CH666574A5

CH666574A5 - SURGE ARRESTERS.

Info

Publication number: CH666574A5
Application number: CH268184A
Authority: CH
Inventors: Guenther Maier
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-06-01
Publication date: 1988-07-29
Also published as: DE3426054A1

Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Überspannungsabieiter nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2. The invention is based on an electrical surge arrester according to the preamble of claims 1 and 2.

Mit diesem Oberbegriff nimmt diese Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der US-PS 4 100 588 beschrieben ist. With this preamble, this invention relates to a prior art as described in US Pat. No. 4,100,588.

Dort sind Varistoren innerhalb eines hohlen Porzellanisolators aufeinandergestapelt und zumindest abschnittsweise in ein wärmeleitendes Kunststoffmaterial eingebettet, welches seinerseits wiederum in direktem wärmeleitenden Kontakt mit der Innenwandung des Porzellanisolators steht. Die Varistorsäule ist in den einzelnen gezeigten Ausführungsbeispielen exzentrisch im Hohlraum des Porzellanisolators angeordnet. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, einen Druckentlastungskanal anzuordnen, um bei einem eventuellen Störungsfall im Überspannungsabieiter den durch das auftretende Plasma entstehenden Gasdruck ohne Schadenverursachung am Überspannungsablei-ter aus dem Inneren des Porzellanisolators kommutieren zu können. There, varistors are stacked on top of one another within a hollow porcelain insulator and at least partially embedded in a thermally conductive plastic material, which in turn is in direct thermally conductive contact with the inner wall of the porcelain insulator. In the individual exemplary embodiments shown, the varistor column is arranged eccentrically in the cavity of the porcelain insulator. This creates the possibility of arranging a pressure relief duct in order to be able to commutate the gas pressure created by the plasma occurring in the event of a malfunction in the surge arrester from the interior of the porcelain insulator without causing damage to the surge arrester.

Diese exzentrische Anordnung der Varistorsäule im Hohlraum des Porzellanisolators hat aber zur Folge, dass die Varistoren nur im partiellen wärmeleitenden Kontakt mit dem Porzellanisolator stehen, und die Wärme zu einem Teil über die benachbarte, schlecht wärmeleitende Lufthülle an den Porzellanisolator abgegeben werden muss. Dadurch wird der Wärmeübergang von den Varistoren zum Porzellanisolator herabgesetzt. Da zudem der Wärmeübergang von den Varistoren zum Isoliergehäuse, sowohl im stationären Betriebszustand des Überspannungsabieiters als auch in dessen nichtstationären Betriebszustand — bei Überspannungen — hauptsächlich in radialer Richtung erfolgt, ist in den Varistoren ein verzerrtes Temperaturprofil vorhanden, welches die Verlustleistung und das Energieaufnahmevermögen in nachteiliger Weise beeinflusst. However, this eccentric arrangement of the varistor column in the cavity of the porcelain insulator means that the varistors are only in partial heat-conducting contact with the porcelain insulator, and some of the heat has to be released to the porcelain insulator via the adjacent, poorly heat-conducting air envelope. This reduces the heat transfer from the varistors to the porcelain insulator. In addition, since the heat transfer from the varistors to the insulating housing takes place mainly in the radial direction, both in the stationary operating state of the surge arrester and in its non-stationary operating state - in the event of overvoltages - a distorted temperature profile is present in the varistors, which disadvantageously affects the power loss and the energy absorption capacity influenced.

Bei dem bekannten Überspannungsabieiter gemäss US-PS 4 100 588 wird der durch ein eventuell sich bildendes Plasma entstehende Gasdruck am oberen und/oder unteren Ende des Porzellanisolators ins Freie kommutiert. Dies hat aber den Nachteil, dass je nach Stärke des Plasmas die Gasdruckentladung Beschädigungen an, in der Nähe des Überspannungsablei-ters befindlichen elektrischen stossempfindlichen Apparaten hervorrufen kann. In the known surge arrester according to US Pat. No. 4,100,588, the gas pressure generated by a possibly forming plasma is commutated outside at the upper and / or lower end of the porcelain insulator. However, this has the disadvantage that, depending on the strength of the plasma, the gas pressure discharge can cause damage to electrical shock-sensitive devices located in the vicinity of the surge arrester.

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 2 definiert ist, löst die Aufgabe, einen elektrischen Überspannungsabieiter anzugeben, mit dem im Störungsfall auftretende Schäden verhindert oder vermindert werden. The invention, as defined in claims 1 and 2, solves the problem of specifying an electrical surge arrester with which damage occurring in the event of a fault is prevented or reduced.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der gesamte Aktivteil des Überspannungsabieiters, unabhängig von der Nennspannung in einem einstückigen Isoliergehäuse untergebracht werden kann. Dadurch wird selbst bei sehr starker Verschmutzung der äusseren Oberfläche des Isoliergehäuses ein Kommutieren von Kriechströmen zu den Varistoren hin verhindert und damit eine Spannungsfehlverteilung, verbunden mit partieller Überlastung des Überspannungsabieiters vermieden. An advantage of the invention is that the entire active part of the surge arrester can be accommodated in a one-piece insulating housing, regardless of the nominal voltage. This prevents commutation of leakage currents towards the varistors even when the outer surface of the insulating housing is very heavily contaminated, and thus voltage misregistration combined with partial overloading of the surge arrester is avoided.

Durch eine zentrische Anordnung der Varistoren innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses wird die Wärmeableitung von den Varistoren zum Isoliergehäuse sich in radialer Richtung gleichmässiger vollziehen, was sich wiederum günstig auf deren Verlustleistung auswirkt. Das bei etwaiger Plasmabildung im Störfall innerhalb des Überspannungsabieiters entstehende Gas wird am Ort des Entstehens des Plasmas durch ein auf diesen Ort begrenztes Aufbrechen des elastischstabilen Isoliergehäuses ins Freie kommutiert. Through a central arrangement of the varistors within the cavity of the insulating housing, the heat dissipation from the varistors to the insulating housing takes place more evenly in the radial direction, which in turn has a favorable effect on their power loss. The gas generated in the event of a malfunction in the event of a malfunction within the surge arrester is commutated to the outside at the point where the plasma is formed by breaking open the elastically stable insulating housing at this location.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das durch ein eventuell auftretendes Plasma hervorgerufene Gas unter kontrollierten Bedingungen vom Druckentlastungskanal in einem Druckentlastungsbehälter kommutiert wird. Damit wird eine Unfallgefahr ausgeschlossen und Beschädigung von in Another advantage of the invention can be seen in the fact that the gas caused by a possibly occurring plasma is commutated from the pressure relief channel in a pressure relief container under controlled conditions. This eliminates the risk of an accident and damages in

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der Nähe des Überspannungsabieiters sich befindenden stoss-empfindlichen elektrischen Anlagen vermieden. Avoid shock-sensitive electrical systems in the vicinity of the surge arrester.

Der Vorteil gemäss Anspruch 3 besteht darin, dass ein eventuell auftretendes Plasma in den Endbereichen des Überspannungsabieiters und das dabei entstehende Gas unter kontrollierten Bedingungen in den Druckentlastungsbehälter geführt werden kann. The advantage according to claim 3 is that a plasma that may occur in the end regions of the surge arrester and the gas that is produced in the process can be guided into the pressure relief container under controlled conditions.

Die Lösung nach Anspruch 4 bietet den Vorteil, dass mit den verwendeten Werkstoffen für den Verbundkörper des Isoliergehäuses eine relativ grosse Formstabilität gepaart mit gleichzeitig hohen Elastizitätseigenschaften erreicht werden kann. The solution according to claim 4 offers the advantage that, with the materials used for the composite body of the insulating housing, a relatively great dimensional stability combined with high elastic properties can be achieved.

Die Anordnung einer Berstscheibe zwischen dem Druckentlastungskanal im Isoliergehäuse und dem Druckentlastungsbehälter gemäss Anspruch 5 verhindert ein Übertreten von eventuell vorhandenem Isoliergas vom Kanal in den Behälter und ermöglicht zugleich einen vorher bestimmbaren Druckausgleich zwischen Kanal und Behälter durch Bersten der Scheibe nach Überschreiten eines kritischen Druckes. The arrangement of a rupture disc between the pressure relief duct in the insulating housing and the pressure relief container according to claim 5 prevents the passage of any insulating gas from the duct into the container and at the same time enables a previously determinable pressure compensation between the duct and container by bursting the disc after a critical pressure has been exceeded.

Die Anordnung des Druckentlastungsbehälters im wesentlichen unterhalb des Isoliergehäuses entsprechend Anspruch 6 gewährleistet eine relativ hohe mechanische Stabilität des Über-spannungsableiters, indem der Behälter gleichzeitig als Fundament für den Überspannungsabieiter dienen kann. The arrangement of the pressure relief container substantially below the insulating housing according to claim 6 ensures a relatively high mechanical stability of the surge arrester, in that the container can also serve as a foundation for the surge arrester.

Das Volumen des Druckentlastungsbehälters, das gemäss Anspruch 7 mindestens gleich gross gewählt ist wie das Innen-volumendes Isoliergehäuses, stellt sicher, dass auch relativ grosse Gasmengen in den Behälter entladen werden können. The volume of the pressure relief container, which is selected at least as large as the inner-volume insulating housing, ensures that even relatively large amounts of gas can be discharged into the container.

Der Vorteil nach Ansprüchen 8 und 9 besteht darin, dass mehrere Varistorsäulen innerhalb des Hohlraumes des- Isoliergehäuses in die Wärmeleitschicht eingebettet sind und dass zwecks Ersparnis des die Wärmeleitschicht bildenden Werkstoffes Hohlräume entstehen, welche gleichzeitig als Druckentlastungskanäle dienen können. The advantage according to claims 8 and 9 is that a plurality of varistor columns are embedded within the cavity of the insulating housing in the heat-conducting layer and, in order to save the material forming the heat-conducting layer, cavities are created which can simultaneously serve as pressure relief channels.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Überspannungsabieiters in einer ersten Ausführungsart, 1 is a view of a surge arrester according to the invention in a first embodiment,

Fig. 2 einen vergrösserten, teilweisen Vertikalschnitt gemäss Fig. 1, 2 shows an enlarged, partial vertical section according to FIG. 1,

Fig. 3 einen teilweisen Vertikalschnitt eines erfindungsgemässen Überspannungsabieiters in einer zweiten Ausführungsart, und 3 shows a partial vertical section of a surge arrester according to the invention in a second embodiment, and

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch einen Überspannungsabieiter gemäss Fig. 3. 4 shows a horizontal section through a surge arrester according to FIG. 3.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemässen einstückig ausgebildeten Überspannungsabieiters. Mit I ist der äussere Teil des Isoliergehäuses und mit 1' Schirme am Isoliergehäuse 1 bezeichnet. Der Überspannungsabieiter 1, 1' ist auf einem Druckentlastungsbehälter 2 angeordnet, welcher sich auf einem Fundament 16 abstützt. 1 shows an overall view of a one-piece surge arrester according to the invention. I denotes the outer part of the insulating housing and 1 'shields on the insulating housing 1. The surge arrester 1, 1 'is arranged on a pressure relief container 2, which is supported on a foundation 16.

Fig. 2 zeigt einen vergrösserten, teilweisen Vertikalschnitt gemäss Fig. 1. Das Isoliergehäuse 1, 3 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Verbundkörper, der aus zwei Werkstoffen aufgebaut ist, und zwar aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr 3, welches den inneren Teil des Isoliergehäuses 1, 3 bildet und aus einem Silikonelastomer 1,1', welches den äusseren Teil des Isoliergehäuses 1, 3 bildet. Der äussere Teil 1, 1' des Isoliergehäuses 1, 3 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet und weist Schirme 1' zur Vergrösserung der wärmeabstrahlenden Oberfläche auf. Das Kunststoffrohr 3 ist formstabil, während das Silikonelastomer 1,1' elastisch und elektrisch isolierend ist. Wie in Fig. 1 und insbesondere in Fig. 2 in vergrösser-ter Darstellung ersichtlich, wird der Überspannungsabieiter in einem Metallflansch 7 gehalten, welcher mittels einer Schraube 8 und Mutter 9 auf der Abschlussplatte 2' des Druckentlastungsbehälters 2 befestigt ist. Die Varistoren 5 sind aufeinan-dergestapelt und durch Kontaktscheiben 6 elektrisch miteinander verbunden. Im unteren Teil des Abieiters ist eine Schraubenfeder 12 angeordnet, welche sich über ein Halteblech 13 auf einer Berstscheibe 11 abstützt. Die Schraubenfeder 12 presst die Varistoren 5 gegeneinander, so dass in jedem Betriebszustand eine einwandfreie elektrische Kontaktierung der Varistoren 5 gewährleistet ist. FIG. 2 shows an enlarged, partial vertical section according to FIG. 1. In this exemplary embodiment, the insulating housing 1, 3 consists of a composite body which is constructed from two materials, specifically from a glass fiber-reinforced plastic tube 3, which covers the inner part of the insulating housing 1, 3 forms and from a silicone elastomer 1,1 ', which forms the outer part of the insulating housing 1, 3. The outer part 1, 1 'of the insulating housing 1, 3 is also tubular and has screens 1' to enlarge the heat-radiating surface. The plastic tube 3 is dimensionally stable, while the silicone elastomer 1, 1 'is elastic and electrically insulating. As can be seen in FIG. 1 and in particular in FIG. 2 in an enlarged representation, the surge arrester is held in a metal flange 7, which is fastened on the end plate 2 ′ of the pressure relief container 2 by means of a screw 8 and nut 9. The varistors 5 are stacked on top of one another and electrically connected to one another by contact disks 6. In the lower part of the drain, a helical spring 12 is arranged, which is supported on a rupture disk 11 via a holding plate 13. The helical spring 12 presses the varistors 5 against one another, so that perfect electrical contacting of the varistors 5 is ensured in every operating state.

In der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 ist kein sich über die gesamte axiale Höhe des Überspannungsabieiters erstreckender Druckentlastungskanal zwischen der Mantelfläche der Varistoren 5 und dem Isoliergehäuse 1, 3 vorhanden, da die Varistoren 5 einschliesslich der Wärmeleitschicht 4 den gesamten Querschnitt des Hohlraumes des Isoliergehäuses I, 3 ausfüllen und eingebettet in die Wärmeleitschicht 4 eng an der Innenwandung des Isoliergehäuses 1, 3 anliegen. Das bei etwaiger Plasmabildung im Störfall innerhalb des Überspannungsabieiters entstehende Gas wird am Ort des Entstehens des Plasmas durch ein auf diesen Ort begrenztes Aufbrechen des elastischstabilen -Isoliergehäuses durch den Gasentladungsdruck ins Freie kommutiert. Der Druckentlastungsbehälter 2 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 lediglich für den Fall vorgesehen, wenn sich ein Plasma im Bereich des Flansches 7 ausbilden sollte. Der damit verbundene Gasdruck wird die Berstscheibe 11 durchbrechen und das Gas wird sich durch die Öffnung 10 der Abschlussplatte 2' in den Druckentlastungsbehälter 2 entladen. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, there is no pressure relief channel extending over the entire axial height of the surge arrester between the lateral surface of the varistors 5 and the insulating housing 1, 3, since the varistors 5 including the heat-conducting layer 4 cover the entire cross section of the cavity of the insulating housing I, 3 fill and embedded in the heat-conducting layer 4 tightly against the inner wall of the insulating housing 1, 3. The gas generated in the event of a malfunction in the event of a malfunction within the surge arrester is commutated into the open air by the gas discharge pressure at the point where the plasma is formed by breaking open the elastically stable insulating housing at this location. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the pressure relief container 2 is only provided for the case when a plasma should form in the region of the flange 7. The associated gas pressure will break through the rupture disk 11 and the gas will be discharged through the opening 10 of the end plate 2 'into the pressure relief container 2.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 sind zwei Varistorsäulen 5A, 5B innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses 1, 3 in die Wärmeleitschicht 4 eingebettet. Zwecks Ersparnis des die Wärmeleitschicht 4 bildenden Werkstoffes entsteht ein Hohlraum, welcher als Druckentlastungskanal 15 dient. Im etwaigen Störungsfall des Überspannungsabieiters kann das durch ein Plasma sich bildende Gas durch den Druckentlastungskanal 15 nach Durchbrechen der Berstscheibe 11 in den Druckentlastungsbehälter 2 kommutiert werden. Der Druckentlastungsbehälter ist in Fig. 3 nur teilweise dargestellt. Sein Volumen ist jedoch derart bemessen, dass auch grosse Gasmengen aufgenommen werden, d.h. es ist mindestens gleich gross gewählt wie das Innenvolumen des Isoliergehäuses 1,3. Mit der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsart des erfindungsgemässen Überspannungsabieiters wird kein Gas in dessen nähere Umgebung kommutiert, so dass eine Unfallgefahr sowie eine Zerstörung oder Beschädigung der in unmittelbarer Nähe des Überspannungsabieiters sich befindenden stossempfindlichen elektrischen Apparate mit Sicherheit ausgeschlossen ist. In the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, two varistor columns 5A, 5B are embedded in the heat-conducting layer 4 within the cavity of the insulating housing 1, 3. In order to save the material forming the heat-conducting layer 4, a cavity is created which serves as a pressure relief duct 15. In the event of a fault in the surge arrester, the gas formed by a plasma can be commutated through the pressure relief duct 15 after breaking through the rupture disk 11 into the pressure relief container 2. The pressure relief container is only partially shown in FIG. 3. However, its volume is dimensioned in such a way that even large quantities of gas are absorbed, i.e. it is chosen to be at least as large as the inner volume of the insulating housing 1.3. With the embodiment of the surge arrester according to the invention shown in FIGS. 3 and 4, no gas is commutated in its immediate vicinity, so that a risk of accident and destruction or damage to the shock-sensitive electrical apparatuses located in the immediate vicinity of the surge arrester are excluded with certainty.

Es können auch mehr als zwei Varistorsäulen 5A, 5B innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses 1, 3 angeordnet sein. More than two varistor columns 5A, 5B can also be arranged within the cavity of the insulating housing 1, 3.

Anstelle eines elastischen formstabilen Isoliergehäuses kann beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 selbstverständlich auch ein Porzellangehäuse verwendet werden. Es ist dann vorteilhaft, die Innenwandung des Porzellangehäuses vollständig mit der Wärmeleitschicht 4 zu bedecken, da dann nämlich im Störfall durch die Plasmabildung lokal entstehende Wärme nicht unmittelbar auf das Porzellangehäuse einwirken kann. Die Wärmeleitschicht 4 erfüllt dann die Funktion eines Wärmeschutzschildes. Instead of an elastic, dimensionally stable insulating housing, a porcelain housing can of course also be used in the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4. It is then advantageous to completely cover the inner wall of the porcelain housing with the heat-conducting layer 4, because then in the event of a malfunction, locally generated heat cannot act directly on the porcelain housing. The heat-conducting layer 4 then fulfills the function of a heat shield.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Electrical surge arrester with at least one disk-shaped varistor (5), which is in electrical connection within a hollow insulating housing (1, 3) via its two end faces with end connections and with a heat-conducting layer (4) made of an elastic, heat-conducting material, which is arranged at least in sections between the varistor (5) and the inner wall of the insulating housing (1, 3), characterized in that the insulating housing (1, 3) is a composite body which has at least two materials, an inner part (3) of the Insulating housing (1,3) made of an elastic and dimensionally stable material and an outer part (1) made of an elastic and electrically insulating material that the varistor (5) together with the heat-conducting layer (4) covers the entire cavity of the insulating housing (1,3) fills out that the insulating housing (1, 3) is hermetically sealed on both ends and that the insulating housing use (1, 3) is formed in one piece and has a plurality of screens (1 ') on its outside.

2. Electrical surge arrester with at least one disk-shaped varistor (5), which is in electrical connection within a hollow insulating housing (1, 3) via its two end faces with end connections, with a heat-conducting layer (4) made of an elastic, heat-conducting material between the Varistor (5) and the inner wall of the insulating housing (1, 3) and with a pressure relief channel (15) which is provided between the at least one varistor (5) and the insulating housing (1, 3) and which extends from one end of the varistor ( 5) extends to its other end, characterized in that the pressure relief channel (15) opens into at least one end of the insulating housing (1, 3) in a pressure relief container (2) and that the insulating housing (1, 3) is formed in one piece and on has several screens on its outside.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Surge arrester according to claim 1, characterized in that a pressure relief container (2) is connected to at least one end of the insulating housing (1, 3).

4. Surge arrester according to claim 1, characterized in that the inner part (3) of the insulating housing (1, 3) from a plastic tube, in particular from a glass fiber reinforced plastic tube, and that the outer part (1) of the insulating housing (1,3) an elastic plastic coating, in particular made of a silicone elastomer.

5. surge arrester according to claim 2, characterized in that between the pressure relief channel (15) of the insulating housing (1, 3) and the pressure relief container (2) at least one rupture disc (11) is arranged.

6. Surge arrester according to claim 2, characterized in that the pressure relief container (2) is arranged substantially below the insulating housing (1, 3).

7. surge arrester according to one of claims 2 or 3, characterized in that the volume of the pressure relief container (2) is selected at least as large as the inner volume of the insulating housing (1, 3).

8. Surge arrester according to claim 1, characterized in that at least two varistor columns (5A, 5B) are arranged within the insulating housing (1,3).

9. surge arrester according to claim 2, characterized in that within the insulating housing (1, 3) at least two varistor columns (5A, 5B) are arranged, and that the pressure relief channel (15) extends in sections from the varistor surface to the heat-conducting layer (4).

10. Surge arrester according to claim 2, characterized in that the insulating housing (1,3) consists of porcelain and is completely covered on the inner wall with the heat-conducting layer (4).