für damit vergleichbare Anwendungsfälle sind insgesamt 18 untereinander gleiche, tränkmittelfreie, selbstheilende Wickel kondensatoren in einem gemeinsamen Gehäuse 1 dreiphasig zu einer Symmetrievergleichsschaltung zu sammengeschaltet, die im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 als Doppelsternschaltung dargestellt ist, bei welcher je Phase jeder Einzelsternschaltung drei Kondensator parallelgeschaltet sind (in der schematischen Schaltung in Fig. 1 sind diese drei parallelgeschalteten Kondensatoren als nur ein Kondensator (10) dargestellt) und deren als Symmetrievergleichspunkte dienenden beiden Sternpunkte zu den auf dem Gehäusedeckel sitzenden beiden Symme trievergleichs-AnschluSklemmen 2 ausgeführt sind. Die drei Phasen der Kondensatorschaltung sind zu den ebenfalls am Gehäusedeckel sitzenden Phasenklemmen 6 geführt, an dem ausserdem noch der Erdungsanschluss 7 angeordnet ist. Die Kondensatoren sind aus Kunststoff-Folienbändern, im Ausführungsbeispiel aus Polypropylen, als Dielektrikum mit aufgedampften selbstheilenden Belägen gewickelt. Die zu der Symmetrievergleichsschaltung zusammengeschalteten Kondensatoren sind einschliesslich ihrer Schaltschienen in einem Abstandsgitter 5 zusammengepackt in dem Gehäuse 1 mit einem Kunstharz-Vergussmaterial 3 luft- und feuchtigkeitsdicht vergossen angeordnet. Im Ausführungsbeispiel, bei welcher die Nennspannung der Kondensatoranlage 550 V und deren Blindleistung 70 kVar beträgt, bestehen das Vergussmaterial aus Polyurethan, das an der Innenseite der Gehäusewand 4 anliegende Abstandsgitter 5 aus Polypropylen bei einer Gitterdicke von 4 mm und das Gehäuse, dessen Abmessungen 345 x 105 x 550 mm sind, aus Stahlblech mit einer Blechstärke von 1,5 mm. Das Vergussmaterial 3 dient zur Isolation zwischen den Phasen der Kondensatorschaltung und zwischen dieser und dem Gehäuse 1, zur Kapselung der einzelnen Kondesatorwickel und zur Wärmeableitung. Ausserdem ergibt der Vollverguss des Kondensators neben einer hohen Isolationsfestigkeit eine extrem hohe mechanische Festigkeit der Kondensatoranlage gegen Stoss- und Rüttelbeanspruchungen. Die Kondensatoren der gezeigten Kondensatoranlage weisen keine inneren Schutzschaltelemente auf. Die Kondensatoranlage weist niedrige innere Wärmewiderstände auf und kann aufgrund ihres Aufbaus durch äussere Schutzeinrichtungen geschützt werden, die hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit und Ansprechempfindlichkeit prüfbar sind. Als äussere Schutzeinrichtung kann an die Symmetriever gleichs-Anschlussklemmen 2 eine Symmetrieüberwachungsschaltung angeschlossen werden, durch welche aufgrund eines nichtselbstheilenden Durchschlags auftretende Unsymmetrieströme bzw. -spannungen durch entsprechende Detektoren erfasst und daraufhin die Kondensatoranlage abgeschaltet werden kann. Ferner kann als äussere Schutzeinrichtung zwischen die Phasenklemmen 6 und/oder die Vergleichsanschlussklemmen 2 und das Gehäuse 1, welches hierzu mit Gehäuseanschlusslaschen 8 ausgestattet ist, eine Isolationsüberwachungsschaltung mit einem Ansprechwert von beispielsweise 2 bis 20 Kiloohm angeschlossen werden, so dass beim Auftreten eines Isolationsfehiers zum Gehäuse die Kondensatoranlage ohne ein Auftreten von Kurzschlussströmen abgeschaltet werden kann. Den Phasenklemmen 6 können Schmelzsicherungen als Schutz beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen den Phasen vorgeschaltet werden. Hierbei wird durch das Gehäuse 1 aus Stahlblechmaterial das Austreten des Fehlerlichtbogens verhindert. Zusätzlich kann die gesamte Kondensatoranlage in ein Schlagwetter-Schutzgehäuse eingebaut werden. Im übrigen können in die Kondensatoranlage Temperaturfühler eingebaut werden, die in eine äussere Temperatur überwachungsschaltung eingeschaltet werden, durch welche die Kondensatoranlage beim Auftreten einer unzulässig hohen Temperatur abgeschaltet wird. Bei der Ausführungsform aus Fig. 3 ist jeweils eine Gruppe von Kondensatoren, die zu einer Einzelsternschal tung zusammengeschaltet sind, in einem gesonderten Gehäuse 1 vergossen angeordnet. Die beiden Gehäuse 1 sind in einem gemeinsamen Aussenkasten 9 zusammengebaut. Die Erdungsanschlüsse 7 und die Phasenanschlüsse 6 der Kondensatorgruppen sind ausserhalb der Gehäuse über Schaltschienen 11 zu der Doppelsternschaltung entsprechend Fig. 1 zusammengeschaltet, während an den beiden an die Sternpunkte der Einzelsternschaltung angeschlossenen Klemmen 2 die Symmetrievergleichs-Oberwachungsschaltung angeschlossen werden kann.

Claims: PA TENTANSPRÜCHE 1. Kondensatoranlage für die Anwendung im schlagwettergefährdeten Berg bau, mit einer Mehrzahl von zusammengeschalteten Kondensatoren, da durch gekennzeichnet, dass die tränkmittelfreien, selbstheilenden Kon densatoren (10) in wenigstens einem Gehäuse (1) mit einem Kunststoff material feuchtigkelts- und luftdicht vergossen sind und in einer als Dop- pefsternschaltung oder Brückenschaltung ausgeführten Symmetriever gleichsschaltung zusammengeschaltet sind, an deren Symmetriever gleichspunkte eine Symmetrie- Überwachungsschaltung anschliessbar ist. 2. Kondensatoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren 09 in einem ihnen gemeinsamen Gehäuse (1) vergossen angeordnet sind. 3. Kondensatoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergussmaterial (3) ein Polyurethanharzmaterial ist. 4. Kondensatoranlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gehäuse wand (4) und von der Kondensatoranordnung ein Abstands gitter (5) aus einem Kunststoff-lsoliermaterial angeordnet ist. 5. Kondensatoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass an wenistens eine der Phasenklemmen (6) und/oder der Symmetrieverglelchs-A nschlussklemmen (2) einerseits und an das Gehäuse (1) andererseits eine Isolationsüberwachungs-Schutzschaltung angeschlos sen ist. 6. Kondensatoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass das Gehäuse (1) aus einem Stahlblechmaterial besteht. 7. Kondensatoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anordnung In einem Schlagwetter-Schutzgehäuse. 8. Kondensatoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass Temperaturfühler eingebaut sind. 9. Kondensatoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass an die Phasenklemmen (6) innere oder äussere Schmelz sicherungen angeschlossen sind. 10. Kondensatoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (10) ausserhalb des oder eines Gehäuses (1) zu der Sym metrievergleichsschalt ung zusammen geschaltet sind. 11. Kondensatoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (10) einzeln oder gruppenweise in gesonderten Gehäusen (1) vergossen sind.

Inventors: HUBER, ROBERT, ING.
Applicants: ROEDERSTEIN SPEZIALFABRIKEN FUR BAUELEMENTE DER ELEKTRONIK UND KONDENSATOREN DER STARKSTROMTECHNIK GMBH
Application year: 1984
Main classification: H01G4
IPC codes: H01G4