DE3876822T2

DE3876822T2 - Ueberspannungsbegrenzer.

Info

Publication number: DE3876822T2
Application number: DE8888102350T
Authority: DE
Inventors: Bengt Johnnerfelt; Peter Stengard; Bengt Thors
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1987-02-23
Filing date: 1988-02-18
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2008-02-19
Also published as: US4853670A; EP0280189A1; JPS63215020A; EP0280189B1; JP2866653B2; BR8800710A; SE8700732D0; SE8700732L; SE456623B; ES2038220T3; GR3007419T3; DE3876822D1; CN88100808A; CN1010817B; CA1318346C

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Überspannungsableiter ist in erster Linie für Spannungen in der Größenordnung von 100 kv und darüber bestimmt, jedoch kann dieselbe Ausführungsform im Prinzip auch für niedrigere Spannungen verwendet werden.
Ein Überspannungsableiter der oben genannten Art ist bereits bekannt aus der US-A-4 262 318. Bei diesem Überspannungsableiter ist eine Vielzahl von Überspannungsableiterelementen in Gestalt von Zinkoxid-Varistoren in einem Stapel angeordnet und in einem Porzellangehäuse untergebracht mit einem Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Varistorstapel. Im Falle eines Fehlers im Inneren des Überspannungsableiters mit einem resultierenden Kurzschlußstrom und gewaltiger Gasentwicklung kann in dem oben genannten Spalt ein hoher Druck aufgebaut werden. Bei einer solchen Bauweise müssen daher besondere und oft teure Maßnahmen zur Druckentlastung vorgesehen werden, um zu verhindern, daß das Gehäuse in unkontrollierbarer Weise zerreißt und durch herumfliegende Splitter Sekundärschäden verursacht werden. Andere Nachteile dieser Bauweise bestehen in dem Erfordernis eines relativ großen Raumes und in der begrenzten Anzahl von parallelen Varistorstapeln, die in ein und demselben Porzellangehäuse untergebracht werden kann. Aus der GB-A-2 073 965 ist bereits ein Überspannungsableiter bekannt, bei welchem die Ableiterelemente von einem dicht anliegenden Gehäuse aus einem schrumpfbaren Kunststoff oder Gummimaterial umgebenden sind. Als mechanische Verstärker für diesen Überspannungsableiter wurde die Anordnung eines Isolierstabes zwischen den Abschlußstücken des Überspannungsableiters vorgeschlagen. Dieser Stab erstreckt sich durch ein axiales Loch in den Überspannungsableiterelementen. Eine solche Bauweise setzt ein gasdichtes Gehäuse voraus, welches den Stab gegen die äußere Umwelt schützt, da anderenfalls die Gefahr von Kriechströmen besteht, die zu einem Überschlag in dem Spalt führen können, der unvermeidlich zwischen dem Stab und der Wand des Loches in den Ableiterelementen vorhanden ist. Für höhere Spannungen ist dieser Überspannungsableiter weniger geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art zu entwickeln, der von den Nachteilen der oben erwähnten bekannten Bauformen befreit ist.
14 Zur Lösung dieser Aufgabe wird einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
Durch die Verwendung einer isolierenden Zustange zum mechanischen Zusammenhalten des Überspannungsableiters und durch die Anbringung einer Profilierung an dieser Zugstange und den aktiven Überspannungsableiterelementen zur Erzielung eines ausreichend langen Kriechweges, kann auf das äußere Prozellangehäuse verzichtet werden. Dies ergibt unter anderem die folgenden Vorteile im Vergleich mit einem Überspannungsableiter mit einem Prozellangehäuse:
a) In dem Überspannungsableiter ist kein Gasvolumen vorhanden, und folglich besteht nicht die Gefahr einer Explosion als Folge eines Druckanstieges im Falle eines Fehlers im Überspannungsableiter. Folglich können keine Splitter eines zerberstenden Überspannungsableiters herumgeschleudert werden und Sekundärschäden verursachen.
b) Der Überspannungsableiter kann im Prinzip mit einer unbegrenzten Anzahl paralleler Schenkel (Stapel von Überspannungsableiterelementen) zu relativ niedrigen Kosten hergestellt werden, da ein raumbegrenzendes Prozellangehäuse nicht vorhanden ist.
c) Der Überspannungsableiter hat eine geringere Gesamthöhe, als ein Überspannungsableiter mit Prozellangehäuse, was unter anderem darauf zurückzuführen ist, daß der letztere größere Anschlußstücke erfordert.
d) Das Gewicht des Überspannungsableiter ist kleiner.
e) Die Kühlung der aktiven Teile des Überspannungsableiters ist besser.
Der erforderliche Kriechweg des aktiven Teils des Überspannungsableiters kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden:
Zum Beispiel kann die Manteloberfläche der Überspannungsableiterelemente dicht umgeben sein von sich gegenseitig überlappenden Schutzringen und Führungsringen, welche mit Profilen versehen sind, und aus einem gegenüber Kriechströmen widerstandsfähigem Material bestehen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die aktuellen Überspannungsableiterelemente als ein langgestrecktes Element auszubilden mit einer Vielzahl von die Kriechwege verlängernden ringförmigen Vorsprünge, die in axialer Richtung des Überspannungsableiterelements hintereinander angeordnet sind, wobei die Vorsprünge aus dem gleichen Material bestehen, wie der Rest des Überspannungsableiterelements, und die Vorsprünge zusammen mit dem Rest des Überspannungsableiterelements eine zusammenhängende Einheit bilden (im Prinzip wie in der EP-A-0 196 370 dargestellt).
Die Mantelfläche ist zweckmäßigerweise mit einem Schutzüberzug aus einem elektrisch isolierendem Material versehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der aktive Teil, der aus einer Vielzahl von übereinander gestapelten Überspannungsableiterelementen bestehen kann, mit einem dicht umgebenden Gehäuse aus Kunststoff - oder Gummimaterial - versehen, welches widerstandsfähig gegen Kriechströme ist. Das Gehäuse kann durch Schrumpfen aufgebracht werden und ist mit Rillen versehen.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Figur 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Überspannungsableiters gemäß der Erfindung,
Figur 2 einen Querschnitt durch den Überspannungsableiter längs der Linie II-II in Figur 1,
Figur 3 einen Axialschnitt durch drei in Reihe geschaltete Varistorblöcke mit den Mantel schützenden Einrichtungen, die mit dem Überspannungsableiter verbunden sind.
Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Überspannungsableiter hat einen aktiven Teil, der aus drei parallelen Stapen 1,2,3 aus zylindrischen, koaxial angeordneten ZnO-Varistorblöcken 10 besteht (Figur 3). Die Stapel sind zwischen einer Bodenplatte 4 und einer Kopfplatte 5 angeordnet und werden mechanisch durch drei isolierende Zugstangen 6 zusammengehalten, die zum Beispiel aus Glasfasern bestehen, und die in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Überspannungsableiters verteilt sind. Anstelle der Verwendung von drei Stangen ist es auch möglich, zum Beispiel nur eine einzige Stange 6' zu verwenden, die zwischen den drei Varistorstapeln entlang der Längsachse des Überspannungsableiters angeordnet sind. Die Stangen 5 sind mit Endmuttern 7 versehen. Um den erforderlichen Anpreßdruck zwischen benachbarten Varisorblöcken zu erzielen, ist ein Federpaket 8 um jede Zugstange 6 zwischen der Kopfplatte 5 und der zugehörigen Mutter 7 angeordnet. Alternativ können diese Federpakete 8 an einem Ende jedes Varistorstapels angeordnet sein.
Der gezeigte Überspannungsableiter kann eine Länge von beispielsweise 2 m haben, und jeder Stapel kann zum Beispiel etwa 70 Varistorblöcke enthalten. Zur mechanischen Verstärkung des Überspannungsableiters ist eine Anzahl metallischer Tragplatten 9 zwischen den Stapeln angeordnet und gleichmäßig zwischen den Endplatten 4 und 5 verteilt. Diese Tragplatten 9 sind mit Vertiefungen versehen, die dem Querschnitt der Varistorblöcke angepaßt sind und Sitze für die anliegenden Blöcke bilden. Die Platten 9 erstrecken sich also über die Stapel und verbinden diese elektrisch parallel miteinander.
Figur 3 zeigt wie die Varistorstapel zwischen den Tragplatten 9 aufgebaut sind. Die Stirnflächen der drei zylindrischen Varistorblöcke 10 sind mit einem Elektrodenüberzug versehen, zum Beispiel in Gestalt einer Schicht aus Kupfer oder Aluminium, die durch Plasmaspritzen aufgebracht ist, wodurch die Varistorblöcke in den Stapeln in Reihe geschaltet werden. Ferner sind die Blöcke mit einer elektrisch isolierenden Umfangsschutzvorrichtung versehen, die im Prinzip genauso aufgebaut ist, wie dies in der US-A-4 352 140 gezeigt ist. Die Mantelschutzeinrichtung besteht aus Schutzringen 11, der zum Beipiel aus Siliziumgummmi oder EPDM- Gummi bestehen und die Varistorblöcke dicht umgeben, und einem separaten Führungsring 12 aus beispielsweise Polypropylen. Diese Führungsringe 12 gestatten es, die Varistorblöcke übereinander zu stapeln mit einer Führung in seitlicher Richtung. Zugleich dichten die Führungsringe den Varistorstapel, so daß ionisiertes Gas, welches durch Glimmentladungen zwischen zwei benachbarten Blöcken entstehen kann, nicht in der Lage ist, nach außen zu dringen. Jeder Führungsring 12 ist mit einer radial vorstehenden, umlaufenden Rippe 13 zur Vergrößerung des Kriechweges in axialer Richtung des Stapels versehen. Die Schutzringe 11 haben fast die gleiche axiale Länge wie die Varistorblöcke und sind mit äußeren umlaufenden Erhebungen 14 versehen zur Sicherung der Führungsringe 12 in axialer Richtung.
Außerdem bewirkt die kriechwegvergrößernde Rippe 13 der Führungsringe 12 eine erhöhte mechanische Stabilität der Führungsringe 12, was die Möglichkeit einschließt, die Anzahl der metallischen Tragplatten 9 beträchtlich zu vermindern oder vollständig auf diese Platten zu verzichten.
Um einen ausreichenden Kriechweg längs der Stangen 6 zu erhalten, die zum mechanischen Tragen des Überspannungsableiters angeordnet sind, können diese Stangen mit Profilen versehen werden, zum Beispiel, indem sie mit Rillen oder Gewindenuten versehen werden. Das Profil einer Stange sollte so beschaffen sein, daß der Kriechweg längs der Stange zwischen den Endplatten und dem Überspannungsableiter mindestens 30 % länger ist, als für eine entsprechende Stange mit glatter kreiszylindrischer Oberfläche. Die Stangen 6 können auch glatt sein, und der notwendige Kriechweg kann beispielsweise durch das Aufschrumpfen eines mit Rillen versehenen, auf dem Markt erhältlichen Schrumpfschlauches auf jede Stange geschaffen werden.
Der in den Figuren gezeigte Überspannungsableiter ist in erster Linie für den Innenraumgebrauch als Spannungsschutz für elektrische Hochspannungsausrüstungen konzipiert, die in einer geschützten Umgebung errichtet sind, wie zum Beispiel die Thyristorventile von Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen. Jedoch kann das gemäß der Erfindung vorgeschlagene Bauprinzip auch mit Vorteil für Außen-Überspannungsableiter verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in vielfacher Weise im Rahmen der Patentansprüche verwirklicht werden.

Claims

1. Überspannungsableiter mit einem aktiven Teil (1,2,3), der zummindest ein im wesentlichen zylindrisches Überspannungsableiterelement (10) aus Metalloxid-Varistormaterial enthält, welches zwischen zwei Endplatten (4,5) angeordnet ist, und mit einem zusammenhaltenden Teil, zu dem zumindest eine Stange (6) aus Isoliermaterial gehört, die sich zwischen den Endplatten (4,5) erstreckt, um den Überspannungsableiter mechanisch zusammen zu halten dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der aktive Teil (1,2,3) und der zusammenhaltende Teil der den Überspannungsableiter umgebenden Umgebung ausgesetzt sind und daß beide Teile individuell mit Profilen versehen sind zur Vergrößerung des Kriechweges zwischen den Endplatten (4,5).

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (6) des zusammenhaltenden Teils derart mit Gewinde oder Rillen versehen ist, daß der Kriechweg längs der Stange zwischen den Endplatten des Überspannungsableiters mindestens 30% länger ist, als für eine entsprechende Stange mit einer glatten kreiszylindrischen Oberfläche.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (6) des zusammenhaltenden Teils aus einer glatten Stange besteht, die mit einem kriechwegverlängerndem Aufschrumpfüberzug in Gestalt eines mit Rillen versehenen Schrumpfschlauches versehen ist.

4. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil (1,2,3) eine Vielzahl von Überspannungsableiterelementen (10) enthält, die koaxial in einem Stapel angeordnet sind, wobei die Stirnflächen der Überspannungsableiterelemente mit einem Elektronenüberzug versehen sind.

5. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Mantelflächen der Überspannungsaleiterelemente (10) dicht umschlossen sind von ringförmigen Schutzglieder (11,12) aus Isoliermaterial, die derart geformt und angeordnet sind, daß sie sich gegenseitig an benachbarten Überspannungsableiterelementen überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzglieder mit mindestens einem kriechwegverlängerndem ringförmig vorstehenden Abschnitt versehen sind.

6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Varistorblock von einem Schutzring (11) dicht umgeben ist, der annähernd die gleiche axiale Länge wie der Varistorblock hat, und daß die Schutzringe (11) benachbarter Varistorblöcke von Führungsringen (12) umgeben sind, die mit einer umlaufenden radial vorspringenden, den Kriechweg verlängernden Rippe (13) versehen sind, daß die Schutzringe (11) mit einer äußeren umlaufenden Erhebung (14) zur Sicherung der Führungsringe (12) in axialer Richtung versehen sind und daß die Schutzringe und Führungsringe aus isolierendem Material bestehen.

7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Überspannungsableiterelement (10) an seiner Mantelfläche mit einer Vielzahl von den Kriechweg verlängernden ringförmigen hintereinander in axialer Richtung des Überspannungsableiterelementes angeordneten Vorsprünge versehen ist, wobei die genannten Vorsprünge aus dem gleichen Material bestehen, wie der Rest des Überspannungsableiterelementes und mit dem Rest des Überspannungsableiterelementes eine zusammenhängende Einheit bilden.

8. Überspannungsableiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Überspannungsableiterelementes (10) mit einem Schutzüberzug aus elektrisch isolierdendem Material versehen ist, wobei dieser Überzug auf dem Überspannungsableiterelement gebildet und befestigt wird.

9. Überspannungsableiterelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer Schicht aus Polymer oder Elastomer oder einer Schicht aus Glas oder keramischen Material besteht.

10. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil (z.B. 1) von einer dicht anliegenden Ummantelung, die durch Aufschrumpfen aufgebracht wurde, umgeben ist und mit Rillen aus Kunststoff- oder Gummimaterial versehen ist, welches bei Erhitzung schrumpft und widerstandsfähig gegen Kriechströme ist.

11. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil eine Vielzahl von Säulen (1,2,3) enthält, die nebeneinander und parallel zueinander zwischen den Endplatten angeordnet sind, wobei jede Säule ein oder mehrere Überspannungsableiterelement/e (10) enthält.