DE3306583A1

DE3306583A1 - Ueberspannungsableiter

Info

Publication number: DE3306583A1
Application number: DE19833306583
Authority: DE
Inventors: Per-Aake Dipl.-Ing. 78024 Idkerberget Hellman; Lennart Dipl.-Ing. 77100 Ludvika Stenström
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1983-02-25
Publication date: 1983-09-15
Also published as: US4547831A; CH659924A5; SE430443B; JPS58162002A; CA1203842A; SE8201342L; BR8301057A

Description

Überspannungsableiter

Die Erfindung betrifft einen überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei den Metalloxydvaristoren handelt es sich vorzugsweise um Zinkoxydvaristoren

Im Gegensatz zu den Varistorblöcken in bekannten Ableitern mit SiC-Blöcken und in Reihe geschalteten Funkenstrecken liegt an den Varistorblöcken in einem ZnO-Ableiter (mit oder ohne Funkenstrecke) ständig eine bestimmte Betriebsspannung, wenn der Ableiter an ein unter Spannung stehendes Netz angeschlossen ist. Die Ableiter müssen so dimensioniert sein, daß diese bei normalem Betrieb ständig vorhandene Spannungsbeanspruchung der ZnO-Blöcke an keiner Stelle des Ableiters einen bestimmten Wert überschreitet.

Die Spannungsverteilung längs eines bekannten ZnO-Ableiters wird im wesentlichen bestimmt von den Eigenkapazitäten der Varistorblöcke, den Streukapazitäten zwischen den Varistorblöcken und Erde und von einem normalerweise am oberen Ende des Ableiters angeordneten Steuerring. Die Hauptaufgabe dieses Ringes besteht darin, die durch die Streukapazitäten bedingte ungleichmäßige Spannungsverteilung im Sinne einer linearen Spannungsverteilung zu verbessern. Eine vollständig gleichmäßige (lineare) Verteilung kann bei einer solchen Konstruktion jedoch meistens nicht erreicht werden, vielmehr ist die Spannungsbeanspruchung in der Regel im oberen Teil des Ableiters größer als im unteren Teil des Ab-

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Die aktiven Teile eines im Freien zu verwendenden Überspannungsableiter sind normalerweise in einem Porzellangehäuse mit metallischen Endflanschen untergebracht. Aus fertigungstechnischen Gründen kann ein solches Porzellangehäuse nicht allzu lang gemacht werden. Ableiter für Spannungen über ca. 150 kV sind daher in der Regel aus zwei oder mehreren aufeinander montierten Ableitereinheiten aufgebaut. Bei diesen sogenannten mehrteiligen Ableitern wird die ungleichmäßige Spannungsverteilung längs des Ableiters durch die Streukapazitäten zwischen den Verbindungsteilen und Erde noch verstärkt, was zur Folge hat, daß die obere Einheit des Ableiters im Vergleich zu den übrigen Einheiten relativ stark elektrisch beansprucht wird.

Um eine annehmbare Spannungsverteilung in den meisten längeren ZnO-Ableitern zu erhalten, ist es üblich, Steuerkondensatoren parallel zu den ZnO-Blöcken zu schalten. Steuerkondensatoren mit einer Kapazität, die für diesen Zweck genügend stabil ist, sind jedoch verhältnismäßig teuer, so daß die Kosten für den Ableiter sehr hoch werden.

Nach einem anderen bekannten Vorschlag kann man die Spannungsverteilung in ZnO-Ableitern ohne Verwendung von Steuerkondensatoren dadurch verbessern, daß man spezialgefertigte Varistorblöcke mit Eigenkapazitäten verwendet, die in Richtung vom unteren zum oberen Anschluß sukzessiv zunehmen. Die Kapazität der Varistorblöcke kann dadurch geändert werden, daß der Zusatz an Antimontrioxyd bei der Herstellung variiert wird (siehe die US-PS A 276 578).Die Herstellung von Überspannungsableitern mit solchen spezlalgefertigten Varistorblöcken, die mehrere verschiedene Materialzusammensetzungen haben, ist unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten jedoch kaum realistisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen überspannungsableiter der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem eine weitgehende Linearisierung des Spannungsfalls längs des

Ableiters rait relativ einfachen und preiswerten Mitteln erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein überspannungsableiter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Dadurch, daß der Ableiter gemäß der Erfindung im oberen Teil mit größeren Varistorblöcken als im unteren Teil gebaut wird, erhält man ohne Verwendung von Steuerkondensatoren eine bestimmte Gradierung in der Spannungssteuerung, wodurch der Einfluß der Streukapazität zwischen Ableiter und Erde längs des Ableiters kompensiert wird.

Für den Bau von überspannungsableitern für unterschiedliche Strom- und Spannungsbereiche muß der Hersteller von überspannungsableitern ohnehin Varistorblöcke in mehreren unterschiedlichen Abmessungen herstellen. Daher bedingt die Erfindung praktisch keine Veränderung in der normalen Fertigung von Varistorblöcken. Ein Fertigungsprogramm kann beispielsweise zylindrische Blöcke mit Durchmessern von 60, 67 und 75 Millimetern und mit einer Höhe von ca. 25 Millimetern umfassen.

Theoretisch gesehen kann die gewünschte Spannungsverteilung durch eine sukzessive Variation des Blockquerschnittes in Längsrichtung des Ableiters erreicht werden. Es ist jedoch zu beachten, daß die Energieaufnahmefähigkeit des Ableiters von dem Varistorblock mit den kleinsten Abmessungen bestimmt wird. Für den Spannungsbereich von 245 bis 362 kV, für den meistens Ableiter mit einem Blockdurchmesser von ca. 60 mm gebaut werden, läßt sich eine befriedigende Spannungsverteilung in den meisten Fällen dadurch erreichen, daß man die

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obere Einheit (oder die oberen Einheiten) des Ableiters mit Blöcken aufbaut, die einen Durchmesser von 67 und/oder 75 mm haben. Der Kostenunterschied zwischen einem Block von 67 oder 75 mm Durchmesser gegenüber einem Block von 60 mm Durchmesser ist erheblich kleiner als die Kosten, die eine kapazitive Steuerung erfordern würde.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
1.0

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen mit Zinkoxydvaristoren aufgebauten überspannungsableiter bekannter Art,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines überspannungsableiters gemäß der Erfindung, der dem in Fig. 1 ge

zeigten Ableiter entspricht,

Fig. 3 die Spannungsverteilung in Längsrichtung für verschieden aufgebaute überspannungsableiter.

Der in Figur 1 gezeigte überspannungsableiter besteht aus zwei elektrisch in Reihe geschlateten Ableitereinheiten 1 und 2. Jede Ableitereinheit enthält mehrere zylindrische Zinkoxydvaristorblöcke 3, die in einem Stapel angeordnet sind. Der Varistorblockstapel ist konzentrisch in einem länglichen Porzellangehäuse A mit metallischen Endflanschen 5 und 6 angeordnet. Die beiden Ableitereinheiten sind koaxial zusammengesetz und ihre Längsachse verläuft vertikal. Der Ableiter hat einen oberen Anschluß 7 zum Anschluß an eine spannungsführende Leitung und einen unteren Anschluß 8 zum Anschluß an Erde.

Am oberen Ende des Ableiters ist ein Steuerring 9 aufgehängt. Die metallischen Endflansche an der Verbindungsstelle 10 zwischen den Ableitereinheiten 1 und 2 bilden eine galvanische Verbindung zwischen den Varistorblockstapeln und den Außenflächen des Porzellangehäuses .

Das Ersatzschaltbild eines ZnO-Blockes besteht aus der Parallelschaltung einer Kapazität 11 und eines stark span-

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nungsabhängigen Widerstandes 12. Die Kapazität 11 ist von der Zusammensetzung und den Abmessungen des Blockes abhängig und kann beispielsweise zwischen 300 und 1200 pF pro Block liegen. Bei normaler Betriebsspannung überwiegt der kapazitive Anteil des Ableiterstromes, und die äquivalenten Kapazitäten 11 würden, wären sie allein vorhanden, eine lineare Spannungsverteilung längs des Ableiters gemäß der Geraden in Figur 3 bewirken, in der U die Spannung am Ableiter in Prozent der Gesamtspannung und h den Abstand vom Bodenflansch in Prozent der Ableiterlänge ist. Zwischen Ableiter und Erde sind jedoch verteilte Streukapazitäten vorhanden, die eine ungleichmäßige Spannungsverteilung verursachen. In Figur 1 ist gestrichelt die Streukapazität 13 zwischen den Metallflanschen an der Verbindungsstelle 10 und Erde angedeutet, die beispielsweise in der Größenordnung von 10 pF liegen kann. Diese Streukapazitäten haben zur Folge, daß der Spannungsfall an den Varistorblöcken in der oberen Einheit des Ableiters größer ist als in der unteren Einheit. Durch den Steuerring 9 erzielt man eine gewisse, allerdings nicht ausreichende Verbesserung dieses Zustandes. Die resultierende Spannungsverteilung für den Ableiter nach Figur 1 zeigt Kurve B in Figur 3.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen überspannungsableiter gemäß der Erfindung. Bei diesem Ableiter ist der Durchmesser d₁ der Varistorblöcke der oberen Ableitereinheit 1 größer als der Durchmesser d„ der Varistorblöcke der unteren Ableitereinheit 2. Die Blöcke der oberen Ableitereinheit können beispielsweise einen Durchmesser von 75 mm und eine Kapazität von ca. 1100 pF haben, während die Blöcke der unteren Ableitereinheit einen Durchmesser von 60 mm und eine Kapazität von ca. 700 pF haben können. Kurve C in Figur 3 zeigt die Spannungsverteilung für den Ableiter nach Figur 2. Wie man sieht, kann man mit dieser Ausführung eine verhältnismäßig gleichmäßige Spannungsverteilung ohne Anwendung von Steuerkondensatoren erreichen.

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Die Erfindung ist nicht auf das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel mit zwei Ableitereinheiten beschränkt. Die Erfindung umfaßt auch sowohl Ableiter mit nur einer Einheit (ein einziges Prozellangehäuse), in der Varistorblöcke von mindestens zwei verschiedenen Größen vorhanden sind, als auch Ableiter, die aus mehr als zwei Ableitereinheiten bestehen. Die Größenänderung der Varistorblöcke im Ableiter kann in mehreren Stufen erfolgen. Beispielsweise können bei einem überspannungsableiter, der aus drei koaxial aufeinandermontierten Ableitereinheiten besteht, in der untersten Einheit Blöcke mit einem Durchmesser von 60 mm verwendet werden, in der mittleren Einheit Blöcke mit einem Durchmesser von 67 mm und in der obersten Einheit Blöcke mit einem Durchmesser von 75 mm. Selbstverständlich können auch innerhalb ein und derselben Ableitereinheit Blöcke mit verschiedenen Abmessungen verwendet werden.

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Claims

Patentanwalt und Rechtsanwalt * Dr.-Ing. Dipl.-lng. Joachim B ο e c k e r 6 Frankfurt /Main 1 21.2.1983 Rhl28 Rathenauplatz2-8 g/j pi 2S6 P Telefon: (0611) *2B2365 ^ Telex: 4188 066 «ex d PATENTANSPRÜCHE:

1. Überspannungsableiter mit einem langgestreckten, isolierenden Gehäuse (4, 4) das mit einem oberen und einem unteren Anschluß (7 bzw. 8) versehen ist und mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Metalloxydvaristorblöcke (3) enthält, die in einem Stapel oder mehreren elektrisch in Reihe geschalteten Stapeln zwischen dem oberen und unteren Anschluß (7, 8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistorblöcke (3) im oberen Teil des Ableiters einen größeren Durchmesser haben als im unteren Teil des Ableiters.

2. überspannungsableiter nach Anspruch 1 mit mindestens zwei zwischen dem oberen und dem unteren Anschluß (7 bzw. 8) elek~ trisch in Reihe geschalteten Ableitereinheiten (1, 2), von denen jede ein mit metallischen Endflanschen (5, 6) versehenes isolierendes Gehäuse (4) enthält, in dem eine Anzahl von in einem vertikalen Stapel angeordneten, elektrisch in Reihe geschalteten Metalloxydvaristorblöcken (3) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistorblöcke (3) in der dem oberen Anschluß am nächsten liegenden Ableitereinheit einen größeren Durchmesser haben als die Varistorblöcke in der dem unteren Anschluß am nächsten liegenden Ableitereinheit (2).

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d..) der Varistorblöcke an dem oberen Ende des Ableiters mindestens 5 % und höchstens 80 % größer ist als der Durchmesser (d_?) der Varistorblöcke an dem unteren Ende des Ableiters.

4. überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in ein und derselben Ableitereinheit bzw. in ein und demselben Gehäuse (4) Varistorblöcke (3) mit unterschiedlichen Durchmessern enthalten sind.