DE2361204C3 - Elektrische Hochspannungseinrichtung mit Isolierkörpern - Google Patents
Elektrische Hochspannungseinrichtung mit IsolierkörpernInfo
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- H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges
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Description
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 Blitzeinschläge auf Freileitungen oder durch Schaltvorgänge hervorgerufen werden
können, zu verhindern, rüstet man die Hochspannungseinrichtungen an besonders gefährdeten Stellen mit
Überspannungsableitern aus, welche die Überspannun- so gen 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 bemesstn, daß die Funkenstrecke
anspricht, wenn die Spannung eine gewisse Höhe übersteigt, so daß über die bei hoher Spannung einen
geringen Widerstand aufweisenden Widerstandskörper ein Weg geringen Widerstandes nach Erde geschaffen
wird, über den die in der Überspannungswelle enthaltene Energie abfließen kann. Infolge der Span- e>5
nungsabhängigkeit 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.
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 10H-IO10OlIm 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.
Es ist bereits bekannt, halbleitende und spannungsabhängige Substanzen zur Beschichtung von elektrischen
Isolatoren zu verwenden (z. B. CH-PS 2 46 094 und DE-AS 11 72 368). Hiermit soll eine gleichmäßige
Aufteilung der Spannungsbeanspruchung auf die Isolatoren erzielt werden. Dagegen kann aber nicht die
Wirkung eines Überspannungsabieiters herbeigeführt werden, weil die halbleitenden Schichten weder eine
ausreichende Spannungsabhängigkeit des Widerstandes noch ein ausreichendes Energieaufnahmevermögen
besitzen.
Es ist auch schon bekannt (US-PS 37 10 058), zwischen den Kontaktfedern von Schwachstromrelaisals
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 DE-OS 18 02 452 entnommen
werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert
Die Fi g. 1 zeigt einen für Freiluft- und Innenraumanwendungen
geeigneten Isolierkörper nach der Erfindung, der zugleich als Überspannungsableiter wirkt
Die Fig.2 und 3 zeigen Isolierkörper, die einen
Mantel bzw. einen Kern aus dotiertem Zinkoxid besitzen.
In F i g. 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 F i g. 1 hat die Gestalt eines üblichen Vollkernisolators, dessen Strunk 2
entweder, wie in der linken Hälfte der F i g. 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 F i g. 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 z. 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 Mol-% 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 spezifischer Widerstand 1O12- 10M 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 108— 1010Ohm
je Zentimeter, wobei der Exponent der Spannungsabhängigkeit wenigstens 10 beträgt. Es sind auch 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
s Während in F i g. 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 verhältnismä-
JO ßig 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 Überspannungsabieiters. Auch hier besteht die Möglichkeit, den Strunk entweder
glatt auszuführen oder ihn mit Schirmen zu versehen, die ztjr Verbesserung der Witterungsbeständigkeit
glasiert sein können.
Bei im Prinzip gleicher Wirkungsweise ist der Isolierkörper 10 nach Fig.3 mit einem hohlzylindri-
M sehen Gehäuse 11 aus einem keramischen Werkstoff
oder aus Gießharz versehen, das eine Füllung 12 aus dotiertem Zinkoxid enthält
Die in Fig.4 schematisch dargestellte Hochspannungsfreileitung
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 F i g. 1 gestaltet Er wirkt daher
als Überspannungsableiter und behebt die Gefährdung der Isolierkörper 20 bei Überspannungen, wie sie durch
Blitzeinschläge 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 insbeson-
dere 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 durch als Ableiter wirkende überschlagfreie Isolierkörper abgestützt
werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. 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 Überspannungsableitern aufweist
2. Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die als Überspannungsableiter wirkenden Isolierkörper bei der
Betriebspannung der Hochspannungseinrichtung einen spezifischen Widerstand von 108 -1010 Ohm je
Zentimeter und einen Exponenten der Spannungsabhängigkeit von wenigstens 10 sowie ein Ülterspanruingsableitem
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 JS
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