DE3304021A1

DE3304021A1 - Eintauchbarer ueberspannungsableiter

Info

Publication number: DE3304021A1
Application number: DE19833304021
Authority: DE
Inventors: Raymond J. 53172 South Milwaukee Wis. Bronikowski
Original assignee: RTE Corp
Current assignee: Cooper Power Acquisition Corp
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1983-02-07
Publication date: 1983-09-08
Also published as: GB8303156D0; FR2521360A1; GB2114388A

Description

DR. RICHARD KMFJSSL

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D-8Ü0Ü MÜNCHEN 22
Tel. 089/295125

RTE Corporation *' ''⁸^"

Waukesha, Wisconsin

USA

DE 85 S/m

Eintauchbarer überspannungsableiter

Beschreibung

Überspannungsableiter werden unter öl bzw. in öl eingetaucht verwendet, um auf einem Sockel bzw. Fundament montierte oder an Masten montierte Transformatoren zu schützen. Did Ableiter sind zwischen der Hochspannungswicklung und dem Masse- bzw. Erdekontakt angeschlossen. Die Ableiter besitzen manchmal einen äußeren Erdungsanschluß, um die Überspannungs-Prüfung des Transformators zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Die überspannungsableiter werden dann, wenn sie in das öl eines Transformators eingetaucht sind, einer Umgebung mit relativ hoher Temperatur ausgesetzt und müssen sehr gut abgedichtet sein, um das Eindringen von Öl zu verhindern. Wenn öl in einen herkömmlichen Funkenstrecken-Überspannungsableiter eintritt, füllt das öl schließlich die Funkenstrecken im Ableiter aus und erhöht das überschlagen bis zu einem Ausmaß, das zur Unbrauchbarkeit des Ableiters führt, öl, das in einen abgedichteten Ableiter eindringt, kann in die Siliciumkarbid-Blöcke eindringen, wenn diese porös sind, und ein Potentialproblem erzeugen, wenn die beim Durchgang eines Stromstoßes durch die Ableiterblöcke erzeugte Übergangswärme auf eine Temperatur ansteigt, die ausreicht, um das öl zu zersetzen oder zu karbonisieren. In all den Fällen, in denen die Ableiterblöcke oder die Funkenstrecken überschlagen, kann der Ausfall des Ableiters zu einer plötzlichen Energiefreisetzung innerhalb des Transformatortanks führen, was zur Folge hat, daß dieser sich ausbaucht, reißt und/oder Feuer fängt.

Viele der oben erwähnten Probleme können dadurch vermieden werden, daß ein in öl eintauchbarer spalt- bzw. funkenstreckenloser überspannungsableiter der hier vorgeschlagenen Art Verwendung findet. Im Gegensatz zur üblichen Praxis

hat ein spaltloser Ableiter nichtporöse Ventilblöcke, die in einer Vorrichtung untergebracht sind, die das Eintreten und Zirkulieren von öl um die Ventilblöcke herum ermöglicht. Typische Ventilblöcke, die aus Zinkoxid mit einem kleinen Prozentsatz von anderen Metalloxiden bestehen, sind nach dem Stand der Technik als Metalloxid-Varistor-Elemente bekannt, die eine nichtlineare Widerstands-Kennlinie bzw. Widerstands-Eigenschaften besitzen und die Funktion eines herkömmlichen Ableiters vom Funkenstrecken- bzw. Spalt-Typ übernehmen. Ableiter, die Ventilblöcke dieser Art verwenden, besitzen kein Funkenstrecken-Element. Da die Ventilblöcke nicht porös sind, können keine schädigenden Einflüsse aufgrund des Eintauchens in das öl entstehen. Diese Anordnung der Ventilblöcke innerhalb eines offenen Gehäuses nutzt die größere Dielektrizitätskonstante und die größere dielektrische Durchschlagsfestigkeit des Öls, um eine Coronaentladung von irgendeinem der Ventilblöcke zu verhindern. Der Ableiter kann mit einem geringen Abstand zu jeder leitenden Fläche innerhalb des Transformatortanks angeordnet werden. Die hohe Dielektrizitätskonstante und Durchschlagsfestigkeit des Öls verringert die Möglichkeit eines Überschlags an der Oberfläche des Elementes, wenn der Ableiter einen sehr hohen Stoßstrom aufnehmen sollte. Das öl wirkt auch als Wärmeübertragungsmedium, das für eine schnellere Kühlung der Elementblöcke mit einer entsprechenden Temperaturstabilisierung eines Blockes sorgt, der aufgrund vorübergehender oder permanenter Betriebsbedingungen erhitzt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Schnitt-Draufsicht auf einen auf einer

Unterlage montierten (pad mounted) schema-

tisch dargestellten Verteilungstransformator mit einem erfindungsgemäßen überspannungsableiter, der mit der Primärwicklung des Transformators verbunden ist,

Fig. 2 eine zur Darstellung der Ventilblöcke

teilweise weggebrochene Seitenansicht des Überspannungsabieiters,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer

abgewandelten Form eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer

Montierungsart für einen überspannungsableiter gemäß Fig. 2,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer

bajonettartigen Montierung für den Überspannungsableiter gemäß Fig. 2 und

Fig. 6 eine weitere Form einer Montierung

für einen überspannungsableiter der in Fig. 2 dargestellten Art.

Wie man der Fig. 1 entnimmt, umfaßt ein Verteilungstransformator der hier betrachteten Art im allgemeinen einen Tank 10 mit einer Abdeckung bzw. einem Gehäuse 12. Im Tank ist ein Transformator 14 schematisch dargestellt, der eine Primärwicklung 16 und eine Sekundärwicklung 18 aufweist und in ein isolierendes Fluid 20 eingetaucht ist. Die Primärwicklung 16 ist mit einer Priraärdurchführung über eine Leitung 24 und mit der Masse bzw. Erde über eine Leitung 28 verbunden.

Die Sekundärwicklung 18 ist mit Sekundär-Durchführungen 30, 31 und 32 durch Leitungen 34, 35 und 36 verbunden. Ein erfindungsgemäßer überspannungsableiter 38 ist in dieser Darstellung mit der Primärwicklung 16 über eine Leitung 40 und mit der Masse bzw. Erde 26 über eine Leitung 4 2 verbunden. In der Leitung 24 kann eine Sicherung 4 4 vorgesehen sein.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Überspannungsableiter 38 eine Reihe von vormontierten Ventilblöcken 46, die in einem rohrförmigen Gehäuse 48 angeordnet sind, das leitende Endkappen 50 und 52 an jedem Ende besitzt. Die Ventilblöcke 46 sind aus Metalloxid-Additiven wie z.B. Zinkoxid hergestellt, um eine außerordentlich dichte und nicht poröse Struktur zu erzeugen. Die Reihe von Ventilblöcken 46 wird mit Hilfe einer leitenden Feder 54 in Eingriff mit der Endkappe 50 vorgespannt bzw. gedrückt. Die Feder 54 stellt auch eine elektrische Verbindung zwischen der Endkappe 52 und dem am Ende befindlichen Ventilblock 46 her. Mit einem Gewinde versehene Kontakte 54 und 56 können an jeder Endkappe 50 bzw. 52 vorgesehen sein, um den Überspannungsableiter mit der Primärwicklung 16 und der Masse bzw. Erde zu verbinden.

Ein isolierendes Fluid 20, wie z.B. öl kann durch das rohrförmige Gehäuse durch Löcher 58 hindurch zirkulieren, die an verschiedenen Stellen im Gehäuse 48 vorgesehen sind. Gewünschtenfalls kann die Anzahl der Löcher so stark vergrößert werden, daß das Rohr ein Maschengitter wird. Gemäß der Erfindung können auch Löcher 4 9 in den Endkappen 50, 52 vorgesehen sein, um es dem öl insbesondere dann zu ermöglichen, durch das Gehäuse zu zirkulieren, wenn der überspannungsableiter in der in Fig. 1 dargestellten Art montiert ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten modifizierten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist ein Überspannungsableiter wiedergegeben, der eine Reihe von überspannungsableitungs-Blöcken 62 umfaßt, die durch einen leitenden Kitt bzw. Klebstoff bzw. Zement 64 miteinander verbunden sind. Kontakt-Verbindungsstücke 66 sind an jedem Ende der Anordnung von Ventilblöcken vorgesehen, um den Ableiter mit der Primärwicklung und der Masse zu verbinden. Ist kein Gehäuse vorhanden, so sollte der überspannungsableiter so montiert werden, daß er von allen leitenden Oberflächen beabstandet ist, um die Möglichkeit eines Überschlages bei einem hohen Überspannungsstoß auszuschließen.

In Fig. 4 ist eine Art einer Montageanordnung 65 für den Überspannungsableiter 38 wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsform wird eine Montageplatte 68 von einer Reihe von Abstandsstücken 70 getragen, an denen sie mit Sechskantmuttern 72 befestigt ist. Der überspannungsableiter ist an der Montageplatte 68 mit Hilfe von Federn 74 befestigt, die sich durch Löcher 76 hindurcherstrecken, die in der Platte 68 vorgesehen sind.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Montierung dargestellt, bei der der überspannungsableiter 38 in einem Bajonett-Sicherungshalter 78 montiert ist. Die Bajonettanordnung umfaßt ein Gehäuse 80, das an einer Transformatorwand montiert ist und sich nach unten und innen in das öl hineinerstreckt. Der überspannungsableiter ist innerhalb des Endes des Gehäuses in elektrischer Verbindung mit den elektrischen Kontakten 82 und 84 angeordnet. Der überspannungsableiter 38 ist an einem isolierten Halter 86 montiert, der im Gehäuse 80 angeordnet ist. Das Gehäuse 80 erstreckt sich nach unten in das isolierende Fluid hinein, so daß der überspannungsableiter 38 in das öl eingetaucht ist. Die elektrische Verbindung zwischen

dem überspannungsableiter und der Primärwicklung und dem Masseanschluß wird über die Kontakte 82 bzw. 84 hergestellt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform einer Montageanordnung ist der Überspannungsableiter 38 auf einer Montageschiene 90 montiert, die an jedem Ende belüftete bzw. durchlüftete Abstandsstücke 92 aufweist. Klammern 94 sind an leitenden Elementen 96 befestigt, die so an den Abstandsstücken 92 befestigt sind, daß sich die Klammern in einer Lage befinden, in der sie mit den Kontaktzapfen 54 und 56 des Überspannungsabieiters 38 in Eingriff treten können.

Bei der in Fig. 7 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Gehäuse 98 wiedergegeben, das die Form eines Gitters mit einer offenen Webstruktur aufweist. Diese Art von Gehäuse ermöglicht die Zirkulation von öl und verhindert einen tatsächlichen Kontakt zwischen den Blöcken und geerdeten oder metallischen Objekten im Transformatorgehäuse.

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Claims

Patentansprüche

1J) Eintauchbarer überspannungsableiter zum Schutz von in ein isolierendes Fluid eingetauchten elektrischen Geräten gegen Überspannungstöße, dadurch gekennzeichnet , daß er ein Ventilelement umfaßt, das aus einem oder mehreren Ventilblöcken besteht, daß ein erster Verbinder an dem einen Ende des Ventilelementes zur Verbindung des Ventilelementes mit der Systemspannung vorgesehen ist, daß ein zweiter Verbinder mit dem anderen Ende des Ventilelementes verbunden ist, um das Ventilelement mit der Masse bzw. Erde zu verbinden, und daß eine Tragvorrichtung vorgesehen ist, die dazu dient, das Ventilelement unter dem isolierenden Fluid bzw. in das isolierende Fluid eingetaucht zu tragen.
2. Ableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventilblöcke durch einen leitenden Kitt bzw. Klebstoff bzw. Zement miteinander verbunden sind.
3. Ableiter nach Anspruch 1 , dadurch g e k e η η -· zeichnet , daß die Tragvorrichtung ein Gehäuse zum Umschließen der Ventilelemente umfaßt, das perforiert ist, um eine freie Strömung des isolierenden Fluids durch das Gehäuse hindurch zu ermöglichen, und daß das Gehäuse an jedem Ende des Gehäuses eine leitfähige Endkappe aufweist.
4. Ableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Endkappen Löcher aufweisen, um die Strömung des Öls durch das Gehäuse hindurch zu ermöglichen.
5. Ableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Gehäuse eine Vorrichtung zum Vorspannen bzw. Andrücken der Ventilblöcke in eine elektrische Verbindung mit den Endkappen vorgesehen ist,
6. Ableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorspann-Vorrichtung eine leitende Feder umfaßt, die dazu dient, die Blöcke gegen die leitenden Elemente an den Enden des Gehäuses anzudrücken.
7. Ableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß er ein Gehäuse in Form eines Maschengitters aufweist.
8. überspannungsableiter für einen in ein isolierendes Fluid eingetauchten Verteilungstransformator, der zwischen die Primärwicklung des Transformators und die Masse bzw. Erde geschaltet ist und in das dielektrische Fluid des Transformators eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet , daß der überspannungsableiter ein Ventilelement umfaßt, das aus einem oder mehreren Metalloxid-Ventilblöcken gebildet ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die dazu dient, den Ableiter im Transformator zu tragen.
9. Ableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß er leitfähigen Kitt bzw. Klebstoff bzw. Zement zwischen den Ventilblöcken umfaßt, um eine feste selbsttragende Struktur zu bilden.
10. Ableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er ein isolierendes Gehäuse umfaßt, das die Ventilelemente umschließt, eine elektrisch leitende Kappe an jedem Ende aufweist und per-

foriert ist, um eine Zirkulation des isolierenden Fluids um die Ventilelemente herum zu ermöglichen.
11. Ableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Endkappen perforiert sind, um eine Zirkulation von isolierendem Fluid durch das Gehäuse hindurch zu ermöglichen.
12. Ableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Tragvorrichtung ein Gehäuse in der Form eines Maschengitters umfaßt.