DE2361204A1 - Elektrische hochspannungseinrichtung mit isolierkoerpern - Google Patents
Elektrische hochspannungseinrichtung mit isolierkoerpernInfo
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- H01B17/60—Composite insulating bodies
Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, e B. DEZ. 1973
Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.
Unser Zeichen: VPA 73/8336 Et/Sho
Elektrische Hochspannungseinrichtung mit Isolierkörpern
Die Isolation von Hochspannungseinrichtungen, worunter im vorliegenden
Zusammenhang sowohl elektrische Energieübertragungseinrichtungen als auch Verteilungs- bzw. Schaltanlagen zu verstehen
sind, wird nach der zu beherrschenden Betriebsspannung bemessen. Um eine.Zerstörung der Isolation durch Überspannungen,
wie sie durch Blitzeinschlage auf Freileitungen oder durch Schaltvorgänge hervorgerufen v/erden können, zu verhindern,
rüstet man die Hochspannungseinrichtungen an besonders gefährdeten Stellen mit Überspannungsableitern aus, welche die
Überspannungen auf eine über der Betriebsspannung liegende, jedoch für die Anlagenteile noch erträgliche Restspannung
begrenzen.
Überspannungsableiter der heute üblichen Bauweise bestehen im Prinzip aus einer Reihenschaltung eines spannungsabhängigen
Widerstandes und einer Löschfunkenstrecke sowie einem diese Bauelemente umgebenden Gehäuse aus einem geeigneten Isolierstoff.
Die Bauelemente sind so bemessen, daß die Funkenstrecke anspricht, wenn die Spannung eine gewisse Höhe übersteigt, so
daß über die bei hoher Spannung einen geringeren Widerstand aufweisenden Widerstandskörper ein Weg geringen Widerstandes
nach Erde geschaffen wird, über den die in der Überspannungswelle
enthaltene Energie abfließen kann. Infolge der Spannungsabhängigkeit der Widerstandselemente wird der Strom bei sinkender
Spannung derart begrenzt, daß ihn die Funkenstrecken unterbrechen können. Zusätzlich können die Funkenstrecken so
ausgebildet sein, daß sie eine Strombegrenzung bewirken.
\k'i
23BU04
VPA 73j
Überspannungsableiter dieser Bauweise sind insbesondere
in der Ausführung für Höchstspannungsnetze verhältnismäßig aufwendige und große Geräte, für deren Unterbringung bei dem
Entwurf von Hochspannungseinrichtungen ein zusätzlicher Platzbedarf berücksichtigt werden muß. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, den Überspannungsschutz elektrischer Hochspannungseinrichtungen hinsichtlich des Raumbedarfs und der
Schutzwirkung zu verbessern.
Gemäß .der Erfindung ist hierzu vorgesehen, daß ein Teil der
Isolierkörper die Eigenschaften üblicher Isolatoren aufweist und daß ein weiterer Teil der Isolierkörper bei im wesentlichen
gleichen Abmessungen und mechanischer Festigkeit die Eigenschaften von Überspannungsableitern aufweist. Der Überspannungsschutz
der Hochspannungseinrichtung wird dadurch wesentlich verbessert, daß die Schutzeinrichtungen freizügig
im Verlauf einer Leitung oder Sammelschiene angeordnet werden können, wobei eine besondere Rücksichtnahme wegen der mit den
Isolatoren weitgehend übereinstimmenden mechanischen Eigenschaften nicht erforderlich ist.
Die als Überspannungsableiter wirkenden Isolierkörper nach
der Erfindung, die auch als überschlagfreie Isolatoren bezeichnet werden können, können einen spezifischen Widerstand
von 10 - 10 Ohm je Zentimeter und einen Exponenten der Spannungsabhängigkeit von wenigstens 10 sowie ein Überspannungsableitern
entsprechendes Energieaufnahmevermögen besitzen. Aufgrund dieser Eigenschaften benötigen die als Ableiter
wirkenden Isolierkörper keine Funkenstrecken im Unterschied zu üblichen Überspannungsableitern. Dadurch ist die
Möglichkeit geschaffen, praktisch einstückige Isolierkörper mit.Ableitereigenschaften herzustellen.
VPA 73/8336
Es ist bereits bekannt, halbleitende und spannungsabhängige Substanzen zur Beschichtung von elektrischen Isolatoren zu
verwenden (z. B. CH-PS 246 094 und DT-AS 1 172 368). Hiermit soll eine gleichmäßige Aufteilung der Spannungsbeanspruchung
auf die Isolatoren erzielt werden. Dagegen kann aber nicht die Wirkung eines tjberspannungsableiters herbeigeführt werden,
weil die halbleitenden Schichten weder eine ausreichende .Spannungsabhängigkeit des Widerstandes noch ein ausreichendes
Energieaufnahmevermögen besitzen.
Es ist auch schon bekannt (US-PS 3 710 058), zwischen den Kontaktfedern
von Schwachstromrelais als Isolierkörper Metalloxid-Varistoren zu verwenden, die bei der Betriebsspannung
des Relais ein Isolator, bei Überspannungen dagegen Leiter sind. Auf diese Weise soll die Funkenbildung an den Kontakten
vermindert werden. Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit dem Überspannungsschutz räumlich ausgedehnter elektrischer
Hochspannungseinrichtungen, d. h. dem Schutz von Isolatoren gegen eine übermäßige dielektrische Beanspruchung.
Als Überspannungsableiter wirkende Isolierkörper nach der Erfindung
können ganz oder teilweise aus einem mit Metalloxiden dotierten Zinkoxid hergestellt werden. Besteht der Isolierkörper
nur teilweise aus dotiertem Zinkoxid, so kann man einen Kern oder einen Mantel aus einem üblichen isolierstoff vorsehen.
Infolge seiner weitgehend keramischen Eigenschaften hat das dotierte Zinkoxid insbesondere bei Verarbeitung durch
Sinter- oder Brennvorgänge hochwertige mechanische Eigenschaften. Widerstände aus dotiertem Zinkoxid sind an sich
■bekannt. Zusammensetzung und Herstellung können z. B. der DT-OS 1 802 452 entnommen werden.
5Ö9Ö24/Ö15S
VPA 73/8336
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen für Freiluft- und Innenräumanwendungen
geeigneten Isolierkörper nach der Erfindung, der zugleich als Überspannungsableiter wirkt.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Isolierkörper, die einen Mantel bzw. einen Kern aus dotiertem Zinkoxid besitzen.
In Fig. 4 ist schematisch eine Hochspannungsleitung dargestellt, deren Leiter mit den gemäß der Erfindung vorgesehenen
beiden Arten von Isolierkörpern abgestützt sind.
Der Isolierkörper 1 nach der Fig. 1 hat die Gestalt eines üblichen
Vollkernisolators, dessen Strunk 2 entweder, wie in der linken Hälfte der Fig. 1 gezeigt, für Anwendungen im Innenraum
oder in metallgekapselten Anlagen glatt ausgeführt sein kann oder der zur Anwendung in Freiluftanlagen mit Rippen 3 versehen
sein kann, wie dies der rechte Teil der Fig. 1 zeigt. Der Strunk 2 ist an seinen Enden in üblicher Weise mit Armaturen
4 und 5 versehen, die nach den bekannten Verfahren an dem Strunk ζ. B. durch eine Kittung befestigt sein können. Der
Strunk 2 besteht aus Zinkoxid, das mit weiteren Metalloxiden dotiert ist. Als Dotierungsstoffe eignen sich beispielsweise
Antimonoxid und Wismutoxid, deren Anteil etwa 2-5 Mo\-%
betragen kann. Aus diesen Stoffen kann nach den für keramische Waren bekannten Verarbeitungsverfahren ein Körper mit hohen
Festigkeitswerten hergestellt werden, wie sie auch andere Isolierkörper für Hochspannungseinrichtungen besitzen. Im
Gegensatz zu solchen üblichen Isolierstoffen, deren spezifi-
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scher Widerstand 10 - 10 Ohm je Zentimeter beträgt und die keine Spannungsabhängigkeit des Widerstandes aufweisen, liegt der spezifische Widerstand des aus dotiertem Zinkoxid hergestellten Isolierkörpers bei der Betriebsspannung der Anlage bei etwa 10 - 10 Ohm je Zentimeter, wobei der Exponent der Spannungsabhängigkeit wenigstens 10 beträgt. Es sind auch
scher Widerstand 10 - 10 Ohm je Zentimeter beträgt und die keine Spannungsabhängigkeit des Widerstandes aufweisen, liegt der spezifische Widerstand des aus dotiertem Zinkoxid hergestellten Isolierkörpers bei der Betriebsspannung der Anlage bei etwa 10 - 10 Ohm je Zentimeter, wobei der Exponent der Spannungsabhängigkeit wenigstens 10 beträgt. Es sind auch
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stärkere Spannungsabhängigkeiten je nach Art und Menge der Dotierungsstoffe erzielbar. Daher wirkt der Isolierkörper
als Ventilwiderstand, d. h. der Widerstand des Isolierkörpers sinkt außerordentlich stark, wenn die anliegende Spannung
einen bestimmten Wert überschreitet. Die Ventilwirkung ist um so ausgeprägter, je höher der Exponent der Spannungsabhängigkeit
ist. Zugleich besitzt das verwendete Material ein so hohes Energieaufnahmevermögen, daß beim Ableitvorgang keine
Gefahr einer Überhitzung und damit einer elektrischen und/ oder mechanischen Gefährdung besteht.
Während in Fig. 1 ein Isolierkörper mit einheitlichem Strunk dargestellt ist, zeigt die Fig. 2 eine andere Ausführungsform
eines Isolierkörpers 6, dessen Kern 7 aus einem üblichen Isolierstoff, z. B. Porzellan, Steatit oder Gießharz, besteht und
der mit einem verhältnismäßig dicken Mantel-8 aus dotiertem
Zinkoxid umgeben ist. Dieser Mantel trägt zur mechanischen Belastbarkeit des Isolierkörpers in erheblichem Umfang bei
und hat zusätzlich die Funktion des Üherspannungsableiters. Auch hier besteht die Möglichkeit, den Strunk entweder glatt
auszuführen oder ihn mit Schirmen zu versehen, die zur Verbesserung
der Witterungsbeständigkeit glasiert sein können.
Bei im Prinzip gleicher Wirkungsweise ist der Isolierkörper 10 nach Fig. 3 mit einem hohlzylindrischen Gehäuse 11 aus einem
keramischen-Werkstoff oder aus Gießharz versehen, das eine
Füllung 12 aus dotiertem Zinkoxid enthält.
Die in Fig. 4 schematisch dargestellte Hochspannungsfreilei-.tung
umfaßt Masten 15 mit Auslegern 16, an denen Leiterseile 17 durch Isolierkörper 20 und 21 gehalten sind. Zur Verbesserung
der Übersichtlichkeit sind die Masten als nur einseitig mit Seilen 17 versehen dargestellt. Während die Isolierkörper
20 aus üblichen Werkstoffen bestehen, z. B. Porzellan, Glas oder Gießharz, ist der Isolierkörper 21. bei im wesentlichen '
gleichen Abmessungen und mechanischen Eigenschaften beispielsweise nach Fig. 1 gestaltet. Er wirkt daher als Überspannung-
'01SS ■ - - -6-
VPA 73/8336
ableiter und behebt die Gefährdung der Isolierkörper 20 bei Überspannungen, wie sie durch Blitzeinsehläge oder Schaltvorgänge
hervorgerufen werden können. In der Praxis wird es ausreichend sein, etwa- jeden 10. bis 20. Isolierkörper durch
einen als Überspannungsableiter wirkenden Isolierkörper zu ersetzen. Der Vorteil dieser Anordnung liegt insbesondere
darin, daß die Schutzeinrichtungen gegen Überspannungen im Zuge der Leitung untergebracht sind und daher zugleich mit
einer Verbesserung der Schutzfunktion auch eine Platzersparnis erzielt wird, weil die sonst benötigten Einrichtungen
zum Einbau der Überspannungsableiter entfallen. In prinzipiell gleicher Weise können auch die Sammelschienen einer Schaltanlage
für Freiluft oder Innenraum oder in metallgekapselten Anlagen abwechselnd durch übliche und duFch als Ableiter
wirkende überschlagfreie. Isolierkörper abgestützt werden.
6 Ansprüche
4 Figuren
4 Figuren
5Ö§8U/Öi5S
Claims (6)
- VPA 73/8336PatentansprücheΛ J Elektrische Hochspannungseinrichtung mit Leitern und diese gegen Erde abstützenden Isolierkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (20) der Isolierkörper die Eigenschaften üblicher Isolatoren aufweist und daß ein weiterer Teil (21) der Isolierkörper bei im wesentlichen gleichen Abmessungen und mechanischer Festigkeit die Eigenschaften von tJberspannungsableitern aufweist.
- 2. Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Überspannungsableiter wirkenden Isolierkörper bei der Betriebsspannung der Hochspannungseinrichtung einen spezifischen Widerstand von 10 - 1-0 Ohm je Zentimeter und einen Exponenten der Spannungsabhängigkeit von wenigstens 10 sowie ein Überspannungsableitern entsprechendes Energieaufnahmevermögen besitzt.
- 3. Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Teil der Isolierkörper (21) zumindest teilweise aus einem mit Metalloxiden dotierten Zinkoxid besteht.
- 4. Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper (6) einen Kern (7) aus einem üblichen Isolierstoff und einen Mantel (8) aus dotiertem Zinkoxid besitzen.
- 5. Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein hohler Isolierkörper (11) aus üblichem Isolierstoff einen Kern (12) aus dotiertem Zinkoxid enthält.
- 6. Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zinkoxid als Dotierungsstoffe Wismutoxid und/oder Antimonoxid in einer Menge von 2-5 Mol-%= zugesetzt ist. . ■.SSLeerseite
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JP49141096A JPS5094496A (de) | 1973-12-06 | 1974-12-06 |
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DE2361204B2 DE2361204B2 (de) | 1978-03-23 |
DE2361204C3 DE2361204C3 (de) | 1978-11-23 |
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ID=5900239
Family Applications (1)
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DE (1) | DE2361204C3 (de) |
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- 1973-12-06 DE DE19732361204 patent/DE2361204C3/de not_active Expired
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