DE3004737C2

DE3004737C2 - Gekapselter Zinkoxid-Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE3004737C2
Application number: DE3004737A
Authority: DE
Inventors: Yoshi Ibaraki Akatsu; Seiichi Maruyama; Akio Hitachi Mizukoshi; Seizo Mito Nakano; Jun Hitachi Ozawa; Katsuji Shindo; Shingo Hitachi Shirakawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1980-02-08
Publication date: 1991-10-02
Also published as: SE445596B; FR2449956B1; SE445596C; SE8000994L; DE3004737A1; FR2449956A1; US4321651A; CA1130370A; JPS55105989A; JPS641913B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, in Überspannungsableitern Ableitelemente aus gesintertem Zinkoxid als nichtlineare Widerstandselemente zu verwenden (vgl. z. B. die DE-OS 28 19 528). Bei reihenspaltfreien, d. h. funkenstreckenlosen Überspannungsableitern sind mehrere Ableitelemente in einem mit SF^-Gas gefüllten Behälter gestapelt, die gestapelten Ableitelemente sind an einem Ende mit einem Hochspannungsleiter und am anderen Ende mit dem geerdeten Behälter verbunden. Infolge des geringen Abstandes zwischen den Ableitelementen und dem Behälter und der großen Dielektrizitätskonstante der Zinkoxid-Ableitelemente ist die Spannungsverteilung über die Ableitelemente aufgrund der Streukapazität zwischen den Ableitelementen und dem Behälter sehr ungleichmäßig.

Aus der AT-PS 3 20 787 ^;st ein Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Die zur Vergleichmäßigung der Teilspannungen am Überspannungsableiter vorgesehene Abschirmungseinrichtung ist als sich in der Längsrichtung des Überspannungsabieiters erstreckender Hohlzylinder ausgebildet, der in einer die Längsachse des Überspannungsableiter in einem spitzen Winkel schneidenden Ebene endet. Auf diese Weise ist ihre Form nur im unmittelbaren Bereich des Hochspannungsanschlusses ringförmig, ansonsten jedoch nicht ringförmig, wodurch die KaDazität zwischen der Abschirmungseinrichtung

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60 und dem Überspannungsableiter in Längsrichtung abnimmt Abgesehen von der beabsichtigten Vergleichmäßigung des Spannungsverlaufs am Überspannungsableiter bewirkt diese Abschirmungseinrichtung jedoch eine Unsymmetrie des elektrischen Feldes innerhalb des Überspannungsabieiters. Zur Korrektur dieser Feldverzerrungen werden über dem Längsbereich an der Außenseite des Überspannungsabieiters eine Reihe von leitenden Ringen mit gegenseitigem Abstand angeordnet, um die Zylindersymmetrie des elektrischen Feldes wiederherzustellen.

Diese bekannte Vorrichtung hat außer dem hohen baulichen Aufwand den Nachteil, daß zwischen den in verhältnismäßig geringen Abständen angebrachten Ringen bei einer hohen Überspannung Überschläge auftreten können, wodurch die einzelnen Elemente des Überspannungsabieiters kurzgeschlossen werden und sich die Entladungscharakteristik des Überspannungsableiter ändert.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Überspannungsableiter so auszubilden, daß bei einfachem Aufbau eine gleichmäßige· Verteilung der Spannung auf die einzelnen Ableitelemente erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Überspannungsableiter mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebenen Merkmalen gelöst.

Dieser Überspannungsableiter hat den Vorteil, daß die den hochspannungsseitigen Leiter umgebende Abschirmungseinrichtung symmetrisch ausgebildet ist und somit keine Feldverzerrungen hervorruft. Auch wird mit nur wenigen, nämlich im allgemeinen nur zwei oder drei Ringen, die in verhältnismäßig großem radialem Abstand von den Ableitelementen angeordnet sind, eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die aus den Ableitelementen bestehende gesamte nichtlineare Widerstandsanordnung erreicht. Weiterhin können die Ringe als mechanische Einheit unter Verwendung von unmittelbar zwischen ihnen vorgesehenen Verbindungen ausgebildet werden, die leicht und kostengünstig herstellbar ist.

Vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 und 3.

Insgesamt ergibt sich ein einfach aufgebauter gekapselter Spannungsableiter mit gleichmäßiger Spannungsverteilung entlang der nichtlinearen Widerstandsanordnung.

Anhand der Zeichnungen werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Teilschnitt eines gekapselten Zinkoxid-Überspannungsableiters in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm mit der Darstellung der Potentialverteilung bei dem Überspannungsableiter der F ig. 1,

Fig. 3 den Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 die perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 ein Kennliniendiagramm mit der Darstellung der Potentialverteilung bei dem Überspannungsableiter der Fi g. 4 und

Fig. 6 bis 10 die Längsschnitte weiterer Ausführungsbeispiele.

Der in F i g. 1 im Teilschnitt gezeigte gekapselte Zinkoxid-Überspannungsableiter enthält einen geerdeten Behälter 2, der mit einem guten Isoliermedium, beispielsweise SFf₁-GaS. gefüllt und durch einen Abstandshalter 3 an der an der Anschlußseite gelegenen

öffnung verschlossen ist Innerhalb des geerdeten Behälters befindet sich eine nichtlineare Widerstandsanordnung 1 aus Ableiterelementen, die an einem Ende am geerdeten Behälter 2 und am anderen an einem Hochspannungsleiter 4 befestigt ist. Die Anschlußteile an beiden Enden der nichtlinearen Widerstandsanordnung, in axialer Richtung gesehen, sind durch Abschirmrohre 27 und 28 zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes umschlossen.

Eine schhiti- oder topfförmige Abschirmung 26 ist an in der Hochspannungsseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 befestigt, wobei am freien Ende der Abschirmung 26 ein umlaufender Abschirmring 20 angebracht ist. Die Abschirmung 26 ist wie ein Behälter mit durchgehender Seitenwand ausgebildet In einer anderen Ausführungsform kann die Abschirmung 26 aus mehreren eng aneinander liegenden Abschirmringen bestehen. In diesem Fall ist darauf zu achten, daß keine durch diese Abschirmringe verlaufende Äquipotentialflächen gebildet werden.

Zwischen den beiden Enden der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1, in Axialrichtung gesehen, sind zwei Abschirmringe 21 und 22 vorgesehen, die die Widerstandsanordnung 1 umgeben. Die Abschirmringe 21 und 22 sind über Verbindungsleiter 30, 31 am Hochspannungsleiter 4 befestigt und liegen im wesentlichen auf dem gleichen Potential wie dieser. Die wesentlichen Merkmale bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen in den Abständen der Abschirmringe 20, 21 und 22 und der Anordnung und Form der Verbindungleiter 30 und 31. Diese Bauteile sind so angeordnet und geformt, daß die in F i g. 1 gestrichelt dargestellten, durch die jeweiligen Ringe verlaufenden Potentiallinien durchgehend mit den Äquipotentialflächen der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 verlaufen. Die Umfangsbreiten und die Anzahl der Verbindungsleiter 30 und 31 werden so gewählt, daß die Forderung erfüllt ist, daß einige Äqi'ipotentiallinien durch die jeweiligen Abschirmringe verlaufen. Entsprechend können die Abschirmringe die Form einer Stange, eines Bandes, ίο eines Leiterdrahtes oder dergleichen haben. Kann zur festen Positionierung der Abschirmringe 21, 22 durch die Verbindungsleiter 30, 31 die obenerwähnte Forderung nicht erfüllt werden, so werden die Verbindungsleiter 30, 31 zumindest als elektrische Verbindungsteile verwendet und zusätzlich ein dielektrisches Teil zur mechanischen Halterung derselben verwendet.

Vorzugsweise werden die Abschirmringe 21 und 22 jedoch am Hochspannungsleiter 4 mechanisch befestigt. Es braucht dann zwischen Abschirmring 22 und geerdetem Behälter 2 kein tragendes Isolierteil eingefügt zu werden. Der Abschirmring 22 kann so unter Ausnutzung der Eigenschaften des SF6-Gases relativ nahe am geerdeten Behälter 2 angebracht werden, um ihn an der besten Stelle zur Erzielung einer gleichmäßigen Potentialverteilung längs der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 anzuordnen. Zur Verminderung der elektrischen Feldstärke an der Oberfläche des Abschirmringes 22 braucht nur der Querschnitt desselben vergrößert zu werden, das heißt, seine Breite in Axialrichtung der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1.

Bei diesem Aufbau sind die an den Widerständen der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 anliegenden Spannungen fast gleichförmig, wie aus der in Fig. 2 durch Punkte angezeigten Potentialverteilung ersichtlich ist. Dies ist nach den in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Äquipotentiallinien auch zu erwarten.

Die gerade Linie Jl in F i g. 2 entspricht einer absolut gleichförmigen Potentialverteilung. In F i g. 2 ist auf der Ordinate die Potentialverteilung in % und auf der Abszisse die Höhe H von der Erdpotentialseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 aufgetragen; die Gesamthöhe der nichtlinearen Widerstandsanordnung list W₀.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 hat weitere wesentliche Eigenschaften. Eine erste besteht darin, daß die Durchmesser der Abschirmringe 21 und 22 größer sind als der des Abschirmringes 20. Dies ist einmal hinsichtlich der Isolierung vorteilhaft, weil der Abschirmring 22 in der Nähe des Erdpotentialteils angeordnet ist Dadurch, daß der Durchmesser des Abschirmringes 20 kleiner ist als die der restlichen Abschirmringe, wird außerdem die Potentialverteilung auf der Hochpotentialseite, durch einen großen Durchmesser des Abschirmringes 22 die Potentialverteilung auf der Erdpotentialseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 verbessert. Eine weitere Eigenschaft besteht darin, daß die Abstände von der Hochspannungsseite der Anordnung 1 zum ersten und zweiten Abschirmring kleiner sind als der Abstand zwischen dem zweiten und dritten Abschirmring 21 und 22. Es konnte experimentell bestätigt werden, daß diese Eigenschaft ebenfalls die Potentialverteilung auf der Erdpotentialseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 verbessert. In F i g. 1 sind die Abschirmringe 20, 21 und 22 mit massivem Querschnitt gezeigt. Die Abschirmringe können jedoch auch aus einem Hohlring mit Kreis-, C- oder eliptischem Querschnitt ausgeführt werden.

Der Abschirmring 20 kann durch einen schürz- oder kragenartigen Ringschirm ersetzt werden, der durch Umbördeln des freien Endes der Abschirmung 26 gebildet wird. Ein Beispiel eines Überspannungsableiters mit einem derartigen Ringschirm ist in F i g. 3 gezeigt. Dieser Überspannungsableiter enthält eine kappenartige Abschirmung 40, die die Hochspannungsseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 bedeckt und am unteren Ende etwas über das Hochspannungsende der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 hinausreicht. Ringförmige Abschirmungen 41,42 und 43 mit C-förmigem Querschnitt Lmgeben den äußeren Umfang der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 mit bestimmten gegenseitigen Abständen. Die kappenförmige Abschirmung 40 und die ringförmigen Abschirmungen 41, 42, 43 sind durch Abstände voneinander getrennt, bei denen Äquipotentialflächen entstehen, die durchgehend zu den Äquipotentialflächen der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 durch die Abschirmungen 41, 42, 43 verlaufen. Die Abschirmungen 40 bis 43 sind miteinander durch einen stangenförnngen Verbindungsleiter 44 verbunden. Die kappenförmige Abschirmung 40 ist am Hochspannungsleiter 4 oder einem Verbindungsteil 45 befestigt. Der Hochspannungsleiter 4 ist über einen Verbinder 46 elektrisch mit dem Verbindungsteil 45 verbunden. Die kappenförmige Abschirmung 40 wirkt wie die schirmförmige Abschirmung 26, der Abschirmring 20 und das Abschirmrohr 27 der Fig. 1. Die Potentialverteilung längs der nichtlinearen Widexsiandsanordnung 1 kann in dem Maße wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 verbessert werden.

Sind zwischen der Endfläche der Hochspannungsseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 und dem Ende der Erdseite derselben mehrere Abschirmringe vorgesehen, so können die unteren Enden des Abschirmringes 20 in Fig. 1 und die rohrförmige

Abschirmung 40 in F i g. 3 näher am Hochspannungsleiter 4 als an der Endfläche der Hochspannungsseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 angeordnet werden.

Fig.4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Überspannungsableiters. Die nichtlineare Widerstandsanordnung 1 ist am einen Ende mit dem Hochspannungsleiter und am anderen Ende mit Erdpotential verbunden, der Behälter 2 ist ebenfalls geerdet. Im Unterschied zur Ausführungsform der F i g. 1 sind hier drei Abschirmringe 20, 21, 22 mit im wesentlichen gleichem Durchmesser vorgesehen.

Im Diagramm der F i g. 5 sind auf der Ordinate die Potentialverteilung in % und auf der Abszisse die Höhe H der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 vom Erdpotentialende aufgetragen; die Gesamthöhe der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 ist Ho- Die Potentialverteilung in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 nähert sich sehr gut der Geraden 11 der gleichmäßigen Verteilung, wie die Potentialverteilungskurve 23 zeigt. Der Ungleichmäßigkeitskoeffizient der Potentialverteilung beträgt etwa 1,1 oder weniger.

Die Potentialverteilung bei Verwendung eines einzigen Rohres für die Abschirmringe ist in F i g. 5 mit der Kurve 24 gezeigt. Wie daraus ersichtlich, ist die Spannungsbeanspruchung der nichtlinearen Widerstände in der Mitte der Widerstandsanordnung 1 beträchtlich.

In den F i g. 6 bis 10 sind weitere Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen ähnliche Wirkungen eintreten wie beim Überspannungsableiter der F i g. 4. In den F i g. 6 bis 10 sind die Halterungen für die Abschirmringe nicht gezeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 6 ist eine sich in Axialrichtung erstreckende Metallbasis 25 vorgesehen, die sich an der Erdpotentialseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 befindet. Die Metallbasis 25 wirkt zusammen mit den Abschirmringen 20, 21 und 22 so, daß der Bereich der Potentialverteilungseinstellung erweitert und damit die Potentialverteilung am Ende der Erdpotentialseite verbessert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 sind zwei Abschirmringe 20, 21 vorgesehen. Hierbei wird die Gleichmäßigkeit der Potentialverteilung verglichen mit dem Ausführungsbeispiel der F i g. 4 verschlechtert, jedoch eine bessere Potentialverteilung erzielt als im Fall der Kurve 24 der F i g. 5.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 8 ist zwischen dem obersten Abschirmring 20 und dem Hochspannungsleiter 4 eine schirmförmige Abschirmung 26 vorgesehen; die Durchmesser der Abschirmungen 20, 21,22 sind einander im wesentlichen gleich. Damit kann die Potentialverteilung an der Seite des Hochspannungsleiters 4 der nichtiinearen Widerstandsanordnung 1 verbessert werden.

Bei der Ausführungsform der F i g. 9 sind die Querschnittsflächen der Abschirmringe 20, 21, 22 umso größer, je näher sie an der Erdpotentialseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 liegen. Dadurch wird die elektrische Feldstärke an der Oberfläche des Abschirmringes 22 verringert. Infolgedessen kann der Abschirmring 22 an der besten Stelle angeordnet werden, um die Potentailverteilung zu verbessern.

Bei dem in F i g. 10 gezeigten Überspannungsableiter sind die Durchmesser der Abschirmringe umso größer, je näher sie an der Erdpotentialseite der nichtlinearen Widerstandsanordnung 1 liegen. Dadurch wird die Potentailverteilung zwischen der Hochspannungsseite und der Erdpotentialseite insgesamt verbessert, wodurch die Potentailverteilungskurve der Kurve 11 der gleichmäßigen Verteilung in F i g. 5 angenähert werden kann.

Die Abschirmringe 20, 21, 22 können die Form eines Ringes haben. Wenn sie jedoch für das elektrische Feld als Ring wirken, können sie längs ihres Umfanges auch in mehrere Segmente unterteilt werden.

Als Abwandlung der beschriebenen Ausführungsformen können zusätzlich in der Nähe der Abschirmringe Hilfsabschirmungen vorgesehen werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gekapselter Überspannungsableiter mit einem geerdeten, mit einem Isoliermedium gefüllten Behälter, in dem der Überspannungsableiter angeordnet und mit einem Ende an einen Hochspannungsleiter sowie mit dem anderen Ende an Erdpotential angeschlossen ist, und mit einer den Überspannungsableiter innerhalb des geerdeten Behälters umgebenden Abschirmungseinrichtung, Ό sowie mit mehreren ringartigen Abschirmungen, die zwischen beiden Enden des Überspannungsabieiters in Axialrichtung desselben getrennt vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ringartigen Abschirmungen (10,21,22; 41,42,43) tragend an der Hochspannungsseite des als reihenspaltenfreie, nichtlineare Zinkoxid-Widerstandsanordnung (1) ausgebildeten Überspannungsabieiters über Verbindungsleiter (30, 31, 44) befestigt sind und sich auf dem Potential der Hochspannungsseite (Hochspannungsleiter 4) befinden.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Abschirmeinrichtung (22, 43), die am nächsten zum anderen Ende der nichtlinearen Widerstandsanordnung (1) liegt, in Axialrichtung derselben eine größere Breite hat als die benachbarten ringförmigen Abschirmeinrichtungen (21,42).

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (30,31) zur Befestigung der ringförmigen Abschirmeinrichtungen (20, 21, 22) aus einem Verbindungsleiter bestehen, der in Umfangsrichtung schmal ist, so daß die Potentiale der jeweiligen ringförmigen Abschirmeinrichtungen im wesentlichen gleich sind.