CH645483A5

CH645483A5 - Vorrichtung zur ueberspannungsableitung.

Info

Publication number: CH645483A5
Application number: CH295079A
Authority: CH
Inventors: Mitsumasa Imataki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-04-12
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1984-09-28
Also published as: FR2421494A1; FR2421494B1; JPS5830819B2; US4227229A; DE2912844A1; SE435665B; JPS54134628A; CA1113149A; SE7902811L; DE2912844C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überspannungsableitung; eine solche soll beispielsweise in einem gasisolierten Unterwerk Verwendung finden.

Geschlossene Vorrichtungen zur Überspannungsableitung bekannter Bauart weisen ein geerdetes Gehäuse und einen darin angeordneten Stapel von übereinanderliegenden nichtlinearen, hauptsächlich aus gesintertem Zinkoxid zusammengesetzten Widerständen auf. Da eine zwischen dem geerdeten Gehäuse und jedem der nichtlinearen Widerstände auftretende elektrostatische Kapazität nicht bezüglich derjenigen jedes nichtlinearen Widerstands selbst vernachlässigt werden kann, besteht der Nachteil, dass die übereinanderliegenden nichtlinearen Widerstände die Potentialverteilung an der angeschlossenen Netzspannung ungleich verteilen, so dass die an der Eintrittsseite liegenden nichtlinearen Widerstände einen grösseren Anteil der Spannung zu übernehmen haben. Dementsprechend erzeugen die nichtlinearen Widerstände wegen der Netzspannung ungleiche Erwärmung und verschlechtern ihre Charakteristiken in ungleicher Weise mit dem Ergebnis, dass die Lebensdauer der Vorrichtungen zur Überspannungsableitung erheblich verringert wird.

Um diesen Nachteil auszuschalten, ist es bekannt, einen elektrischen Leiter in Form einer Stange oder Platte von der Hochspannungsseite des Stapels der nichtlinearen Widerstände vorzusehen, der sich entlang und in der Nähe des Stapels in dem geerdeten Gehäuse erstreckt. Diese Massnahme ist für die Kompensation elektrostatischer, zwischen dem geerdeten Gehäuse und den nichtlinearen Widerständen entstehenden Kapazitäten wirksam und bewirkt die Gleichförmigkeit mit der Potentialverteilung entlang des Stapels der nichtlinearen, übereinanderliegenden und in Serie verbundenen Widerstände.

Eine solche Vorrichtung zur Überspannungsableitung ist im allgemeinen vertikal angeordnet und beispielsweise mit der Sammelschiene des Unterwerks durch einen elektrischen Leiter verbunden. Dementsprechend muss die Sammelschiene über der Vorrichtung und damit auf einem höheren Niveau angeordnet sein. Um aber andererseits die Höhe der Sammelschiene im Hinblick auf die Erdbebenprüfbedingung zu verringern, können Vorrichtungen zur Überspannungsableitung so ausgeführt werden, dass sie horizontal installiert werden können. Dadurch ergibt sich aber eine Vergrösserung der Bodenfläche, die von solchen Vorrichtungen, insbesondere für sehr hohe Spannungen eingenommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überspannungsableitung so auszubilden, dass sie mit einer, in niedriger Höhe angeordneten Sammelschiene oder einer elektrischen Anlage verbunden werden kann, dass sie einfach in der Ausführung und in der Montage ist, dass sie eine Verkleinerung eines Unterwerks bezüglich seiner Grösse und seines Aufwands ermöglicht, und dass sie mit einer horizontal angeordneten Sammelschiene verbunden werden kann. Weiter soll die Vorrichtung so ausgebildet sein, dass eine damit verbundene, zu schützende elektrische Anlage in einer niedrigen Höhe angeordnet sein kann, die innerhalb der Höhe der Vorrichtung liegt und dadurch in einfacher Weise den Unterhalt und die Aufsicht der Vorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfasst auch eine elektrische Anlage mit einer Vorrichtung nach dem Patentanspruch 1, welche gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 8 ausgebildet ist.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels beschrieben und mit dargestellten Ausführungsformen des Standes der Technik verglichen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer teilweise dargestellten, geschlossenen Überspannungsableitungsvorrichtung bekannter Bauart,

Fig. 2 ein Diagramm, das die Potentialverteilung längs des Stapels übereinanderliegender nichtlinearer Widerstände nach Fig. 1 zeigt,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer teilweise dargestellten geschlossenen Überspannurtgsvorrichtung nach dem Stand der Technik, ähnlich Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 ein Diagramm, ähnlich demjenigen nach Fig. 2, jedoch für die Ausführung nach Fig. 3 und 4,

Fig. 6A eine schematisch dargestellte Seitenansicht der

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Ausführung nach Fig. 3 und 4, mit einem Anschluss an eine dazugehörende Sammelschiene und

Fig. 6B eine um 90° gedrehte Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 6A,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Variante der Ausführungsform nach Fig. 6A und

Fig. 8 einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen, mit einer dazugehörigen Sammelschiene verbundenen Überspan-nungsableitungsvorrichtung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile.

In Fig. 1 ist eine geschlossene Vorrichtung zur Uberspannungsableitung 100 dargestellt, Sie umfasst ein geerdetes Gehäuse 10, in dessen Innenraum 12 ein elektrisch isolierendes Fluid, z.B. Schwefelhexafiuorid SFe, eingefüllt und ein Widerstandshauptkörper 14 auf dessen Längsachse angeordnet ist. Der Hauptkörper 14 ist aus einem Stapel mehrerer nichtlinearer Widerstände gebildet, die übereinanderliegend angeordnet und in Serie miteinander verbunden sind. Jeder dieser nichtlinearen Widerstände 14 besteht im vorliegenden Fall im wesentlichen aus gesintertem Zinkoxid. Der Haupt- ' körper 14 weist ein oberes Ende A und ein unteres Ende B auf, wobei das Ende B elektrisch mit dem Boden des Gehäuses verbunden ist und jeder, den Hauptkörper bildende Widerstand 14 weist eine Streukapazität 16 zwischen demselben und dem benachbarten Teil der Innenwand des geerdeten Gehäuses 10 auf. Ein elektrischer Leiter 18 in Form einer Stange (der hier als «Leiter» bezeichnet wird) ist oberhalb dem Hauptkörper 14 und koaxial zu diesem angeordnet und erstreckt sich hermetisch abgedichtet durch einen elektrisch isolierenden Abschlussdeckel 20, der das obere Ende des geerdeten Gehäuses hermetisch abschliesst (Fig. 1). Der Leiter 18 ist über eine Druckfeder 22 mit dem oberen Ende A des Hauptkörpers 14 verbunden. Ein weiteres geschlossenes Gehäuse 22 ist am oberen Ende über dem Abschlussdeckel 20 angeordnet, das einen geschlossenen Raum gefüllt mit einem elektrisch isolierenden Fluid, z.B. Schwefelhexafiuorid SFa, bildet, und der Leiter 18 erstreckt sich durch das Gehäuse 22 bis es mit einer zu schützenden Anlage oder mit einer Sammelschiene (nicht dargestellt) verbunden ist.

Tritt eine aussergewöhnliche Überspannung an der geschützten elektrischen Anlage (nicht dargestellt) auf, die mit dem Leiter ( 18) verbunden ist, kann dieselbe über die nichtlinearen, in Serie miteinander verbundenen Widerstände zur Erde abfliessen. Dementsprechend wird bei der geschützten Anlage das Auftreten von Spannungserhöhungen infolge aussergewöhnlicher Schwingungen verhindert.

Andererseits werden Vorrichtungen zur Überspannungsableitung bei Betriebsspannung betrieben. Diese bewirkt einen Stromfluss durch die in Serie miteinander verbundenen Widerstände 14, dessen Grösse im Hinblick auf die ausgezeichnete nichtlineare Charakteristik der Widerstände 14 auf einem kleinen Wert gehalten wird, so dass die Widerstände ohne Beschädigung durch Erwärmung oder langdauernden Betrieb benützt werden können.

Ebenso weisen die nichtlinearen Widerstände 14 niedere Widerstände auf, bevor hohe Stromstösse auftreten. Indessen wirken die nichtlinearen, im wesentlichen aus Zinkoxid gebildeten Widerstände 14 eher als elektrostatische Kapazitäten denn als Widerstände für niedere Ströme, die normalerweise durchfliessen. Dementsprechend ist es bei einer Anordnung nach Fig. 1, die mit einer Wechselstromanlage verbunden ist, erforderlich, diese elektrostatischen Kapazitäten in genügender Weise zu berücksichtigen.

Bei der bekannten Ausführungsform geschlossener Über-spannungsableitungsvorrichtungen bestehen Streukapazitäten zwischen den nichtlinearen Widerständen 14 und dem geerdeten Gehäuse 10, siehe Fig. 1 und können nicht im Hinblick auf die elektrostatischen Kapazitäten der nichtlinearen Widerstände 14 vernachlässigt werden. Es besteht demnach der Nachteil, dass die normale Betriebsspannung mit einer Netzfrequenz auf den Stapel der nichtlinearen Widerstände 14 wirksam ist, so dass die Widerstände am oberen Ende A einen grösseren Spannungsanteil übernehmen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Das Diagramm zeigt in der Ordinate das Potential an einer beliebten Stelle des Hauptwiderstandskörpers 14, der als Strecke A ... B auf der Abszisse aufgetragen ist.

Liegt eine Potentialverteilung nach Fig. 2 vor, teilen die nichtlinearen Widerstände eine am Stapel des Hauptkörpers 14 angelegte Potentialdifferenz in unterschiedlicher Weise, weshalb an den nichtlinearen Widerständen in ungleicher Weise Erwärmung und Abnützung entstehen. Dies bewirkt eine erhebliche Erniedrigung der Lebensdauer bei bekannten Überspannungsableitungsvorrichtungen.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, einen elektrischen Leiter in Form einer Stange oder einer Platte vom Hochspannungsende des Stapels der in Serie geschalteten nichtlinearen Widerstände in der Nähe und längs des Stapels, siehe Fig. 3, anzuordnen.

Die Ausführung nach Fig. 3 zeigt eine geschlossene Vorrichtung zur Überspannungsableitung 200, bei welcher im Unterschied zur Ausführung nach Fig. 1 der Stapel der nichtlinearen Widerstände 14 mehr oder weniger von der Längsachse entfernt angeordnet ist und ein elektrischer Leiter 24 in Form einer Stange oder Platte sich vom oberen oder Hochspannungsende A auf der Seite ihres grösseren Abstands von der Innenwand des geerdeten Gehäuses 10 radial auswärts und abwärts erstreckt, bis sie in einem bestimmten Abstand vom Boden des Gehäuses 10 endet. Der elektrische Leiter 24 bildet elektrostatische Kapazitäten zwischen ihm und den nichtlinearen Widerständen 14. Der elektrische Leiter 24, siehe Fig. 4, weist einen Querschnitt in Form eines Kreisbogens auf, um die zwischen den nichtlinearen Widerständen 14 und dem geerdeten Gehäuse 10 entstehenden Streukapazitäten 16 zu kompensieren.

Hierbei wird angenommen, dass H die Gesamtlänge des Stapels der aufeinanderliegenden nichtlinearen Widerstände 14 darstellt und Ci und C2 elektrostatische Kapazitäten 16 und 26 darstellen, die zwischen den nichtlinearen Widerständen im Abstand x vom Innenboden des geerdeten Gehäuses 10 und dem geerdeten Gehäuse 10 einerseits und dem Widerstand und dem plattenförmigen Leiter 24 andererseits entstehen. Bei der angenommenen Bedingung entsteht, wenn der Ausdruck

Ci _

C1+C2 ~ H

gilt, im Stapel der nichtlinearen Widerstände 14 eine annähernd ideale Potentialverteilung, siehe Fig. 4, wobei wie in Fig. 2 auf der Ordinate das Potential und auf der Abszisse die Länge des Stapels der nichtlinearen Widerstände aufgetragen sind.

Werden, wie vorstehend gezeigt ist, durch Anordnung des plattenförmigen elektrischen Leiters 24 die Streukapazitäten zwischen dem Gehäuse 10 und den nichtlinearen Widerständen 14 kompensiert, um entlang des Stapels eine gleichmäs-sige und stabile Potentialverteilung zu erhalten, erhält man Überspannungsableitungsvorrichtungen hoher Zuverlässigkeit. Die Ausführungsform nach Fig. 3 kann beispielsweise mit einer Sammelschiene verbunden sein, die mit einem gasisolierten Unterwerk gekuppelt ist, siehe Fig. 6A und 6B oder Fig. 7. In Fig. 6A und 6B ist die Überspannungsableitungs-vorrichtung 200 vertikal auf der Erde angeordnet und durch den Leiter 18 mit einer über der Vorrichtung 200 angeordne5

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ten horizontalen Sammelschiene 28 verbunden. Ist L die Höhe der Vorrichtung 200 und Ii der Abstand zwischen der oberen Fläche der Vorrichtung 200 und der Längsachse der Sammelschiene 28 liegt die Sammelschiene 28 auf einer Höhe L + li über der Erde.

Um die Höhe der Sammelschiene 28 zu verringern, kann die Vorrichtung 200 so abgeändert werden, dass ihr Leiter 18 sich ausserhalb des geerdeten Gehäuses 10 senkrecht zur Längsachse der Widerstände 14 erstreckt, siehe Fig. 7. In diesem Fall benötigt die mit dem Leiter 18 verbundene Sammelschiene 18 eine Höhe L + h über der Erde, wobei h den Abstand zwischen einem Punkt, der praktisch als oberes Ende der Vorrichtung 200 betrachtet werden kann, und der Längsachse der Sammelschiene 18 darstellt und kleiner als Ii ist.

In jedem Fall muss die horizontal angeordnete Sammelschiene höher als die Vorrichtung 200 liegen.

Im Hinblick auf die Erdbebensicherheit kann die Sammelschiene wirtschaftlich angeordnet werden, wenn sie auf niedriger Höhe angeordnet ist. Im Hinblick darauf können Überspannungsableitungsvorrichtungen so ausgeführt werden, dass sie horizontal auf der Erde angeordnet sind. Werden bekannte Überspannungsableitungsvorrichtungen mit sehr hohen Spannungen in dieser Weise betrieben, besteht der Nachteil, dass die benötigte Bodenfläche wegen der grossen Abmessung entsprechend zunimmt.

Dies wird durch die erfindungsgemässe Ausführungsform nach Fig. 8 vermieden. Darin weist die Überspannungsablei-tungsvorrichtung 300 ein Gehäuse 10, beispielsweise in Form eines mit einem Boden versehenen Hohlzylinders auf, dessen dem Boden gegenüberliegendes offenes Ende durch eine Abdeckplatte 30 dicht abgeschlossen ist. Zwischen dem geschlossenen Ende und dem Boden erstreckt sich von der Umfangswand des Gehäuses 10 ein Rohrstutzen 32 etwa senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 10. Das Gehäuse 10 ist vertikal mit seinem Boden auf der Erde abgestützt und geerdet.

Im Gehäuse 10 sind der Stapel der nichtlinearen Widerstände 14 und der plattenförmige elektrische Leiter 24 in gleicher Weise wie in Fig. 3 angeordnet, wobei der plattenförmige Leiter 24 dem Rohrstutzen 32 gegenüberliegt.

Der Leiter 18 erstreckt sich durch den elektrisch isolierenden, den Stutzen 32 hermetisch abschliessenden Abschlussdeckel 20, durch den der horizontal angeordnete und sich längs der Achse des Rohrstutzens 32 erstreckende Leiter 18 abgestützt ist. Der Leiter 18 ist an einem Ende mit dem plattenförmigen Leiter 24 durch einen Verbindungssitz 34 verbunden, welcher seinerseits mit dem plattenförmigen Leiter 24, z.B. durch Schweissen, festverbünden und an dem der Leiter 18 mittels Schraubenbolzen 36, von denen nur einer dargestellt ist, befestigt ist. Der durch den Abschlussdeckel 20 hermetisch abgeschlossene Stutzen 32 ist mit einer, an einer geschlossenen Schutzhülle für die horizontal angeordnete Sammelschiene 28 angeordnete Abzweigung verbunden. Der

Leiter 18 erstreckt sich durch den Abschlussdeckel 20 und durch die Abzweigung und ist an ihrem anderen Ende mit dem koaxial in der geschlossenen Schutzhülle für die Sammelschiene 28 angeordneten zentralen Leiter 38 verbunden.

Sowohl das Gehäuse 10, die Abzweigung und die geschlossene Schutzhülle ist mit einem elektrisch isolierenden Gas, z.B. Schwefelhexafiuorid SF6, gefüllt.

In der Ausführungsform nach Fig. 8 ist der Leiter 18 über den plattenförmigen Leiter 24 mit dem Stapel der nichtlinearen Widerstände 14 elektrisch verbunden und etwa senkrecht zur Längsachse des Stapels angeordnet. Da der plattenförmige Leiter 24 an einem Ende mit dem oberen Ende des Stapels der nichtlinearen Widerstände 14 verbunden ist und sich gegen das untere Ende erstreckt, kann der Leiter 18 mit dem plattenförmigen Leiter 24 an einer beliebigen Stelle verbunden sein und bildet die Ausführung gemäss Fig. 8, deren Rohrstutzen 32 bezüglich seiner Niveauhöhe entsprechend veränderbar ist.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, kann die Sammelschiene 28 horizontal angeordnet sein und eine Längsachse auf einer "Höhe b aufweisen, die erheblich kleiner ist als die gesamte Höhe L der Überspannungsableitungsvorrichtung 300. Dies bedeutet, dass die Sammelschiene 28 auf einer erheblich kleineren Niveauhöhe verläuft als das obere Ende der Vorrichtung 300.

Die beschriebene erfindungsgemässe Ausführungsform weist verschiedene Vorteile auf. Beispielsweise kann eine Sammelschiene mit der Überspannungsleitungsvorrichtung auf niedriger Höhe verbunden werden, auf welcher die Montage, der Unterhalt und die Überwachung der Vorrichtung leicht und ohne Schwierigkeit ausgeführt werden kann. Da die in niedriger Höhe angeordnete Sammelschiene weniger empfindlich auf Vibrationen ist, verbessert sich der Widerstand der gesamten Anlage gegenüber Erdbeben. Auch können die Sammelschienen in geringer Höhe und kompakt ohne Begrenzung durch die Grösse der Überspannungsableitungs-vorrichtung angeordnet werden, so dass sehr kleine Unterwerke wirtschaftlich ausgeführt werden können. Die vorstehend beschriebenen Vorteile werden auch mit anderen elektrischen Ausrüstungen als Sammelschienen erreicht, die mit-der beschriebenen Überspannungsableitungsvorrichtung verbunden werden.

Da die Höhe der Sammelschiene oder einer anderen elektrischen Anlage beliebig im Bereich der Erstreekung des plattenförmigen Leiters 24 gewählt werden kann, ist die beschriebene erfindungsgemässe Ausführung bei kleinen Unterwerken mit einer grossen Zahl elektrischer Ausrüstungen anwendbar, ohne dass die gesamte Auslegung des Unterwerks wegen der Abmessungen der Überspannungsableitungsvor-richtung Dimensionsbeschränkungen unterliegt. Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine sehr geeignete Überspannungsableitungsvorrichtung zur Verwendung in einem gasisolierten, kleinen Unterwerk.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zur Überspannungsableitung, gekennzeichnet durch

- ein Gehäuse (10),

- ein in Gehäuselängsrichtung angeordneter Hauptableitungskörper (14),

- ein erster elektrischer Leiter (24), der sich von dem Ende höherer Spannung des Hauptableitungskörpers (14) in Längsrichtung zum Hauptableitungskörper erstreckt,

- ein zweiter elektrischer Leiter (18), der mit dem Hauptableitungskörper (14) über den ersten elektrischen Leiter (24) verbunden und etwa senkrecht zur Längsachse des Hauptableitungskörpers angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Leiter (24) derart ausgebildet ist, dass er bei seiner Erstreckung von der Hochspannungsseite auf die Niederspannungsseite des Hauptableitungskörpers (14) in radialer Richtung mit Abstand von dem Hauptableitungskörper (14) verläuft.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptableitungskörper (14) aus einer Anzahl nichtlinearer, in Serie übereinanderliegender und verbundener Widerstände aus Zinkoxid gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Leiter (18) zwischen den beiden Enden des Hauptableitungskörpers (14) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) einen etwa senkrecht zu seiner Längsachse erstreckenden Rohrstutzen (32) aufweist, an dessen einem Ende ein elektrisch isolierender Abschlussdeckel (20) angeordnet ist, der den Stutzen (32) hermetisch abschliesst und den zweiten elektrischen Leiter (18) abstützt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Leiter (18) mit dem ersten elektrischen Leiter (24) durch einen Verbindungssitz (34) verbunden ist, der mit dem ersten elektrischen Leiter (24) fest, z.B. durch Schweissung, verbunden ist und an dem der zweite elektrische Leiter (18) befestigt, z.B. verschraubt, ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) mit einem elektrisch isolierenden Gas, z.B. Schwefelhexafiuorid (SFe), gefüllt ist.

8. Elektrische Anlage mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Leiter (18) mit einer horizontal angeordneten Sammelschiene (28,38) verbunden ist.

9. Anlage nach Patentanspruch 8 mit der Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) auf der Erde vertikal angeordnet und geerdet ist, wobei der zweite elektrische Leiter (18) horizontal in dem Rohrstutzen (32) verläuft.

10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelschiene (28, 38) eine, mit einem elektrisch isolierenden Gas gefüllte Schutzhülle und einen darin angeordneten zentralen elektrischen Leiter (38) aufweist.