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Die Erfindung betrifft eine lichtbogenabweisende Schutzarmatur für
Isolatoren, insbesondere für Isolatorenketten, die mit ihrem einen Ende an der Traverse
eines Trag- oder Abspannmastes aufgehängt und mit ihrem anderen Ende mit einem Freileitungsseil
einer Hochspannungsleitung verbunden sind, wobei im Falle eines Lichtbogenüberschlages
die traversenseitig angeordneten Lichtbogenschutzarmaturen mit einem seilseitig
angeordneten Lichtbogenschutzring bzw. einem nach einmaliger Einstellung festgestellten
Abbrandhorn zusammenwirken.
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Isolatorenketten vonHochspannungs-Freileitungen mit Betriebsspannungen
von 220 kV aufwärts sind im allgemeinen auf der Seilseite mit aus Rohr oder Profil
gefertigten Schutzringen ausgerüstet. Sie haben die Aufgabe, die Spannungsverteilung
längs der Kette zu verbessern, frühzeitigen Glimmeinsatz zu vermeiden sowie im Falle
eines überschlages den Lichtbogen zu übernehmen und vom Porzellan fernzuhalten.
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Versuche haben jedoch gezeigt, daß Schutzringe - im Gegensatz zu den
traversenseitig verwendeten, aus Rundstahl gefertigten Schutzarmaturen - bei hohen
Stromstärken und langen Belastungszeiten (z. B. 30 kA während 1 sec) keinen genügenden
Schutz gegen Porzellanschäden bieten.
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Die gute Schutzwirkung der strebenförmigen Schutzarmaturen beruht
auf der einwandfreien Stabilisierung der Lichtbogensäule in Fußpunktnähe. Bekanntlich
will der Lichtbogen - bedingt durch elektrodynamische Kraftwirkungen - in Verlängerung
des Abbrandhornes brennen. Voraussetzung für diese wünschenswerte Lichtbogenstabilisierung
ist also ein langes, möglichst schlankes Abbrandhorn.
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Bei Lichtbogenschutzringen ist mit Rücksicht auf die Vielseitigkeit
der Wirkungsweise die Verwendung derartiger Abbrandhörner nicht ohne weiteres möglich.
Zwar würde die Lichtbogenbeeinflussung hinsichtlich eines guten Isolatorenschutzes
wesentlich verbessert, dagegen würden die Spannungsverteilung längs der Kette, die
Glimmeinsatzspannung und die überschIagswerte im negativen Sinne beeinflußt.
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Es ist bereits bekannt (deutsche Patentschrift 416 446), an Isolatorenketten
zum Führen eines Lichtbogens Abbrandhörner oder Schutzringe anzuordnen, die verstellbar
sind. Die Abbrandhörner sind in einem Gelenk drehbar befestigt oder in ihrer Länge
verschiebbar, wenn das letzte Ende des Hornes als gerades Rohr ausgebildet ist.
Hierbei werden die Hornenden in. . den:. geraden Rohrstücken nach einmaliger Einstellung
mit Schrauben wieder festgelegt. Dadurch kann aber lediglich die überschlagsentfernung
zwischen den Abbrandhörnern eingestellt werden.
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Der Erfindung= hegt"4e-;Aufgabe. zugrunde, =eine für den Normalbetrieb
glimmfreie Schutzarmatur zu schaffen, die bei Lichtbogenüberschlag eine einwandfreie
Lichtbogenführung und eine stabile BrennpunktIage für den Lichtbogen ergibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schutzring
mit einem sich beim Lichtbogenüberschlag selbsttätig einstellenden, beweglichen
Abbrandhorn ausgerüstet ist, das bei Normalbetrieb in einer sich im Feldschatten
befindenden und in bezug auf den Glimmeinsatz unwirksamen Normalstellung, in der
es durch eine Sperrvorrichtung bzw. durch seine Schwerpunktlage gehalten ist, angeordnet
ist und das beim Lichtbogenüberschlag eine aus dieser Normalstellung durch eine
durch den Strom des Lichtbogens auslösende oder bewirkende Bewegung des Abbrandhornes
selbsttätig eine Endstellung einnimmt, in der es feldseitig über den Schutzring
hinausragt und bei der von seinem Ende der Lichtbogen abbrennt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Abbrandhorn zwischen den Enden
eines offenen Schutzringes in einer Radialebene schwenkbar gelagert und an dieser
Stelle mit dem Schutzring nur mechanisch, nicht elektrisch leitend, verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist das
Abbrandhorn in seiner Normalstellung etwa parallel zu einer den Schutzring tragenden
Strebe so angeordnet, daß der Strom das Abbrandhorn in entgegengesetzter Richtung
zur Strebe durchfließt.
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Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schutzarmatur besteht
darin, daß ein die Bewegung des Abbrandhornes tätigender Schwenkhebel, der mit dem
Zugglied und dem daumenförmigen Ansatz verbunden ist, in seiner Normalstellung etwa
parallel zur einspeisenden Strebe des Schutzringes so angeordnet ist, daß der Strom
den Schwenkhebel in entgegengesetzter Richtung zur Strebe durchfließt.
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Es ist ferner Merkmal der Erfindung, daß das Abbrandhorn in seiner
Normalstellung durch einen im Stromkreis liegenden Arretierstift als Sperrvorrichtung
gehalten ist, der bei Erreichen einer bestimmten Stromstärke durchbrennt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung greift eine vorgespannte
Feder derart an einem kurzen Hebelarm des Abbrandhornes an, daß nach dem Durchbrennen
des Arretierstiftes ein beschleunigtes Ausschwenken des Abbrandhornes in die Endstellung
erfolgt.
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Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß das Abbrandhorn
teleskopartig über den Schutzring hinaus ausfahrbar ist, daß unterhalb des als Kolbenstange
ausgebildeten Abbrandhornes, dessen Kolben in einem gasdichten Rohr gleitet, ein
chemisches Treibmittel angeordnet ist und daß ein Teilstrom, der beim Lichtbogenüberschlag
parallel zur einspeisenden Strebe fließt, dieses Treibmittel zündet, so daß das
Abbrandhorn über den Schutzring hinaus ausfährt, und daß das Rohr und das Abbrandhorn
in seiner ausgefahrenen Stellung durch Keilwirkung selbsthemmend untereinander verbunden
sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Sämtliche Figuren zeigen den unteren
Teil einer Hängekette mit der dazugehörigen Lichtbogenschutzarmatur.
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F i g.1 enthält die. Sicherung des herausschwenkbaren Abbrandhornes
durch einen Arretierstift in einem Längsschnitt; -F i g. 2 zeigt den hierzu gehörenden
Querschnitt; in F i g. 3 wird der Schwenkvorgang durch eine vorgespannte Schraubenfeder
unterstützt. Die Darstellung entspricht F i g. 1; F i g. 4 zeigt eine Anordnung
mit einem abgeänderten Stromverlauf in einem Längsschnitt entsprechend F i g.1;
F i g. 5 zeigt den Längsschnitt einer Anordnung, bei der das Abbrandhorn durch ein
Treibmittel bewegt wird.
In F i g. 1 ist ein stromführendes Seil
1 mit Hilfe einer Hängeklemme 2 und eines Klöppels 3 an einer Kappe 4 der Isolatorenkette
5 angeschlossen. An den Klöppel 3 ist in üblicher Weise eine abgewinkelte Strebe
6 biegesteif angeschlossen, die an ihrem anderen Ende - ebenfalls biegesteif - einen
Schutzring 7 trägt. Der Schutzring 7 ist an dieser Stelle durch eine Isolierung
elektrisch offen, auch ist die Strebe 6 nur mechanisch, nicht elektrisch, mit dem
Schutzring 7 verbunden. Die Isolierung zwischen Strebe 6 und Schutzring 7 ist in
der F i g. 2 mit 16 bezeichnet.
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An der seiner Unterbrechung gegenüberliegenden Seite des Schutzringes
ist ein stabförmiger Leiter 8 elektrisch leitend und biegesteif angeschlossen. Dieser
Stab 8 ist ähnlich wie die Strebe 6 vom Schutzring 7 aus schräg nach unten gerichtet
und im stumpfen Winkel abgebogen, so daß sein Ende das äußere Ende des schwenkbaren
Abbrandhornes 9 in dessen Normalstellung berührt. Der abgewinkelte Teil des Stabes
8 ist im mittleren Bereich bogenförmig um die Kappe 4 herumgeführt. Das schwenkbare
Abbrandhorn 9 wird am stabförmigen Leiter 8, der die Strebe 6 nicht berührt, durch
den Arretierstift 10 gehalten. Dieser Stift ist so dimensioniert, daß er bei einem
Stromdurchgang von bestimmter Größe durchbrennt.
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Die Funktion dieser Anordnung ist folgende: Wenn ein Lichtbogen auf
dem Schutzring 7 entsteht, nimmt der zur Einspeisung erforderliche Strom dann seinen
Weg über Strebe 6, Abbrandhorn 9, Arretierstift 10, Stab 8 zum Schutzring 7. Bei
Erreichung einer bestimmten Stromstärke brennt der Arretierstift 10 durch. Die zwischen
Strebe 6 und Abbrandhorn 9 wirksamen elektrodynamischen Kräfte schwenken dann das
Abbrandhorn 9 aus bis etwa in die Stellung 9a, bei der der Lichtbogen vom Ende des
Abbrandhornes aus stetig brennt.
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Für die Dauer des Ausschwenkens besteht zwischen den Enden des Stabes
8 und des Abbrandhornes 9 ein Lichtbogen, der jedoch verlischt, sobald der Hauptlichtbogen
das ausgeschwenkte Abbrandhorn 9 erreicht. Dieser Teillichtbogen unterstützt das
Hochschwenken des Abbrandhornes 9.
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F i g. 3 zeigt im Prinzip die gleiche Anordnung, jedoch wird das Ausschwenken
des Abbrandhornes 9 durch die vorgespannte Feder 11 beschleunigt.
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In F i g. 4 wird das Abbrandhorn 9, welches schwenkbar und nichtleitend
mit dem Ring 7 verbunden ist, durch die Schwerkraft in senkrechter Lagegehalten
und ist nicht der einspeisenlen StrelelC -.. benachbart. Diese liegt vielmehr dem
Abbrandhorn 9 gegenüber und ist mit dem Schutzring 7 an der seiner Unterbrechung
gegenüberliegenden Stelle 12 leitend verbunden. Dort ist ein Schwenkhebel
13
an der einspeisenden Strebe 6 leitend angebracht, der sich mit seinem freien
Ende - durch die Auflage 14 isoliert - gegen die Strebe 6 legt. Das
freie Ende des Schwenkhebels 13 ist mit einem daumenförmigen Ansatz 9 b des Abbrandhornes
9 leitend durch das Zugglied 15 verbunden.
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Bildet sich ein Lichtbogen auf dem Schutzring 7, so wird dieser infolge
der einseitigen Einspeisung bestrebt sein, auf den Daumen 9 b überzuspringen. Dort
wird er durch Strom gespeist, der über die Strebe 6, den Schwenkhebel 13 und Zugglied
15 zum Ansatz 9 b gelangt. Durch die elektrodynamische Wirkung dieses Stromes wird
der Schwenkhebel 13
von der Strebe 6 weg bewegt. Das Abbrandhorn wird durch
den Zug des Zuggliedes 15 aufwärts geschwenkt, der Lichtbogen geht auf das Abbrandhorn
9 über und brennt weiter von der Spitze des herausgeschwenkten Abbrandhornes aus.
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Die Anordnung gemäß F i g. 5 unterscheidet sich von den bisherigen
durch ein teleskopartig ausfahrbares Abbrandhorn an Stelle des ausschwenkbaren Abbrandhornes.
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Die den Klöppel 3 und den Schutzring 7 biegesteif und elektrisch leitend
verbindende Strebe 6 ist in ihrem unteren Abschnitt, der parallel zur Schutzringmittelebene
verläuft, ein Stück über die Verbindungsstelle mit dem Klöppel hinaus verlängert
und in Richtung auf die der Verbindung des Schutzringes 7 mit der Strebe 6 gegenüberliegende
Stelle des Schutzringes abgebogen. Dieser abgebogene Teil 6a der Strebe ist leitend
mit einem auf seinem Ende aufgesetzten Rohr 17 verbunden, in dessen Innerem ein
stabförmiges Abbrandhorn - in Längsrichtung leicht verschiebbar - angeordnet ist.
Das Abbrandhorn besteht aus einer Kolbenstange 9 c und einem sich konisch anschließenden
Kolben 9d, dessen Durchmesser der lichten Weite des Rohres 17 entspricht.
Das obere Ende des Rohres 17 weist eine konische Verengung auf, die dem Durchmesser
der Kolbenstange 9 entspricht.
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Zwischen dem Kolben 9 d und dem Ende der Strebe ist innerhalb des
Rohres 17 ein Treibmittelsatz 18 mit einem Glühzünder angeordnet, der zur einspeisenden
Strebe elektrisch parallel geschaltet ist, indem die aus dem Rohr 17 herausgeführten
Zündleitungen 19 und 20 mit zwei möglichst entfernt voneinander liegenden
Stellen der Strebe 6 bzw. 6 a leitend verbunden sind. In seiner Normalstellung nimmt
das Abbrandhorn im Feldschatten eine Lage ein, bei der der Kolben 9 d dicht über
dem Treibmittelsatz 18 liegt und das schlanke Ende etwa mit dem oberen Rohrende
abschließt. Weder das gegen den Schutzring 7 elektrisch isolierte Rohr
17
noch das in Normalstellung befindliche Abbrandhorn überragen die Konturen
des Schutzringes 7 nach oben. Eine Schutzkappe 21, die beispielsweise aus dünnem
Kunststoff bestehen kann, schließt die obere Rohröffnung ab und verhindert das Eindringen
von Feuchtigkeit.
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Sobald von dem Schutzring 7 aus ein Lichtbogen brennt, wird die einspeisende
Strebe 6 von. einem elektrischen Strom durchflossen. Ein Teilstrom fließt dabei
durch den parallelgeschalteten Glühzünder, der- den Treibmittelsatz 18 zum Ansprechen
bringt. Das Treibmittel stößt den Kolben 9 d vor sich her, die Spitze der Kolbenstange
9 c durchdringt die Schutzkappe am oberen Ende des Rohres 17. Die Bewegung des Abbrandhornes
wird begrenzt durch die konische Verengung des Rohres 17, wobei das Abbrandhorn
und das Rohr 17 durch Reibung kraftschlüssig arretiert und gleichzeitig elektrisch
gut leitend verbunden sind. In seiner oberen Endstellung überragt die Spitze des
Abbrandhornes die Konturen des Schutzringes 7.
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Eine kleine Bohrung 17a im oberen Bereich des Rohres 17, die gegen
Feuchtigkeitszutritt abgedeckt sein kann, ermöglicht einen Druckausgleich. Nach
dem Ausfahren des Abbrandhornes 9 c brennt der Lichtbogen von der Spitze des Abbrandhomes
bis zum Verlöschen weiter.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen insbesondere darin, daß die Schutzarmatur im Normalbetrieb glimmfrei ist
und bei Lichtbogenüberschlag infolge des die Überschlagstrecke selbsttätig verkürzenden
Abbrandhornes eine einwandfreie Lichtbogenführung und eine stabile Brennpunktlage
für den Lichtbogen ergibt. Ein weiterer Vorteil der Schutzarmatur liegt darin, daß
die Endstellung des Abbrandhornes, in der es nach erfolgtem Lichtbogenüberschlag
über den Schutzring herausragt, vom Erdboden aus erkennbar ist, so daß die überschlagstelle
ohne Schwierigkeiten gefunden werden kann.