DE1932924C3 - Überspannungsableiter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter, insbesondere für Gleichstrom-Hochspannungssysteme mit einem zylindrischen abgedichteten Isoliergehäuse, in dem Funkenstreckenanordnungen und Spannungsabstufungswiderstände angeordnet sind, die den Funkenstreckenanordnungen parallel geschaltet sind.

Es ist bei Überspannungsableitem für Hochspannung allgemein üblich, den zwischen dem Hochspannungspol des Ableiters und dem Erdpotential auftretenden Spannungsabfall gleichförmig abzustufen, so daß an die in Reihe geschalteten Funkenstrecken des Ableiters Teilspannungen praktisch gleicher Größe angelegt sind. Durch Abstufung des Spannungsabfalles in dieser Weise kann die Überschlagsspannung der in Reihe geschalteten Funkenstrecken innerhalb enger Toleranzen genau vorherbestimmt werden, und die Herstellung int wirtschaftlich, da jede Funkenstrecke in Aufbau und Nennspannung im wesentlichen identisch gemacht werden kann.

Mit dem Aufkommen von Hochspannungs-Gleiclistromsystemen ist festgestellt worden, daß die durch derartige Ableitwiderstände abzuleitende Leitung vkl größer ist als es bei vergleichbaren Wechselstromsystcmen der Fall ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß d<ir Stromfluß in Gleichstromsystemen praktisch konstant ist, wogegen der Strom in einem Wechselstromsystem pulsiert und sich mit der Höhe der angelegten Spannung wesentlich ändert.

Bekannte nichtlineare Ableitwiderstände besitzen wi eine negative Temperaturcharakteristik und müssen deshalb sorgfältig gegen Durchbrennen geschützt werden. Diese Widerstände können durchbrennen, wenn sie zu warm werden. Infolge dieser negativen Charakteristik sinkt der Widerstand der Ableitwider- 1,-. stände, wenn ihre Temperatur ansteigt. Wenn deshalb keine geeigneten Mittel zur Kühlung der Widerstände vorgesehen sind, können die durch die Widerstände fließenden Ströme kontinuierlich ansteigen und die Widerstände infolge Überlastung oder eines Durchschlages ausfallen. Derartige Fehler bewirken, daß der gesamte Überspannungsableiter unbrauchbar gemacht wird.

Es sind an sich verschiedene Kühlanordnungen für elektrische Bauteile bekannt So werden gemäß der Zeitschrift »Elektrie« Heft 12, 1966, Seite 455, bei Varistoren die thermisch besonders gefährdeten Lötstellen der Anschlußdrähte im Luftstrom intensiv gekühlt Ferner ist es aus der FR-PS 9 27 100 bekannt, die einzelnen Gleichrichter einer Wheatstone-Brücke in direkte Berührung mit einem Metallgehäuse zu bringen, um die Wärmeabfuhr zu verbessern. Dort liegen jedoch unterschiedliche räumliche und elektrische Verhältnisse vor.

In herkömmlichen Überspannungsableitem sind die Ableitwiderstände in einem inneren Einsatz befestigt, der einen festen mechanischen Kontakt mit jedem Ende des Ableitergehäuses herstellt und manchmal, infolge der Bewegung des Einsatzes, mit der Innenwand des Porzellangehäuses des Überspannungsabieiters in Berührung kommt Hierbei wird die Wärme vorwiegend durch Konvektion sowie Strahlung und durch eine geringfügige zufällige Wärmeleitung an den Punkten, an denen die Widerstände das Gehäuse berühren, nach außen abgeführt. Eine Wärmeabfuhr von den Ableitwiderständen über die vergleichsweise unwirksame Luftstrecke in dem Ableiter zu der gegenüberliegenden Porzellanwand ist jedoch sehr schwach.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Überspannungsableiter insbesondere für Gleichstrom-Hochspannungssysteme zu schaffen, bei dem die im abgedichteten Innenraum entwickelte Wärme auf einfache und wirksame Weise schnell abführbar ist

Diese Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einem kreisförmigen Isolierteil gehalterte ringsegmentförmige Widerstände durch in Umfangsrichtung zwischen den Widerständen angeordnete Federn in einen innigen Wärmeieitungskontakt mit der Innenwand des Isoliergehäuses gedrückt sind.

Die Wärmeableitung kann noch weiter verbessert werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zwischen den konvexen Außenflächen der Widerstände und der Innenwand des Isoliergehäuses ein wärmeleitfähiges Material angeordnet ist. Dieses Material ist vorzugsweise ein Epoxidharz mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der zwischen den entsprechenden Koeffizienten der Widerstände und des Isoliergehäuses liegt.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die von den Abstufungswiderständen in dem gekapselten Gehäuse entwickelte Wärme im wesentlichen durch Wärmeleitung schnell nach außen abgeführt wird. Der innige Wärmeleitungskontakt sorgt für einen kurzen Wärmeübertragungsweg ohne längere Luftstrecken. Gleichzeitig wird eine raumsparende Anpassung der Abstufungswiderstände an die Form des Ableitergehäuses erzielt, und die erfindungsgemäß angeordneten Federn dienen sowohl zur Ausübung einer mechanischen Kraft als auch zur Leitung von elektrischem Strom.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte

Seitenansicht eines Überspannungsabieiters für Hochspannung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

F i g. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1. _

In F i g. 1 ist ein Gleichstrom-Uberspannungsableiter 1 für besonders hohe Spannungen mit einem röhrenförmigen Porzellangehäuse 2 gezeigt, das auf seinen gegenüberliegenden Enden auf entsprechende Weise durch metallische Stirnkappenpole 3 und 4 abgeschlossen ist Die Stirnkappenpole 3 und 4 können auf beliebige Weise dicht schließend mit dem Gehäuse 2 verbunden sein; bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Gehäuse 2 und der Stirnkappe 4 eine elastische Ringscheibe 5 angeordnet, um zwischen diesen Teilen für eine Abdichtung zu sorgen. Die Stirnkappe 4 und das Gehäuse 2 sind durch ein geeignetes Bindemittel 6 wie z.B. Schwefel zusammengefügt, daß die Vertiefung ausfüllt, die zwischen dem Gehäuse 2 und dem iach oben gebogenen, auf dem Umfang herumführenden Rand der Stirnkappe 4 gebildet ist Die Stirnkappe 2 kann auf ähnliche Weise oder auf irgendeine andere Art dichtschließend mit dem Gehäuse 2 verbunden sein. Normalerweise wird das Isoliergehäuse 2 mit herkömmliehen Isolierglocken oder Regenschutzschirmen versehen sein, um die Kriechstrecke zwischen den Stirnkappenpolen 3 und 4 zu vergrößern, wie es in der Technik der Überspannungsableiter allgemein bekannt ist

Auf der Stirnkappe 4 sitzt eine Platte 7, die die Bauteile des Ableiters trägt Hierzu gehören mehrere in Reihe geschaltete Funkenstreckenanordnungen. Sie sorgen für die Ausführung der Hauptfunktionen des Überspannungsabieiters, nämlich die Ableitung von hohen Spannungsstößen nach Erde und danach eine erneute Unterbrechung des Ableitweges, damit der Durchfluß des Folgestromes durch den Ableiter hindurch verhindert ist In Fig.! sind nur zwei Funkenstreckenanordnungen 8 und 9 dargestellt Mit den in Reihe geschalteten Funkenstreckenanordnungen 8—9 etc. sind nichtlineare Ventilwiderstände elektrisch in Reihe geschaltet, von denen einer als Widerstand 10 bezeichnet ist Dieser Widerstand 10 weist eine elektromagnetische Spule U auf, die in einem Isolierkanal 12 angebracht und um den Umfang des ■ Widerstandes herum angeordnet ist, um innerhalb der Funkenstreckenanordnung 9 gebildete Lichtbögen zur Kühlung magnetisch gegen die Seitenwände der Lichtbogenkammer zu blasen. Eine derartige Anordnung ist in der Technik der Überspannungsableiter allgemein bekannt Es können jedoch auch andere Reihenanordnungen und Kombinationen nichtlinearer Ventilwiderstände, wie z.B. des dargestellten Widerstandes 10, und der Funkenstreckenanordnuwgen, wie z. B. der Anordnungen 8 und 9, verwendet werden, um verschiedene, angestrebte elektrische Eigenschaften innerhalb der gegebenen Überspannungsableiter zu liefern.

Den in Reihe geschalteten Funkenstreckenanordnungen 8,9 etc. sind jeweils nichtlineare Spannungsabstu- mi fungswiderstände 13,14,15 und 16 parallel geschaltet Die Abstufungswiderstände 13—16 sind elektrisch über Spiralfedern 20, 21 und 22 in Reihe geschaltet, um zwischen den metallischen Endklammern 23 einen elektrischen Kreis zu bilden. Wenn der Überspannungs- .·. ableiter zusammengebaut ist, sind die Klammern 23 in einen elektrischen Kontakt mit jedem der entsprechenden Enden der nichtlineareii Widerstände 13 bis 16 vorgespannt, wie es aus Fig.2 zu ersehen ist Die gegenüberliegenden Endstücke des du^rch die Widerstände 13—16 gebildeten Reihenwiderstandes sind durch metallische Verbindungen 24 und 25 elektrisch mit Polplatten 26 und 27 auf den äußersten Enden der Funkenstreckenanordnung 9 verbunden. Diese Polplatten 26 und 27 sind dann auf bekannte Weise mit den in Reihe liegenden Funkenstrecken in der Anordnung verbunden. Die Enden der Verbindungen 24 und 25 sind elektrisch sowie mechanisch mit den metallischen Klammern 28 bzw. 29 verbunden, um den Shuntkreis über die Funkenstreckenanordnung 9 zu schließen, der durch die Verbindungen 24 und 25 sowie den dazwischen liegenden Widerständen 13—16 gebildet wird. Um einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Klammern 28 und 29 sowie den Widerständen 13 und 16 sicherzustellen, sind die Endklammern 23 auf diesen Widerständen bei 28' und 29' mit den Klammern 28 und 29 vernietet

Es können auch eine größere oder kleinere Anzahl Funkenstreckenanordnungen 8, 9 etc parallel zu verschiedenen, vorbestimmten nichtlinearen Widerständen geschaltet werden, wie z. B. den Widerständen 13—16, um eine Ableitanordnung für eine gegebene Spannung zu erzeugen. Die Widerstände 13—16 sind auf einem ringförmigen keramischen Isolierteil 28 gehaltert Dieser Teil ist im Querschnitt im allgemeinen L-förmig, um einen die Widerstände tragenden Absatz und nahe seinem Innenumfang einen ringförmigen Wulst zu bilden, der ein entsprechendes L-förmiges, isolierendes Stützteil 35 aus Keramik, der in dem Gehäuse 2 darüber geschichtet ist, haltert und mit diesem in Kontakt ist. Selbstverständlich werden, je nach Bedarf, in dem restlichen Teil des Gehäuses 2 noch zusätzliche Stützteile aus Keramik verwendet um für eine angemessene Halterung derjenigen Abstufungswiderstände zu sorgen, die für eine richtige Verteilung der gewünschten Spannung über die Funkenstreckenanordnungen erforderlich sind.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die L-förmigen Stützteile 28,35 etc. in der Mitte des Gehäuses mit Abstand angeordnet und durch zahlreiche Isolierstifte 30 und 31 (siehe F i g. 2) gehalten. Diese sind in vorgeformten Rillen auf der oberen Oberfläche des Absatzes der Stützteile 28, 35 etc. angeordnet und weisen bestimmte Längen auf, so daß sie gut zwischen die Innenfläche des Isoliergehäuses 2 und die Außenfläche des vertikalen Schenkels der L-förmigen Teile 28,35 etc. passen. Es können aber auch andere Mittel verwendet werden, um diese Stützteile in ihrem bestimmten Abstand innerhalb des Isoliergehäuses 2 zu halten.

Ein wesentliches Merkmal des beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung stellt die Federanordnung dar, die in Fig.2 durch die Federn 20—22 gezeigt ist Die Federkraft drückt die in Reihe geschalteten, nichtlinearen Widerstände 13—16 nach außen in einen innigen Wärmeleitungskontakt mit dem Isoliergehäuse 2. Dabei stößt das eine Ende des nichtlinearen Widerstandes 13 gegen einen erhöhten Vorsprung 32, der in der oberen Oberfläche des keramischen Stützteiles 28 ausgebildet ist und das andere Ende des nichtlinearen Widerstandes 16 liegt an einem herausnehmbaren Isolierstift 33 an, der auf geeignete Weise in dem keramischen Stützteil 28 lösbar befestigt ist Wenn sich also die Federn in der gezeigten Stellung befinden und der herausnehmbare Stift 33 eingesetzt ist üben die Federn 20—22 eine genügende Druckkraft aus, um die

Widerstände 13—16 fest gegen das Isoliergehäuse 2 zu drücken. Um die Wärmeleitung zwischen den Widerständen 13—16 und dem Isoliergehäuse 2 zu verbessern, ist vorzugsweise suf einem wesentlichen Teil der äußeren Umfangsfiäche der Widerstände 13—16 ein wärmehärtbares Material 34, wie z. B. ein geeignetes Epoxidharz, angeordnet Dieses Material we Ausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen gen der Widerstände 13—16 und des Isoliergc liegt. Zusätzlich kann das Gehäuse mit einem ten Gas wie Helium gefüllt sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter, insbesondere für Gleichstrom-Hochspannungssysteme mit einem zylindrischen abgedichteten Isoliergehäuse, in dem Funkenstreckenanordnungen und Spannungsabstufungswiderstände angeordnet sind, die den Funkenstreckenanordnungen parallel geschaltet sind, d a -durch gekennzeichnet, daß auf einem kreisförmigen Isolierteil (28) gehalterte ringsegmentförmige Widerstände (13—16) durch in Umfangsrichtung zwischen den Widerständen (13—16) angeordnete Federn (20—22) in einen innigen Wärmeleitungskontakt mit der Innenwand des Isoliergehäuses (2) gedrückt sind.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den konvexen Außenflächen der Widerstände (13—16) und der Innenwand des Isoliergehäuses (2) ein wärmeleitfiihiges Material (34) angeordnet ist

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitfähige Material (34) ein Epoxidharz mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist, der zwischen den entsprechenden Koeffizienten der Widerstände (13—16) und des Isoliergehäuses (2) liegt

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