DE1515949C3 - Lichtbogenschutzeinrichtung für Porzellanisolatoren von Hochspannungsfreileitungen und -Stationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtbogenschutzeinrichtung für Porzellanisolaloren von Hochspannungsfreileitungen und -Stationen, bestehend aus einem Paar — vorzugsweise stabförmiger — Abbrandelektroden, die elektrisch leitend überbrückbar sind, wobei die zwischen den Elektroden vorgesehene Abbrandstrecke zu der sich etwa zwischen den Isolatorkappen bildenden Überschlagstrccke elektrisch parallel geschaltet ist und eine ausreichende Sicherheitsentfernung von den zu schützenden Isolatoren hat, und wobei an der einen der beiden Abbrandelektroden Mittel zur Herstellung einer elektrisch leitenden, relativ widerstandsarmen Verbindung zu der anderen der beiden Abbrandelektroden vorgesehen sind, die vom Strom eines zwischen den Isolatorkappen entstandenen Lichtbogens auslösbar sind und eine metallische Verbindung in Form eines die Schlagweite des PoiY.ellanisolators überbrückenden Metalldrahts herstellen.

Isolatoren von elektrischen Freileitungen und Stationen sind der Gefahr ausgesetzt, im Falle eines Überschlages durch den Lichtbogen beschädigt oder zerstört zu werden. Dies trifft im verstärkten Maße für Hoch- und Höchstspannungsanlagen zu, weil bei diesen einerseits die Sicherheit gegen Überspannungen mit Rücksicht auf die baulichen Abmessungen der Geräte und aus preislichen Gründen nicht beliebig hoch gewählt werden kann und andererseits sehr große Lichtbogenströme möglich sind.

Um die Gefahr der Beschädigung durch den Lichtbogen zu mindern, werden Schutzeinrichtungen in

ίο Form von Ringen, Hornkreuzen, Hornringen, Spiralarmaturen usw. eingebaut, welche die Aufgabe' haben, den zunächst auf den Isolatorkappen brennenden Lichtbogen zu übernehmen und ihn vom Porzellan fortzulenken. Da die Schutzeinrichtungen nur begrenzte Abmessungen haben können, verhindern sie nicht, daß der Lichtbogen in der Nähe seiner Fußpunkte verhältnismäßig dicht am Porzellan brennt. Bei sehr großen Lichtbogenströmen von beispielsweise 40 kA, wie sie in Höchstspannungsnetzen möglieh sind, können unter Umständen die bekannten Schutzeinrichtungen aus diesem Grund die Sicherheit für das Prozellan nicht mehr garantieren.

Ferner wurde bereits eine Lichtbogenschutzeinrichtung für Porzellanisolatoren von Hochspannungsfreileitungen und -Stationen, bestehend aus einem Paar — vorzugsweise stabförmiger — Abbrandelektroden, die elektrisch leitend überbrückbar sind, vorgeschlagen, wobei die zwischen den Elektroden vorgesehene Abbrandstrecke zu der sich etwa zwischen den Isolatorkappen bildenden Überschlagstrecke elektrisch parallel geschaltet ist und eine ausreichende Sicherheitsentfernung von den zu schützenden Isolatoren hat, und wobei an der einen der beiden Abbrandelektroden Mittel zur Herstellung einer elektrisch leitenden, relativ widerstandsarmen Verbindung zünder anderen der beiden Abbrandelektroden vorgesehen sind, die vom Strom eines zwischen den Isolatorkappen entstandenen Lichtbogens auslösbar sind. Hierbei handelt es sich um Kurzschließer für Hoch- und Höchstspannungsanlagen, die zur Überbrückung der Luftstrecke einen Metalldraht (USA.-Patentschrift. 3 179 851), einen leitenden Flüssigkeitsstrahl (österreichische Patentschrift 226 303) oder ein Plasma, welches durch ein chemisches Treibmittel unter Zusatz von Metallspänen erzeugt wird (österreichische Patentschrift 226 304) verwenden.

Bei der in der USA.-Patentschrift 3 179 851 offen

• barten Lichtbogenschutzeinrichtung handelt es sich um eine besondere Art von Schmelzsicherung, die mit Überspannungsableitern in Reihe geschaltet ist, weiche die Aufgabe haben, bei stoßartig auftretenden Überspannungen kurzzeitig große Stromstärken abzuführen, z. B. 5000 A über 50 us. Der durch die Betriebsspannung bedingte Reststrom wird vom Ableiter selbst gelöscht, so daß dieser dann wieder wie ein Isolator wirkt. Versagt jedoch die Löschung, so wird der Ableiter durch den Dauerstrom thermisch zerstört. Die Schutzeinrichtung nach der USA.-Patentschrift 3 179 851 soll dies verhindern. Dabei wird der Schmelzleiter durch den Dauerstrom verdampft und durch den im Gehäuse der Schutzeinrichtung entstehenden Dampfdruck wird eine Gehäusekappe abgeworfen und ein ionisierter Gasstrahl parallel zum Ableiter geblasen. Dadurch soll außerhalb des Ableiters ein Lichtbogen gezündet werden, der den Strom im Ableiter zu Null werden läßt und den Ableiter somit vor der Zerstörung bewahrt. Dieser Vorgang kann noch dadurch unterstützt werden, daß die

abwerfbare Gehäusekappe noch einen metallischen Leiter in Form eines kräftigen Metallseiles enthält, welches sie beim Abwurf parallel zum Ableiter zieht, so daß es eine solide metallische Verbindung herstellt, aber nicht als Zünddraht wirkt. Das Ansprechen dieser bekannten Schutzeinrichtung soll in jedem Falle verzögert erfolgen, also nur dann, wenn der zu schützende Überspannungsableiter versagt, wobei das Produkt aus dem Quadrat des Stromes und der Zeit das Auslösekriterium ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogenschutzeinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die unverzögert anspricht und selbst bei sehr großem Lichtbogenstrom einen wirksamen Schutz für das Porzellan gewährleistet und außerdem den bedeutenden Vorteil hat, daß die Leitfähigkeit und vor allen Dingen die Wärmekapazität des kurzschließenden Elementes genau definiert werden können. Hierdurch wird nicht nur die Anordnung selbst verbessert, sondern auch die Einsatzmöglichkeit stark erweitert, weil es dann möglich ist, auch weit entfernt vom Kurzschließer entstehende Lichtbogen zu überbrücken und zum Verlöschen zu bringen. Der Kurzschließer braucht also nicht in unmittelbarer Nähe des zu schützenden Gerätes zu stehen. Es ist vielmehr möglich, ganze Anlagegruppen, z. B. eine Freileitung, zu überwachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mittel zur Herstellung der leitenden Verbindung aus einem, einen dünnen Metalldraht in Richtung der Gegenelektrode schießenden chemischen oder mechanischen Treibmittel und aus einer das Treibmittel auslösenden elektrischen Vorrichtung bestehen, wobei die erforderliche Spannung über ein Leitungspaar am Strompfad des Lichtbogens abgreifbar ist.

Die Zündung bzw. Auslösung des Treibmittels kann mittelbar oder unmittelbar durch den Lichtbogenstrom erfolgen. Um den Stromübergang auf den Draht mit Sicherheit zu erreichen, ist sein Querschnitt so gewählt, daß der Spannungsunterschied am Draht bei gleicher Stromstärke kleiner ist, als am brennenden Lichtbogen. Das ist noch bei sehr kleinen Drahtstärken, z. B. bei 0,5 mm Durchmesser der Fall.

Damit wird erreicht, daß der Lichtbogen an der Isolatorkette erlischt und nach dem Verdampfen des Metalldrahtes zwischen dem Abbrandelektrodenpaar brennt. Vor allem wird eine wesentliche Verbesserung dadurch erreicht, daß durch die Verwendung eines dünnen Metalldrahtes als überbrückendes Element auch über verhältnismäßig große Elektrodenabstände sehr niederohmige, definierte und einstellbare Widerstände erreicht werden können. Durch Kleinhalten der bewegten Massen lassen sich extrem kurze Überbrückungszeiten erzielen, was dadurch noch begünstigt wird, daß die Auslösung unmittelbar durch den Kurzschlußstrom selbst erfolgt.

Zweckmäßigerweise wird man die gegebenenfalls mit einer Auffangvorrichtung ausgerüstete Gegenelektrode senkrecht unterhalb der den Draht ausschießenden Elektrode anordnen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die Treibvorrichtung für den Metalldraht, es ist ein chemisches Treibmittel (Pulverpatrone) dargestellt,

F i g. 2 eine Lichtbogenschutzeinrichtung an einem Tragmast einer Freileitung,

Fig. 3 eine entsprechende Einrichtung für eine Höchstspannungsaufhängung,

F i g. 4 eine Anwendung für Stützisolatoren.

In F i g. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 das Oberteil der mit einer Treibvorrichtung ausgerüsteten Elektrode eines Abbrandelektrodenpaares bezeichnet. An dem Oberteil 1 ist eine zylindrische Hülse 2 angeschraubt, die in der Nähe ihres freien Endes 2 a konisch eingezogen ist. In dieser Hülse 2 ist längsbeweglich, aber gegen Herabfallen gehalten, ein Kolben 3 angeordnet, der in einer Bohrung 4 einen aufgespulten Metalldraht 5 enthält, der an dem Ende 5 a mit dem Boden der Bohrung 4 und an seinem Ende 5 b mit einem Deckelstück 6 verbunden ist, das an seinem freien Ende 6 a spitz zuläuft. Das Oberteil der Elektrode ist mit einer Bohrung 7 versehen, die mit einer aus einer Pulverpatrone bestehenden Treibladung gefüllt ist, die mit Hilfe eines Leitungspaares 8 von der später beschriebenen Abgriffstrecke U₂ (s. F i g. 2, 3, 4) her gezündet wird. Die Hülse 2 ist vollständig von einer Kunststoffhülse 9 umgeben, die diese wasser- und luftdicht umkleidet und die bewegliehen Teile 3, 4, 5, 6 in der Hülse 2 zusammenhalt. Beim Entstehen eines Zündstromes an der Abgriff-■ strecke U₂ wird über das Leitungspaar 8 die Treibladung in der Bohrung 7 gezündet, der Kolben 3 wird in seiner Gleitbahn nach vorn geschleudert, wobei die Spitze 6 α die Kunststoffhülse 9 durchdringt. Die Bewegung des Kolbens 3 wird in der konisch eingezogenen Stelle 2 α der Gleitbahn 2 aufgefangen, so daß der Kolben 3 zum Stillstand kommt. Das Deckelstück 6 bewegt sich infolge der ihm erteilten kinetisehen Energie weiter und zieht dabei den aufgespulten Metalldraht 5 aus, bis die (hier nicht dargestellte) Gegenelektrode erreicht ist. Diese kann in verschiedener Form gestaltet sein. Die Strecke zwischen den Elektroden wird auf diese Art metallisch überbrückt.

Der Lichtbogen an der Isolatorkette erlischt und brennt nun auf der parallel zu den Isolatoren geschalteten Abbrandstrecke bis zum Erlöschen, ohne daß dabei die Isolatorkette gefährdet wird.

In F i g. 2 ist ein üblicher Hochspannungsmast 10 mit mehreren Traversen dargestellt. Zur Vereinfachung ist nur die obere Traverse 11 mit einer Vierer-Bündelleitung 12 und einer Einf ach-Isolator-Kette .13 ausgestattet. Die Bündelleitung 12 ist mit Hilfe eines Abstandhalters 14 aufgehängt. Die Isolatorkette 13 hat oben ein bekanntes Hornkreuz oder eine entsprechende Spiralarmatur 15 und unten eine Ringarmatur 16 mit der einspeisenden Strebe 16 a. An dieser befindet sich die Abgriff-Strecke U_z für die Zündspannung, die mit Hilfe des in F i g. 1 dargestellten Leitungspaares 8 zu der ebendort beschriebenen Treibvorrichtung 17 weitergeleitet wird. Nach erfolgter Zündung schleudert die Treibvorrichtung das Deckelstück 6 senkrecht nach unten, wo sich auf einer dort angeordneten Traverse 18 die mit der Erde verbundene Gegenelektrode 19 befindet.

Diese ist von einer leitenden Schale 20 umgeben, die bei etwaiger Bahnungenauigkeit das Deckelstück 6 auffängt, so daß unter allen Umständen eine metallische Verbindung bzw. Zündstrecke zwischen dem Elektrodenpaar 17 und 19 gebildet wird.

In F i g. 3 ist eine Anordnung dargestellt, wie sie für Höchstspannungsleitungen benutzt werden kann. Bei diesen ist die an sich bekannte Dreiecksanord-

nung der Isolatoren zweckmäßig. An der Traverse 21 sind Isolatorketten 22 aufgehängt, die an einem Abstandhalter 23 V-förmig zusammenlaufen, an dem die Bündelleitung 24 befestigt ist. Die Isolatoren sind an ihren Enden mit Schutzringen 25 und 26, z. B. Hornringen oder ähnlichen Armaturen, versehen. An der Traverse 21 ist in der Mitte zwischen den Aufhängepunkten für die Isolatoren die in Fi g. 1 beschriebene Elektrode mit Treibvorrichtung, hier mit dem Bezugszeichen 27 versehen, angeordnet. Für diese wird außerhalb der Dreiecksaufhängung für die Isolatoren die Zündspannung an der Strecke U₂ abgegriffen und mit Hilfe des Leitungspaares 8 weitergeleitet. Die Gegenelektrode 28 ist am Abstandhalter 23 angebracht. Sie kann mit einer Auffangschale oder gleichwertigen Einrichtungen versehen sein.

F i g. 4 zeigt die Anordnung an einem Stützisolator (z. B. einem Wandler). An dem zum Stützisolator 30 führenden Leiter 31 ist ein Abgriff für die Zündspannung U₂ vorgesehen. Von hier aus führen die Zuleitungen 8 zu einer Elektrode 32 mit Treibvorrichtung, ίο Eine entsprechende senkrecht darunter angeordnete Gegenelektrode 33 ist mit der ableitenden Erde verbunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Lichtbogenschutzeinrichtung für Porzellanisolatoren von Hochspannungsfreileitungen und -Stationen, bestehend aus einem Paar — vorzugsweise stabförmiger — Abbrandelektroden, die elektrisch leitend überbrückbar sind, wobei die zwischen den Elektroden vorgesehene Abbrandstrecke zu der sich etwa zwischen den Isolatorkappen bildenden Überschlagstrecke elektrisch parallel geschaltet ist und eine ausreichende Sicherheitsentfernung von den zu schützenden Isolatoren hat, und wobei an der einen der beiden Abbrandelektroden Mittel zur Herstellung einer elektrisch leitenden, relativ widerstandsarmen Verbindung zu der anderen der beiden Abbrandelektroden vorgesehen sind, die vom Strom eines zwischen den Isolatorkappen entstandenen Lichtbogens auslösbar sind und eine metallische Verbindung in Form eines die Schlagweite des Porzellanisolators überbrückenden Metalldrahts her^ stellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Herstellung der leitenden Verbindung aus _einem einen dünnen Metalldraht (5) in Richtung der Gegenelektrode (19, 28, 33) schießenden chemischen oder mechanischen Treibmittel (7) und aus einer das Treibmittel auslösenden elektronischen Vorrichtung (8) bestehen, wobei die erforderliche Spannung über ein Leitungspaar am Strompfad des Lichtbogens abgreifbar ist.

2. Lichtbogenschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung, bzw. Auslösung, des Treibmittels (7) unmittelbar oder mittelbar durch den Lichtbogenstrom erfolgt.

3. Lichtbogenschutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannlingsunterschied am Metalldraht bei gleicher Stromstärke kleiner ist, als am brennenden Lichtbogen.