DE1187307B

DE1187307B - Surge arresters

Info

Publication number: DE1187307B
Application number: DEW27888A
Authority: DE
Inventors: Robert T Innis
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1959-07-22
Filing date: 1960-05-19
Publication date: 1965-02-18

Description

Überspannungsableiter Die Erfindung befaßt sich mit überspannungsableitern. Aufgabe der Erfindung ist es, das Zerplatzen oder Explodieren von überspannungsableitern bei einem Versagen des Ableiters zu verhindern.Surge arresters The invention is concerned with surge arresters. The object of the invention is to prevent surge arresters from bursting or exploding to prevent in the event of a failure of the arrester.

Überspannungsableiter mit spannungsabhängigen Widerständen bestehen im wesentlichen aus einer Anzahl Funkenstrecken und Widerstandsscheiben, die, in Reihe geschaltet, in einem Gehäuse untergebracht sind. Die Funkenstrecken trennen normalerweise den Ableiter von der Leitung, an die er angeschlossen ist. Bei einer Überspannung, z. B. durch Gewitter ausgelöste überspannungswellen, werden die Funkenstrecken gezündet, so daß die überspannung über die Widerstandsscheiben nach Erde abgeleitet wird. Die Widerstandsscheiben haben bei der Beanspruchung durch Spannungswellen nur einen geringen Widerstand. Nach dem Ableiten der Spannungswelle verringern die Widerstandsscheiben infolge ihrer Ventileigenschaften den Strom auf einen kleinen Wert, der durch die in Reihe liegenden Funkenstrecken leicht unterbrochen werden kann.Surge arresters with voltage-dependent resistors exist essentially of a number of spark gaps and resistance disks, which, in Connected in series, housed in a housing. Separate the spark gaps usually the arrester from the line to which it is connected. At a Overvoltage, e.g. B. surge waves triggered by thunderstorms, the spark gaps ignited, so that the overvoltage is diverted to earth via the resistance disks will. The resistance disks have when subjected to stress waves only a slight resistance. After the stress wave has been dissipated, the Due to their valve properties, resistance disks reduce the current to a small extent Value that can be easily interrupted by the spark gaps lying in series can.

Bei der normalen Wirkungsweise eines überspannungsäbleiters der vorgenannten Art wird kein Gas erzeugt, und das Gehäuse kann deshalb dicht abgeschlossen werden, um Feuchtigkeit auszuschließen, die einen sehr schädlichen Einfluß auf die elektrischen Eingenschaften der Widerstandsscheiben und der Funkenstrecken ausübt. Wenn der Überspannungsableiter den Folgestrom dagegen aus irgendeinem Grund nicht unterbricht, verlieren die Widerstandsscheiben ihre Ventileigenschaft, so daß der volle Kurzschlußstrom des Netzes, an das der Ableiter angeschlossen ist, über den Ableiter nach Erde fließt. Daraus ergeben sich eine übermäßige Erhitzung und ein Verbrennen sowie Überschläge an den meisten Elementen des Ableiters. Durch diese Vorgänge wird eine große Menge Gas entwickelt, das auf hohe Temperaturen erhitzt ist. Sofern das Gehäuse bei den bisher üblichen Bauformen dicht abgeschlossen ist, ergibt sich schnell ein sehr hoher Gasdruck bei einem Versagen des Ableiters. Dieser hohe Gasdruck kann dazu führen, daß das Porzellangehäuse zerbricht oder zersplittert, häufig mit explosiver Gewalt, so daß Teile des Gehäuses mit großer Wucht umhergeschleudert werden. Durch diese Teile werden benachbarte Geräte oder Personen, die sich in der Nähe befinden, gefährdet.In the normal mode of operation of a surge arrester of the aforementioned Art no gas is generated, and the housing can therefore be sealed tightly, to exclude moisture, which has a very harmful influence on the electrical Properties of the resistance disks and the spark gaps. When the surge arrester does not interrupt the follow current for any reason, the resistor disks lose their valve properties, so that the full short-circuit current of the network to which the Arrester is connected, flows through the arrester to earth. This results in excessive heating and burning, and flashovers on most elements of the arrester. A large amount of gas is generated by these processes is heated to high temperatures. Provided that the housing in the usual designs is tightly sealed, there is quickly a very high gas pressure in the event of a failure of the arrester. This high gas pressure can cause the porcelain housing to break or splintered, often with explosive force, so that parts of the housing with large Force to be thrown around. Through these parts, neighboring devices or People in the vicinity are at risk.

Gegenstand der Erfindung ist ein Überspannungsableiter mit einem insbesondere aus Porzellan bestehenden Isolierstoffgehäuse und metallischen Flanschen an Enden des Gehäuses, bei dem erfindungsgemäß im Ableiterstromkreis eine Löschrohrsicherung vorgesehen ist, die an dem einen Flansch angebracht ist und mit ihrem offenen Ende auf den anderen Flansch weist. Dadurch wird bei einem Versagen des Ableiters ein Überschlag außerhalb des Gehäuses eingeleitet. Der Fehlerstrom fließt dann außerhalb des Gehäuses, und die Gasentwicklung im Gehäuse kommt zum Stillstand, bevor ein für das Gehäuse gefährlicher Druck erreicht wird.The invention relates to a surge arrester with a particular made of porcelain insulated housing and metallic flanges at the ends of the housing, in which, according to the invention, an extinguishing pipe fuse in the arrester circuit is provided, which is attached to the one flange and with its open end points to the other flange. This means that if the arrester fails, a Flashover initiated outside the housing. The fault current then flows outside of the housing, and the development of gas in the housing comes to a standstill before a a pressure that is dangerous for the housing is reached.

Außerdem ist auf diese Weise dafür gesorgt, daß der Strom für den Fall, daß- der Folgestrom durch den Ableiter selbst nicht gelöscht wird, anderweitig unterbrochen wird, so daß eine Beschädigung der Innenteile des Ableiters vermieden wird. Die Ableiterteile sind mit einem schmelzbaren Teil elektrisch in Reihe geschaltet. Das schmelzbare Teil ist von einem Rohr aus gasabgebendem Stoff umgeben, das die heißen Gase längs des Ableiters außerhalb des Gehäuses führt. Dadurch wird ein überschlagspfad außerhalb des Gehäuses geschaffen und der Stromfluß im Inneren des Ableiters unterbrochen.In this way it is also ensured that the electricity for the If the follow-up current is not extinguished by the arrester itself, otherwise is interrupted so that damage to the internal parts of the arrester is avoided will. The arrester parts are electrically connected in series with a fusible part. The fusible part is surrounded by a tube made of a gas-emitting substance, which the leads to hot gases along the arrester outside the housing. This creates a rollover path Created outside the housing and interrupted the flow of current inside the arrester.

Es ist bereits bekannt, in Reihe mit einem Überspannungsableiter eine Schmelzsicherung vorzusehen, um den Überspannungsableiter vor Überlastung zu schützen. Die auf diese Weise erreichbare Schutzwirkung ist jedoch begrenzt. Es ist nämlich schwierig, den Schmelzdraht so zu bemessen, daß er einerseits die großen Ströme beim Ableitvorgang führen kann und andererseits bei einer Überlastung so schnell den Ableiterstromkreis unterbricht, daß keine gefährlichen Gasdrücke erreicht werden. Man hat sich deshalb dadurch zu helfen versucht, daß man zu der Schmelzsicherung einen Gasentladungsableiter parallel geschaltet hat, der bei großen Ableiterströmen die Stromleitung so weit übernehmen kann, daß die Schmelzsicherung nicht durchschmilzt. Dadurch wird aber die gesamte Anordnung kompliziert und teuer.It is already known to have one in series with a surge arrester Provide a fuse to protect the surge arrester from overload. However, the protective effect that can be achieved in this way is limited. Because it is difficult to dimension the fuse wire so that it on the one hand the large currents during the discharge process and, on the other hand, so quickly in the event of an overload interrupts the arrester circuit so that no dangerous gas pressures are reached. One has therefore tries to help oneself by going to the Fuse has a gas discharge arrester connected in parallel, which in the case of large Arrester currents can take over the power line so far that the fuse does not melt through. However, this makes the entire arrangement complicated and expensive.

Bei einem anderen Ableiter hat man eine Sicherung gegen überlastungen des Ableiters in der Weise ausgebildet, daß Drähte, die eine unter Federspannung stehende Anzeigevorrichtung zu halten haben, von einer leicht schmelzbaren Masse festgehalten werden. Die Masse soll bei der bei einer überlastung auftretenden Erwärmung des Ableiters flüssig werden und auslaufen und die Drähte freigeben. Dadurch soll eine Trennstrecke geschaffen werden. Da aber die Erwärmung der schmelzbaren Masse indirekt über die Erwärmung des Ableiters erfolgt, ist die bekannte Anordnung verhältnismäßig träge, so daß keine vollkommene Sicherheit gegen ein Zersprengen des Ableiters erreicht wird.Another arrester has a protection against overloads of the arrester designed in such a way that wires, one under spring tension have to hold a standing display device from an easily meltable mass be held. The mass should be heated in the event of an overload of the arrester become fluid and leak, exposing the wires. This is supposed to a separation distance can be created. But there is the heating of the meltable mass takes place indirectly via the heating of the arrester, the known arrangement is proportionate sluggish, so that no complete security against bursting of the arrester is achieved will.

Für große Betriebsspannungen werden Ableiter oft aus Teilableitern kleinerer Spannungsreihe zusammengesetzt. Gemäß einer Weiterbildung sind bei einem aus mehreren überspannungsableitereinheiten der eingangs beschriebenen Art zusammengesetzten Ableiter der einzelnen Ableitereinheiten durch Isoliersio$stückevoneinander getrennt und die jeweiligen Trennstellen durch Löschrohrsicherungen elektrisch überbrückt.For high operating voltages, arresters are often made up of partial arresters composed of a smaller voltage series. According to a further development are with one composed of several surge arrester units of the type described above Arresters of the individual arrester units separated from one another by insulating pieces and the respective separation points are electrically bridged by extinguishing pipe fuses.

Auch bei diesen Ableitern wird der Strom aus dem Gehäuse auf die Außenseite übergeleitet, falls ein Versagen des Ableiters vorliegt. Dadurch wird die Gasentwicklung im Gehäuse beendet.With these arresters, too, the current from the housing is transferred to the outside transferred if there is a failure of the arrester. This will cause gas evolution finished in the case.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar in F i g. 1 eine Seitenansicht eines überspannungsableiters nach der Erfindung; F i g. 2 ist ein Schaltbild der in F i g. 1 dargestellten Anordnung; F i g. 3 ist in vergrößertem Maßstab eine Ansicht des Oberteiles des Ableiters; dabei wird ein Teil im Schnitt gezeigt. Andere Teile sind herausgebrochen.Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawings shown, namely in F i g. 1 is a side view of a surge arrester according to the invention; F i g. FIG. 2 is a circuit diagram of the FIG. 1 shown arrangement; F i g. Figure 3 is an enlarged view of the top of the downcomer; a part is shown in section. Other parts have broken out.

Das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein Hochspannungsstationsableiter, der aus zwei Ableitereinheiten 12 besteht, die übereinandergestellt sind, so daß eine Säule 10 gebildet wird. Jeder Ableiter 12 ist in einem hohlen, im wesentlichen zylindrischen oder rohrförmigen Gehäuse 14 aus Porzellan oder einem anderen wetterfesten Isoliermaterial untergebracht, das eine hinreichende mechanische Festigkeit aufweist. Die rohrförmigen Gehäuse 14 sind an den Enden durch Metallgehäuse 15 abgeschlossen, die beispielsweise durch Zement bei 16 oder durch andere geeignete Mittel dicht aufgebracht sind.The embodiment shown in the drawings is a high-voltage station arrester, which consists of two arrester units 12 which are placed one above the other so that a column 10 is formed. Each arrester 12 is housed in a hollow, substantially cylindrical or tubular housing 14 made of porcelain or other weatherproof insulating material which has sufficient mechanical strength. The tubular housings 14 are closed at the ends by metal housings 15 which are sealed, for example, by cement at 16 or by other suitable means.

Jedes der Metallgehäuse 15 ist mit einem um den Rand verlaufenden Flansch 17 versehen, der Bohrungen 19 für die Aufnahme von Bolzen besitzt. Die Öffnungen 19 der Gehäuse 15 sind in bezug auf entsprechende Öffnungen 19 benachbarter Endgehäuse einer Ableitersäule ausgerichtet. In jeder Öffnung 19 ist ein Rohr 20 aus Isolierstoff untergebracht. Zwischen benachbarten Endgehäusen 15 sind im Bereich der Öffnungen 19 Isolierstoffscheiben 18 vorgesehen. An Stelle der dargestellten Isolierstoffscheiben können auch andere geeignete Mittel verwendet werden, um die benachbarten Einheiten 12 voneinander zu isolieren. Zum Beispiel kann ein am Umfang verlaufender Ring aus Isoliermaterial verwendet werden, der mit den Flanschen 17 übereinstimmt. In einem solchen Ring wären Löcher entsprechend den Bohrungen 19 vorzusehen. Die benachbarten Einheiten 12 sind durch Bolzen 21, die von den Öffnungen 19 aufgenommen werden, und durch Muttern 21a verbunden. Eine Endplatte 22, die als Gußteil ausgeführt ist, ist auf das obere Metallgehäuse 15 der oberen Einheit 12 aufgeschraubt. Die Endplatte 22 ist mit einer konkaven Oberfläche dargestellt. An der Endplatte 22 ist ein Anschlußstück 23 für die Anbringung an einer Leitung vorgesehen. Die Endplatte 22 ist vom Endgehäuse 15 der oberen Einheit 12 durch Isolierstoffrohre 20 und Scheiben 17 getrennt. Die Ausbildung dieser Isolation ist die gleiche wie die bei der Befestigung benachbarter Einheiten 12 aneinander. Die Endplatte 22 ist auf dem Endgehäuse 16 mit Hilfe von Bolzen 21 und Muttern 21a oder in anderer geeigneter Weise angebracht. Die Endplatte 22 kann gegenüber der oberen Einheit 12 auch in anderer Weise, z. B. durch einen am Umfang verlaufenden Isolierstoffring zwischen den Platten isoliert werden.Each of the metal housings 15 is provided with a flange 17 which runs around the edge and which has bores 19 for receiving bolts. The openings 19 of the housing 15 are aligned with respect to corresponding openings 19 in adjacent end housings of an arrester column. A tube 20 made of insulating material is accommodated in each opening 19. Between adjacent end housings 15, 19 insulating material disks 18 are provided in the area of the openings. Instead of the insulating disks shown, other suitable means can also be used to insulate the adjacent units 12 from one another. For example, a circumferential ring of insulating material that matches the flanges 17 can be used. Holes corresponding to the bores 19 would have to be provided in such a ring. The adjacent units 12 are connected by bolts 21 received in the openings 19 and nuts 21a. An end plate 22, which is designed as a cast part, is screwed onto the upper metal housing 15 of the upper unit 12 . The end plate 22 is shown with a concave surface. On the end plate 22 , a connection piece 23 is provided for attachment to a line. The end plate 22 is separated from the end housing 15 of the upper unit 12 by insulating pipes 20 and washers 17 . The formation of this insulation is the same as that used when fastening adjacent units 12 to one another. The end plate 22 is attached to the end housing 16 with the aid of bolts 21 and nuts 21 a or in another suitable manner. The end plate 22 can be compared to the upper unit 12 in other ways, for. B. be isolated by a circumferential insulating ring between the plates.

Als elektrische Verbindung zwischen der Endplatte 22 und dem oberen Endgehäuse 15 sowie zur Verbindung des unteren Endgehäuses 12 mit dem oberen Endgehäuse der unteren Einheit 12 dienen Löschrohrsicherungen 24. Eine solche Löschrohrsicherung besteht aus einem Schmelzleiter 27 und einem Löschrohr 29 aus geeignetem Material, wie z. B. Hornfieber oder mit Borsäure imprägniertem Asbest, das Gas entwickelt, wenn es den hohen Temperaturen des Lichtbogens ausgesetzt ist, wie sie beim Schmelzen des Schmelzleiters 27 entstehen. Die Strom-Zeit-Charakteristik des Schmelzleiters 27 ist so gewählt, daß der Schmelzleiter nicht bei kurzzeitigen Überströmen anspricht, wie sie sich bei einem normalen Betrieb des Ableiters ohne Versagen ergeben. Das Löschrohr 29 ist an einem Ende geschlossen und am anderen geöffnet, so daß die heißen ionisierten Gase, die entwickelt werden, aus dem offenen Ende des Rohres 27 ausgestoßen werden. Mit der Löschrohrsicherung 24 ist ein Anschlußstück 26 am geschlossenen Ende sowie ein Anschluß 28 am offenen Ende verbunden.Extinguishing tube fuses 24 serve as the electrical connection between the end plate 22 and the upper end housing 15 and for connecting the lower end housing 12 to the upper end housing of the lower unit 12. B. horn fever or asbestos impregnated with boric acid, the gas develops when it is exposed to the high temperatures of the arc, such as those created when the fuse element 27 melts. The current-time characteristic of the fusible conductor 27 is selected so that the fusible conductor does not respond to brief overcurrents, as would result from normal operation of the arrester without failure. The extinguishing tube 29 is closed at one end and open at the other so that the hot ionized gases that are evolved are expelled from the open end of the tube 27. With the extinguishing pipe fuse 24, a connection piece 26 is connected at the closed end and a connection 28 at the open end.

Die obere Löschrohrsicherung 24 ist mit ihrem Anschluß 26 zwischen die Endplatte 22 und eine der Isolierstoffscheiben 18 geführt. Die Zuführung 28 ist am Bolzen 21 in der Nähe des oberen Endgehäuses 15 angeschlossen. In ähnlicher Weise ist die untere Löschrohrsicherung 24, wie in F i g. 1 dargestellt ist, mit dem Anschluß 26 zwischen einer Isolierstoffscheibe 18 und dem unteren Gehäuse 15 der oberen Einheit 12 befestigt. Der Anschluß 28 ist durch einen Bolzen 21 mit dem oberen Endgehäuse 16 der unteren Ableitereinheit 12 verbunden. Die Löschrohre sind außerhalb des Ableitergehäuses mit ihrem offenen Ende nach unten weisend angeordnet. Sie verlaufen mit ihrer Längsachse etwa parallel zur Längsachse der Ableitereinheit, wobei die unteren Enden auf das Endgehäuse 15 gerichtet sind, das von dem Endgehäuse entfernt ist, an dem sie angeschlossen sind.The upper extinguishing pipe fuse 24 is guided with its connection 26 between the end plate 22 and one of the insulating disks 18. The feed 28 is connected to the bolt 21 in the vicinity of the upper end housing 15 . The lower extinguishing pipe fuse 24 is similar, as in FIG. 1, with the terminal 26 fixed between an insulating disk 18 and the lower housing 15 of the upper unit 12. The connection 28 is connected to the upper end housing 16 of the lower arrester unit 12 by a bolt 21. The extinguishing pipes are arranged outside the arrester housing with their open end pointing downwards. They run with their longitudinal axis approximately parallel to the longitudinal axis of the arrester unit, the lower ends being directed towards the end housing 15 which is remote from the end housing to which they are connected.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß ein Ableiter geschaffen wurde, bei dem zwei Ableitereinheiten zu einer Säule zusammengesetzt sind. Die Anschlußplatte 22 ist einerseits mit einer Leitung, andererseits mit der oberen Ableitereinheit über eine Löschrohrsicherung 24 verbunden. Die obere Einheit 12 steht mit der unteren Einheit 12 mit Hilfe einer Löschrohrsicherung 24 in Verbindung. Bei einem Schmelzen der Sicherungen 24 kann daher der Strom nicht durch das Innere der Ableiter fließen, da die Ableiter gegenüber der Leitung und untereinander durch die Isolierstoffscheiben 18 getrennt sind. Die Löschrohre sind so an dem Ableiter angebracht, daß ihre Öffnungen auf die gegenüberliegenden Flansche der Ableiterelemente weisen. Deshalb werden die beim Ansprechen der Sicherung durch den Lichtbogen hervorgerufenen heißen Gase gegen das entfernte Ende des Ableiters geblasen. Auf diese Weise wird außerhalb des Porzellangehäuses des Ableiters ein Lichtbogen von der Leitung nach Erde gebildet.From the foregoing it can be seen that an arrester has been created in which two arrester units are assembled to form a column. The connection plate 22 is connected on the one hand to a line and on the other hand to the upper arrester unit via an extinguishing pipe fuse 24. The upper unit 12 is connected to the lower unit 12 with the aid of an extinguishing pipe fuse 24. If the fuses 24 melt, the current cannot flow through the interior of the arresters, since the arresters are separated from the line and from one another by the insulating disks 18. The extinguishing pipes are attached to the arrester in such a way that their openings point towards the opposite flanges of the arrester elements. Therefore, the hot gases created by the arc when the fuse trips are blown against the distal end of the arrester. In this way, an arc is formed from the line to earth outside the porcelain housing of the arrester.

Bei den in der Erfindung beschriebenen Überspannungsableitern ergibt sich noch ein weiterer Vorteil. Falls Überströme einer vorgegebenen Zeitdauer fließen, spricht die Sicherung 26 an, obgleich kein Fehler in den Ableiterwiderständen oder Funkenstrecken vorliegt. Die Sicherungen dienen also als Schutz des Ableiters gegen Ausfälle, die auf lang anhaltenden Überstrom zurückzuführen sind. Deshalb werden die Sicherungen nicht nur Explosionen von solchen Ableitern vermeiden, die bereits versagt haben, sondern auch Ausfälle der Ableiter, die einem lang andauernden Überstrom ausgesetzt sind.In the case of the surge arresters described in the invention yet another benefit. If overcurrents flow for a specified period of time, the fuse 26 responds, although there is no fault in the arrester resistances or Spark gaps exist. The fuses thus serve to protect the arrester against Failures that can be traced back to prolonged overcurrent. Therefore be The fuses not only prevent explosions from such arresters that are already failed, but also failure of the arrester, which causes a long-lasting overcurrent are exposed.

Im Inneren der Isolatorsäule 14 sind, wie bei Ableitern üblich, Funkenstrecken 30 untergebracht, die mit Widerstandsscheiben 32 in Reihe geschaltet sind.As is customary with arresters, spark gaps are inside the insulator column 14 30 housed, which are connected in series with resistance disks 32.

Die Erfindung wurde unter Bezug auf eine Ableiteranordnung beschrieben, die aus einer einzigen, aus zwei Ableitereinheiten zusammengesetzten vertikalen Säule besteht. In Abweichung hiervon ist die Erfindung aber auch für Ableiteranordnungen mit mehreren nebeneinander angeordneten Säulen geeignet.The invention has been described with reference to an arrester arrangement, those made of a single vertical one composed of two arrester units Pillar consists. In a departure from this, however, the invention is also applicable to arrester arrangements suitable with several columns arranged next to one another.

Claims

Claims: 1. Surge arrester with a particular from Porcelain existing insulated housing and metallic flanges at the ends of the housing, thereby g e k e n n n -z e i c h n e t that one in the arrester circuit Extinguishing pipe fuse is provided, which is attached to one flange and with its open end faces the other flange.

2. Surge arrester after Claim 1, characterized in that the extinguishing pipe fuse on the upper flange is appropriate.

3. Surge arrester according to claim 2, characterized in that that the extinguishing pipe fuse is isolated from this one above the upper flange attached metal cap electrically connects to the flange.

4. From several surge arrester units A composite arrester according to claim 1, characterized in that the individual Arrester units are separated from one another by pieces of insulating material and the respective Separation points are electrically bridged by extinguishing pipe fuses. Into consideration printed publications: German Patent No. 933 824; German interpretation document No. 1050 880.