DE69401173T2

DE69401173T2 - Überspannungsableiter, Überspannungsableiteranordnung und Herstellungsverfahren für eine Überspannungsableiteranordnung

Info

Publication number: DE69401173T2
Application number: DE69401173T
Authority: DE
Inventors: Shingo Shirakawa; Satoshi Watahiki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2014-07-06
Also published as: KR960016035A; EP0634757B1; EP0634757A1; DE69401173D1; CN1100837A; KR100203523B1; US5548468A; JP2996059B2; JPH0729665A; CN1051399C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter, der zum Beispiel in einem elektrischen Hochleistungs -Übertragungsnetz als Überspannungs-Unterdrückungseinheit verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Überspannungsableiteranordnung mit einer Anzahl von Überspannungsableitern sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Überspannungsableiteranordnung.
Es ist normal, den elektrischen Strom von der Stelle, an der er erzeugt wird, z.B. einem Kraftwerk, über eine Freileitung an die Stelle zu übertragen, an der er verwendet wird. Wenn in eine solche Leitung ein Blitz einschlägt, tritt auf der Leitung eine Überspannung auf, die die elektrischen Geräte beschädigen kann, die mit dem Übertragungssystem verbunden sind. Aus diesem Grund ist es üblich, mit dem elektrischen Übertragungssystem einen oder mehrere Überspannungsableiter zu verbinden, die als Überspannungs-Unterdrückungseinheiten dienen.
Es gibt viele verschiedene Arten von Überspannungsableitern. Bei einer bekannten Art hat der Überspannungsableiter die Form einer Säule mit einer Anzahl von leitenden Elementen, die aufeinandergeschichtet sind. Die leitenden Elemente weisen nichtlineare Eigenschaften auf. Dies kann dadurch erreicht werden, daß sie aus geeignetem Material wie etwa Zinkoxid ausgebildet werden. Bei den bekannten Beispielen für solche Überspannungsableiter haben die leitenden Elemente einen ringförmigen Querschnitt und sind auf einem Isolatorstab befestigt.
Der Überspannungs-Unterdrückungseffekt eines solchen Überspannungsableiters hängt von der Anzahl und der Dicke der leitenden Elemente ab. Damit der Überspannungsableiter nicht zu lang wird, wurde bereits vorgeschlagen, eine Anzahl von geschichteten Säulen vorzusehen, die parallel angeordnet sind, wobei die Säulen elektrisch miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist es möglich, durch Ausbilden eines Leitungsweges, der sich (mittels geeigneter elektrischer Verbindungselemente, die die Säulen an Zwischenpunkten ihrer Länge miteinander verbinden) zwischen den Säulen diese entlang erstreckt, einen ausreichend langen Leitungsweg herzustellen, ohne daß der Überspannungsableiter übermäßig lang wird. Beispiele für solche Überspannungsableiter sind in der JP-A-56- 91 402 und der JP-A-56-164 502 beschrieben.
Ein Überspannungsableiter mit einer Anzahl von geschichteten Säulen hat den Vorteil, daß die Gesamtlänge des Überspannungsableiters klein gehalten werden kann. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die verbleibende Länge immer noch ausreicht, damit der Überspannungsableiter gegenüber mechanischen Stößen empfindlich ist. Wenn ein mechanischer Stoß, etwa durch ein Erdbeben, auf den Überspannungsableiter einwirkt, kommt die Säule in Schwingungen und kann brechen. Dies stellt besonders dann ein Problem dar, wenn ein Schutz gegen sehr hohe Überspannungen erforderlich ist, da dann der Überspannungsableiter lang ist, auch wenn er durch eine Anzahl von Säulen gebildet wird, die elektrisch miteinander verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist daher ein Überspannungsableiter mit einer Anzahl paralleler geschichteter Säulen vorgesehen, deren jede mehrere nichtlineare Leiterelemente aufweist und die über elektrische Verbindungsglieder elektrisch miteinander verbunden sind;
wobei sich eine Tragsäule parallel zu der Anzahl geschichteter Säulen erstreckt, wobei die geschichteten Säulen um die Tragsäule herum und in Kontakt damit angeordnet sind.
Die Tragsäule erhöht die mechanische Festigkeit des Überspannungsableiters, so daß sich die Gefahr einer Beschädigung verringert. Normalerweise ist die Tragsäule aus einem isolierenden Material.
Es ist möglich, die Tragsäule massiv auszubilden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß durch eine hohle Tragsäule eine ausreichende Festigkeit erhalten werden kann, wobei das Gewicht des Überspannungsableiters so gering wie möglich gehalten werden kann. Wie bei den bereits existierenden Systemen können die in den geschichteten Säulen verwendeten nichtlinearen Leiterelemente aus Zinkoxid sein, ringförmig sein und an einem langgestreckten isolierenden Kern (einem Isolatorstab) angebracht sein.
Bei den bekannten Überspannungsableitern, etwa den in der JP-A-56-91 402 und der JP-A-56-164 502 beschriebenen, weisen die geschichteten Säulen isolierende Abstandshalter auf, die die Leiterelemente in Längsrichtung der geschichteten Säulen in Gruppen aufteilen. Jede dieser Gruppen kann nur ein einziges Leiterelement enthalten, normalerweise umfaßt es jedoch deren mehrere. Daher sind in einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Abstandshalter zwischen jeweils zwei geschichteten Säulen durch ein isolierendes Material starr miteinander verbunden, wodurch der Überspannungsableiter eine größere mechanische Festigkeit erhält.
Vorzugsweise bildet der erfindungsgemäße Überspannungsableiter einen Teil einer Überspannungsableiteranordnung, bei der ein oder mehr Überspannungsableiter in einem Gehäuse eingeschlossen sind. Das Gehäuse kann mit einem Isoliergas gefüllt sein, etwa mit SF&sub6;. Wenn die Überspannungsableiteranordnung eine Anzahl vom Überspannungsableitern umfaßt, können diese parallel angeordnet und durch weitere Tragsäulen verbunden sein, wobei die weiteren Tragsäulen mit den geschichteten Säulen von wenigstens zwei der Überspannungsableiter in Kontakt stehen. Jede dieser weiteren Tragsäulen erhöht die mechanische Festigkeit der Überspannungsableiteranordnung als Ganzem. Wieder sind die weiteren Tragsäulen normalerweise isolierend.
Bei einer solcher Überspannungsableiteranordnung können sich die Überspannungsableiter über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken. Vorzugsweise werden jedoch zwei Überspannungsableitergruppen vorgesehen, von denen jede einen oder mehrere Überspannungsableiter enthält, wobei die Gruppen koaxial angeordnet und durch eine geeignete Verbindungseinrichtung miteinander verbunden sind. Die Verbindungseinrichtung kann eine gewisse Relativbewegung der Überspannungsableitergruppen erlauben, z.B. dadurch, daß die Verbindungseinrichtung etwas elastisch ist, wodurch sich die Gefahr von Schäden an der Überspannungsableiteranordnung aufgrund von Schwingungen weiter verringert. Die Verwendung solcher koaxialer Überspannungsableitergruppen stellt daher eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dar.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es auch, daß die Überspannungsableiteranordnung mit einem geringeren Risiko der Beschädigung der Überspannungsableiter hergestellt werden kann. Wenn sich die Überspannungsableiter über die gesamte Länge des Gehäuses erstrecken, müssen sie von einem Ende des Gehäuses in dieses eingesetzt werden, und wenn sich die Überspannungsableiter dabei in Horizontalrichtung erstrecken, unterliegen sie aufgrund der Schwerkraft einer erheblichen Torsionsspannung. Wenn die Überspannungsableiter jedoch aus zwei Überspannungsableitergruppen besteht, können diese von beiden Seiten in das Gehäuse eingesetzt werden, wobei sie erst dann verbunden werden, wenn sie sich bereits im Gehäuse befinden. Da die Länge jeder Überspannungsableitergruppe etwa halb so groß ist wie die erforderliche Gesamtlänge, sind die Spannungen verringert, denen jede Überspannungsableitergruppe ausgesetzt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Überspannungsableiteranordnung vorgesehen, wobei die Überspannungsableiteranordnung einen ersten und einen zweiten Überspannungsableiter jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und ein den ersten und zweiten Überspannungsableiter umschließendes Gehäuse umfaßt;
wobei das Verfahren
das Einsetzen des ersten Überspannungsableiters aus einer ersten Richtung in das Gehäuse;
das Einsetzen des zweiten Überspannungsableiters aus einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung in das Gehäuse,
das Befestigen des ersten am zweiten Überspannungsableiter durch eine Verbindungseinrichtung,
das Verschließen des Gehäuses; und
das Füllen des Gehäuses mit Isoliergas umfaßt
Es ist anzumerken, daß, wenn zwei solche Überspannungsableitergruppen vorgesehen werden, die über eine geeignete verbindungseinrichtung verbunden werden, die Gefahr besteht, daß eine Relativbewegung der Überspannungsableitergruppen Teilchen erzeugt (z.B. aus Metall), die die Überspannungsableitergruppen verunreinigen und die Gefahr einer elektrischen Störung hervorrufen können. Deswegen kann, wenn die Überspannungsableiteranordnung so angebracht ist, daß sich die Überspannungsableiter horizontal erstrecken, im Inneren des Gehäuses unterhalb der Verbindungseinrichtung, die die Überspannungsableitergruppen verbindet, eine Vertiefung vorgesehen werden, die die Teilchen aufnimmt und die die Gefahr einer Verunreinigung herabsetzt.
Um die Gefahr einer elektrischen Störung weiter zu verringern, erfolgt die Verbindung mit den Überspannungsableiter(n) vorzugsweise über einen Abschirmring, der die Überspannungsableiter umgibt. Dieser Abschirmring kann an einem Ende mit dem (den) Überspannungsableiter(n) verbunden sein und am anderen Ende mit der elektrischen Verbindung zu einem externen Gegenstand.
Beispielhaft werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einer Überspannungsableiteranordnung, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 einen Überspannungsableiter für die Ausführungsform der Fig. 1 mit einer Anzahl von geschichteten Säulen;
Fig. 3(a) bis 3(d) Komponenten des Überspannungsableiters der Fig. 2, wobei die Fig. 3(a) einen Schnitt durch den Überspannungsableiter der Fig. 2, die Fig. 3(b) ein leitendes Element und einen Abstandshalter, die Fig. 3(c) zwei miteinander verbundene Abstandshalter und die Fig. 3 (d) einen Verbinder zum elektrischen Verbinden benachbarter geschichteter Säulen zeigt;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Überspannungsableitergruppe bei der Ausführungsform der Fig. 1;
Fig. 5 eine alternative Anordnung von isolierenden Säulen bei der Ausführungsform der Fig. 1;
Fig. 6 einen Querschnitt, der den Aufbau eines Haltestabes bei der Ausführungsform der Fig. 1 zeigt;
Fig. 7 die Verbindung von Gruppen von Haltestäben bei der Ausführungsform der Fig. 1;
Fig. 8 die Verbindung von Halteplatten bei der Ausführungsform der Fig. 1;
Fig. 9 zwei entsprechend der Anordnung der Fig. 1 miteinander verbundene Überspannungsableitergruppen;
Fig. 10 einen Querschnitt durch die Masseverbindung bei der Ausführungsform der Fig. 1;
Fig. 11 einen Querschnitt durch den Masseanschluß bei der Ausführungsform der Fig. 1; und
Fig. 12 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überspannungsableiteranordnung.
Anhand der Fig. 1 bis 11 wird eine erste Ausführungs form der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt eine Überspannungsableiteranordnung in einem isolierenden Gasbehälter mit einem zylindrischen Gehäuse 2. An einer Aufstellfläche 3 angebrachte Schrauben 3B werden in die Füße 2A des Gehäuses eingeführt, um die Füße 2A durch das Anziehen von Muttern 3A an der Aufstellfläche 3 zu befestigen. Das Gehäuse 2 weist an seinen Enden Öffnungen auf, die durch Endplatten 4A, 4B verschlossen sind. Das Innere des Gehäuses ist dadurch luftdicht abgeschlossen, es ist mit einem isolierenden Medium wie SF&sub6;-Isoliergas gefüllt.
Das Gehäuse 2 enthält zwei Überspannungsableitergruppen 20X1 und 20X2, das heißt eine hochspannungsseitige Gruppe und eine niederspannungsseitige Gruppe.
Der genaue Aufbau dieser Überspannungsableitergruppen 20X1, 20X2 wird nun beschrieben. Jede der Überspannungsablei tergruppen 20X1, 20X2 besteht aus einer Anzahl von Überspannungsableitern 10, von denen jeder wie in der Fig. 2 gezeigt aufgebaut ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform bestehen die Überspannungsableiter 10 aus jeweils vier geschichteten Säulen 20A, 20B, 20C und 20D, die parallel zueinander verlau fen. Jede der geschichteten Säulen 20A, 20B 20C, 20D weist eine Anzahl von ringförmigen nichtlinearen leitenden Elementen 25 aus zum Beispiel Zinkoxid auf, die an isolierenden Stäben 24 angebracht sind. In Längsrichtung der Stäbe 24 sind isolierende Abstandshalter 26 vorgesehen, und elektrisch leitende Verbindungselemente 27A aus zum Beispiel Kupfer verbinden das leitende Element 25A des einen Überspannungsableiters mit dem leitenden Element 25B eines anderen Überspannungsableiters. Die Verbindungselemente 27A sind wie in der Fig. 2 gezeigt angeordnet, so daß von einem eingangsseitigen Verbindungsleiter 23B aus, der durch das leitende Element 25 aller vier Säulen 20A, 20B, 20C und 20D verläuft, ein durchgehender elektrischer Weg hergestellt wird. Die Überspannungsableiter 10 bilden daher einen langen leitenden Weg aus. Die Fig. 2 zeigt auch isolierende End-Abstandshalter 23.
Die Fig. 2 stellt nicht die geometrische Anordnung der Säulen 20A, 20B, 20C und 20D dar, die jedoch in der Fig. 3(a) gezeigt ist. Die Fig. 3(a) zeigt, daß die vier Säulen 20A, 20B, 20C und 20D um eine isolierende Säule herum angeordnet sind, die von einem hohlen isolierenden Tragzylinder 22 gebildet wird, und an diesem befestigt sind. Der isolierende Tragzylinder 22 verleiht dem Überspannungsableiter 10 eine erhöhte mechanische Festigkeit.
Die Fig. 3(b) zeigt die ringförmige Struktur der leitenden Elemente 25 und der Abstandshalter 26. Jedes Teil weist ein Loch 29 auf, durch das der isolierende Stab 24 verläuft. Einige der Abstandshalter haben jedoch auch den in der Fig. 3(c) gezeigten Aufbau, bei dem zwei ringförmige Abstandshalter 26 durch eine isolierende Verbindung 260 starr miteinander verbunden sind und so eine Abstandshalterstruktur 26A bilden. Wie in der Fig. 2 gezeigt, werden durch die isolierende Verbindung 260 jeweils zwei der Säulen 20A, 20B, 20C und 20D verbunden, so daß sich für den Überspannungsableiter 10 eine erhöhte Festigkeit ergibt.
Die Fig. 3(d) zeigt, daß das Verbindungselement 27A Teil einer Verbindungseinheit 27 aus zwei kreisringförmigen Ringen ist, die durch das Verbindungselement 27A miteinander verbunden sind. Die kreisringförmigen Ringe der Einheit 27 sind dünn und daher in der Fig. 2 nicht zu sehen. Sie sind jeweils zwischen einem leitenden Element 25 und dem benach barten Abstandshalter 26 eingeklemmt, so daß zwischen dem leitenden Element 25 und dem Verbindungselement 27A eine gute elektrische Verbindung besteht.
Die Fig. 3(a) zeigt auch weitere isolierende Säulen, die von weiteren Hohlzylindern 21 gebildet werden. Der Zweck dieser Zylinder 21 ist aus der Fig. 4 ersichtlich; sie stellen eine Verbindung zwischen zwei Uberspannungsableitern 10 her. Jede Überspannungsableiteranordnung 20X1, 20X2 besteht somit aus vier Überspannungsableitern 10 aus jeweils vier Säulen 20A, 20B, 20C und 20D.
Es ist auch anzumerken, daß in der Fig. 3(a) die isolierte Verbindung 26C der Abstandshalterstruktur 26A ausreichend schmal ist, um nicht mit dem Zylinder 22 in Kontakt zu kommen. Sie steht jedoch mit dem Zylinder 21 in Kontakt, da der Zylinder 21 einen kleineren Durchmesser hat. Es ist jedoch auch möglich, daß die isolierende Verbindung 26C mit beiden Zylindern 21, 22 in Kontakt steht, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist.
Gemäß Fig. 1 ist auf der Oberseite des Gehäuses 2 eine hochspannungsseitige Umhüllung 5 vorgesehen, und eine Abdeckung 6A verschließt eine Vertiefung in der Innenwand des Gehäuses am Boden des Gehäuses 2. An der Abdeckung 6A kann ein anziehendes Element 6B vorgesehen sein, um diejenigen metallischen Teilchen zu sammeln, die durch Stöße oder durch einen Kontakt von Metall auf Metall beim Transport der Überspannungsableiteranordnung 1 entstehen können, um eine Verschlechterung der zuverlässigkeit der Isolierung zu verhindem
Die hochspannungsseitige Umhüllung 5 erstreckt sich von der Oberseite des Gehäuses 2 nach oben. Innerhalb der Umhüllung 5 verläuft ein hochspannungsseitiger Leiter 16. Der hochspannungsseitige Leiter 16 wird von einem isolierenden Abstandshalter 17 gehalten, der von gegenüberliegenden Flanschen 5A in der hochspannungsseitigen Umhüllung 5 aufgenommen wird und der mit der hochspannungsseitigen Umhüllung 5 über Einstellteile 15 verbunden ist. Die hochspannungsseitigen Einstellteile 15 erlauben eine Einstellung des Abstandes zwischen dem hochspannungsseitigen Leiter 16 und einem Ring 14A des hochspannungsseitigen Abschirmringes. Die langgestreckten Leiter 14D erstrecken sich vom Ring 14A in geeigneten Abständen (etwa 90º-Abständen) um die Ringe 14A, 14B, 14C zu einer Installationsplatte 7A. Die Ringe 14A, 14B und 14C und die langgestreckten Leiter 14D umschließen daher die hochspannungsseitige Überspannungsableitergruppe 20X1, die mit einer hochspannungsseitigen Halteplatte 9 verbunden ist. Das Umschließen der hochspannungsseitigen Überspannungsableiter gruppe 20X1 durch den Abschirmring verteilt das elektrische Potential gleichmäßig.
Die Installationsplatte 7A und ein Teil der isolierenden Zylinder 8 ist von einem masseseitigen Schirm 18 umge-10 ben, der an der zu haltenden Endplatte 4A angebracht ist. Ein mittlerer Schirm 19 umgibt eine Verbindungseinrichtung 12 und die niederspannungsseitige Überspannungsableitergruppe 20X2, um deren elektrisches Potential zu vergleichmäßigen. Der mittlere Schirm 19 ist an der Verbindungseinrichtung 12 angebracht und wird davon gehalten.
An den Endplatten 4A, 4B sind die Installationsplatte 7A und eine Befestigungsplatte 7B angebracht. Auf der rechten Seite der Installationsplatte 7A ist eine Anzahl von isolierenden Zylindern 8 angebracht. Die isolierenden Zylinder 8 sind gegen Masse isoliert und können auch den normalen Betriebsspannungen widerstehen. Zwischen der Halteplatte 9, die an den isolierenden Zylindern 8 angebracht ist, und der Verbindungseinrichtung 12 erstrecken sich vier Überspannungsableiter 10 (wie oben beschrieben) und vier isolierende Haltestäbe 11, und zwischen der Verbindungseinrichtung 12 und der niederspannungsseitigen Befestigungsplatte 7B erstrecken sich vier weitere Überspannungsableiter und vier weitere isolierende Haltestäbe.
Die vier isolierenden Haltestäbe 11 sind an der Halteplatte 9 oder der Befestigungsplatte 7B in einem Abstand von jeweils etwa 90º um die Überspannungsableiter 10 angebracht. Die hochspannungsseitige Halteplatte 9 besteht aus einem metallischen Element. An den Oberflächen der hochspannungsseitigen Halteplatte 9, der niederspannungsseitigen Befestigungsplatte 7B und der Verbindungseinrichtung 12 sind mittels Schrauben 13B Befestigungsflansche 13A angebracht, wie es in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Die isolierenden Haltestäbe 11 werden in einen hohlen Abschnitt des Befestigungsflansches 13A eingesetzt und dadurch am Befestigungsflansch 13A befestigt, daß zum Beispiel ein Klebstoff 13C in eine Nut auf der Innenseite des hohlen Abschnittes des Befestigungsflansches 13A gegeben wird.
Die Fig. 7 zeigt auch, daß die Verbindungseinrichtung 12 zwei Verbindungsplatten 12A, 12B umfaßt, die sich parallel zueinander in einer Richtung erstrecken, die im wesentlichen senkrecht zu den isolierenden Haltestäben 11 verläuft.
Auf einer Schraube 12C, die sich durch die Verbindungsplatten 12A und 12B erstreckt, ist eine Mutter angeordnet, die angezogen wird, um die Verbindungsplatten 12A, 12B aneinander zu befestigen. Die Mutter 12D ist über Tellerfedem 12E an der Schraube 12C angebracht, die zwischen die Verbindungsplatten 12A und 12B eingesetzt sind; die Tellerfedem 12E ermöglichen es, die Kraft zwischen den Verbindungsplatten 12A und 12B einzustellen.
Wie in der Fig. 8 gezeigt, sind die Anschlüsse 12G an den beiden Enden eines flexiblen Leiters 12F mit Schrauben 12H an den Verbindungsplatten 12A und 12B befestigt, um über den Leiter 12F eine elektrische Verbindung dazwischen herzustellen.
Auch wenn es in den Fig. 6 bis 8 nicht gezeigt ist, sind zwischen den isolierenden Haltestäben 11, die von den Halteelementen 12 und entweder der niederspannungsseitigen Befestigungsplatte 7B oder der Halteplatte 9 gehalten werden, in einer quadratischen Anordnung vier Überspannungsableiter 10 angeordnet.
Wie oben beschrieben, sind die Überspannungsableiter 10 so aufgebaut, daß vier Säulen 20A, 20B, 20C und 20D schrittweise wie in der Fig. 2 gezeigt verbunden sind, und diese Überspannungsableiter sind um den Tragzylinder 22 wie in der Fig. 3(a) gezeigt angeordnet. Die hochspannungsseitige Überspannungsableitergruppe 20X1 wird dann durch die Parallelverbindung von vier Überspannungsableitern 10 erzeugt und gleichermaßen die niederspannungsseitige Überspannungsableitergruppe 20X2 durch Verbinden von vier Überspannungsableitern 10. Die sich ergebende Anordnung ist in der Fig. 9 dargestellt. Es sind somit vier Überspannungsableiter 10 in einer quadratischen Anordnung, wie in der Fig. 4 gezeigt, angeordnet. Jeder der Überspannungsableiter 10 entsteht durch das Anordnen der ersten bis vierten Säule 20A bis 20D um den entsprechenden Tragzylinder 22. Der Außendurchmesser des Tragzylinders 22 ist größer als der des Tragzylinders 21, der die Überspannungsableiter 10 verbindet. Es ist auch anzumerken, daß die Komponente, die mit dem Symbol 27Z bezeichnet ist, in der niederspannungsseitigen Befestigungsplatte aus einer iso lierenden Platte besteht und andererseits in der hochspannungsseitigen Halteplatte aus einem leitenden Material.
Der eingangsseitige Verbindungsleiter 23B ist elektrisch mit dem Hochspannungsleiter 16A wie in der Fig. 9 gezeigt verbunden. Auf den isolierenden Stäben 24 ist eine Anzahl von nichtlinearen Leiterelementen 25 (aus zum Beispiel Zinkoxid), isolierenden Abstandshaltern 26 und verbindenden leitenden Einheiten 27 aufeinandergeschichtet. Die isolierenden Abstandshalter 26, die leitenden Elemente 25 und Federn 50 werden von der Oberseite des isolierenden Stabes 24 nacheinander auf jede der Säulen 20A, 20B, 20C und 20D aufgesetzt. Dann werden die Verbindungsplatten 12A, 12B mit dem isolierenden Stab 24 verbunden, und Schrauben 24A an den isolierenden Stäben 24 werden angezogen, um die aufeinandergeschichteten Elemente 20 zwischen der Verbindungsplatte 12A und der hochspannungsseitigen Halteplatte 9 bzw. der Verbindungsplatte 12B und der niederspannungsseitigen Befestigungsplatte 7B zu halten. Bei diesem Zusammenbau können die Überspannungsableiter 10 vorab an einer geeigneten Montagestelle außerhalb des Gehäuses 2 zusammengebaut werden, anstelle sie in dem beengten Raum innerhalb des Gehäuses 2 zu montieren.
Der Zusammenbau kann daher leichter erfolgen, und die Arbeitsmöglichkeiten sind besser.
Die Federn 50 sind durch flexible Verbindungsleiter 25Z2 elektrisch geerdet bzw. mit den Verbindungsplatten 12A, 12B verbunden. Andererseits sind die Verbindungsplatten 12A und 12B miteinander durch den flexiblen Leiter 12F elektrisch verbunden.
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die leitenden Elemente 25 und die Abstandshalter 26 ringförmig und in gleichmäßigen Abständen um den Tragzylinder 22 angeordnet. Es ist ersichtlich, daß die Form der leitenden Elemente 25 und die der Abstandshalter 26 für die vorliegende Erfindung nicht kritisch ist und diese daher andere Formen annehmen können, zum Beispiel quadratisch oder oval. Auch ist, obwohl vier Säulen 20A, 20B, 20C und 20D um einen einzigen Tragzylinder 22 angeordnet sind, um den Überspannungsableiter 10 zu bilden, dies nicht wesentlich für die vorliegende Erfindung, und es kann jede Anzahl von Säulen um den Tragzylinder 22 vorgesehen werden, abhängig von der Größe dieses Tragzylin ders 22 und der der Säulen 20A, 20B, 20C und 20D. Es ist auch anzumerken, daß in den Fig. 2 und 9 die Durchmesser der Abstandshalter 26 etwas kleiner sind als die Durchmesser der leitenden Elemente 25. Bei dieser Ausgestaltung haben die Abstandshalter 26 einen kleinen Abstand vom Tragzylinder 22, im Gegensatz zu der in den Fig. 3(a) und 4 gezeigten Ausgestaltung. Selbstverständlich steht der Tragzylinder 22 auch dabei durch den Kontakt mit den leitenden Elementen 25 mit jeder Säule 20A, 20B, 20C und 20D in Kontakt.
Der Durchmesser des Tragzylinders 22 wird von dem Er fordernis bestimmt, daß zwischen den geschichteten Säulen 20A, 20B, 20C und 20D ein Abstand bleibt, um die Isolation dazwischen aufrecht zu erhalten.
Bei der vorliegenden Erfindung sorgt der Tragzylinder 22 dadurch für die strukturelle Festigkeit des Überspannungs ableiters 10, daß er jede der geschichteten Säulen 20A, 20B, 20C und 20D unterstützt. Der Widerstand gegen Schwingungen des Überspannungsableiters 10, zum Beispiel aufgrund eines Erdbebens( ist dadurch erhöht. Eine weitere Unterstützung erfolgt durch die Verbindung 26C aus isolierendem Material für die Abstandshaltereinheiten 26A der geschichteten Säulen 20A bis 20D, wie es oben bereits angegeben wurde.
Das leitende Verbindungselement 27A, das die leitenden Zinkoxidelemente 25 der ersten bis vierten geschichteten Säulen 20A bis 20D verbindet, ist gegenüber den Achsen der geschichteten Säulen 20A bis 20D von der Oberseite des leitenden Elements 25A zum Boden des leitenden Elements 25B hin geneigt, wodurch die Länge der geschichteten Säule für jedes leitende Verbindungselement 27A um ein leitendes Element abnimmt. Die Länge des Überspannungsableiters 10 ist daher verringert.
Für das Masseanschlußteil 27Z ist ein Loch 30 vorgesehen. Das Loch 30 geht durch den Abstandshalter 23B2, die niederspannungsseitige Befestigungsplatte 78 und die Endplatte 48. Am Loch 30 ist im mittleren Abschnitt, der von den vier Überspannungsableitern 10 umgeben ist, ein Masseanschluß 31 vorgesehen. Die Uberspannungsableiter 10 können daher leicht in Position gebracht werden, und gleichzeitig können der Masseanschluß 31 und das Masseanschlußteil 27Z auf dem kürzesten Weg verbunden werden. Die innere Induktanz des Überspannungsableiters 10 kann so verringert werden. Das Masseanschlußteil 27Z jedes Überspannungsableiters 10 ist mit einer Schraube 32 am Massenanschluß 31 befestigt. In ein Masseverbindungsteil 33 ist ein Masseleiter 34 eingesetzt, etwa ein tulpenförmiger Kontakt, der am Masseanschluß 31 für eine elektrische Verbindung vorgesehen ist. Ein masseseitiger Abstandshalter 35 hält den Masseleiter 34 und wird seinerseits von der Endplatte 48 mittels einer Schraube 36 gehalten.
Ein durch einen Pfeil in der Fig. 9 angezeigter Massestrom I fließt wie folgt: Vom hochspannungsseitigen Leiter 15 T zur Umhüllung (14A T 14D) T zur hochspannungsseitigen Halteplatte 9 T zur hochspannungsseitigen Überspannungsableitergruppensäule 20X1 T zum flexiblen Leiter 12F T dem Verbindungsleiter 23B1 T zur niederspannungsseitigen Überspannungsableitergruppe 20X2 T zum Masseanschlußteil 27Z T zum Masseanschluß 31 T zum Masseleiter 34.
Andererseits fließt ein Entladestrom vom hochspannungsseitigen Leiter 15 T zur Umhüllung (14A T 14D) T zur hochspannungsseitigen Halteplatte 9 T zur hochspannungsseitigen Überspannungsableitergruppensäule 20X1. Der Strom wird daher zu einem Rückstrom, wodurch sich die spezifische innere Induktanz der Überspannungsableiteranordnung wegen der gegenseitigen Induktion verringert. Da die Ansprechgrenzspannung auf eine plötzliche Entladung von Ldi/dt (mit der Induktanz L und der momentanen Änderungsrate di/dt) abhängt, nimmt die Grenzspannung ab, wenn die Induktionsspannung aufgrund einer Verringerung der inneren Induktanz abnimmt. Die Schutzeigenschaft der Überspannungsableiteranordnung ist daher verbessert.
Das erfindungsgemäße Haltesystem für eine Überspannungsableiteranordnung hat folgende Auswirkungen:
1. Jede der geschichteten Säulen 20A bis 20D ist in Kontakt mit dem isolierenden Zylinder 22 um diesen herum angeordnet. Jede der geschichteten Säulen 20A bis 20D weist daher eine erhöhte mechanische Festigkeit gegen horizontale und vertikale Schwingungen auf, die ausreicht, eine Beschädigung der Überspannungsableiteranordnung zu verhindern, wodurch der Schutz bei Erdbeben verbessert ist.
Wenn die Überspannungsableiter wie in der Fig. 1 horizontal angeordnet werden, ist es unwahrscheinlich, daß die geschichteten Säulen 20A bis 20D nach unten fallen, da sie sich zwischen dem isolierenden Tragzylinder 22 und den weiteren isolierenden Tragzylindern 21 befinden und stabil sind.
2. Da der isolierende Tragzylinder 22 und auch die weiteren isolierenden Tragzylinder 21 die vier geschichteten Säulen 20A bis 20D an vier Stellen unterstützen, kann der Durchmesser der Überspannungsableiter verringert werden.
Der Durchmesser des isolierenden Tragzylinders 22 ist größer als der der weiteren isolierenden Tragzylinder 21, und es reicht auch aus, nur einen dazwischenliegenden isolierenden Tragzylinder 22 für jeden Überspannungsableiter 10 zu verwenden, was zu einer Verkürzung der Montagezeit beim Zusammenbau der Überspannungsableiteranordnung führt.
3. Um den Masseanschluß 31 können vier Überspannungsableiter 10 angeordnet werden. Das Positionieren der überspannungsableiter 10 ist daher leicht auszuführen, wobei gleichzeitig der Masseanschluß 31 und das Massenanschlußteil 27Z auf dem kürzesten Wege verbunden werden können. Die innere Induktanz der überspannungsableiteranordnung kann so verringert werden, und die Schutzeigenschaften der Überspannungsableiteranordnung sind verbessert.
4. Zum Verbinden des leitenden Zinkoxidelements 25A mit dem benachbarten leitenden Zinkoxidelement 25B wird ein überbrückendes leitendes Verbindungselement 27A verwendet, wobei die Brücke von der Oberseite des leitenden Zinkoxidelements 25A zur Unterseite des leitenden Zinkoxidelements 25B geneigt verläuft, so daß die Höhe der geschichteten Säule um ein leitendes Zinkoxidelement verringert ist. Die Länge des Überspannungsableiters ist daher kleiner, wodurch der Widerstand gegen Erdbeben ansteigt.
5. Das Endteil der hochspannungsseitigen Ring-Umhüllung befindet sich in der Mitte der Überspannungsableiteranordnung, und der Hochspannungsleiter des Überspannungsableiters erstreckt sich in einem rechten Winkel zur Umhüllung. Gegenüber dem Hochspannungs-Leiterelement ist am Boden des Behälters ein nach außen vorstehender, konkaver Abschnitt vorgesehen. Diese Anordnung kann mit einem Gasisolationsschalter verwendet werden. Es kann daher ein Gasisolationsschalter vorgesehen werden, der mit einem Überspannungsableiter verbunden werden kann, der in einem geerdeten, ein isolierendes Gas enthaltenden Behälter horizontal oder vertikal angeordnet ist, damit der Schalter gegen Stromstöße geschützt ist.
Die Fig. 12 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine vertikale Überspannungsableiter anordnung. Abgesehen von der Orientierung der Überspannungs ableiteranordnung entspricht die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im wesentlichen der ersten Ausführungsform, und es werden zur Bezeichnung der entsprechenden Teile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Hochspannungsleiter 16 in geringer Höhe über Grund mit einer hochspannungsseitigen Sammelschiene 40 verbunden. Zum Beispiel kann der Hochspannungsleiter leicht mit dem Sammelschienen leiter 42 eines Transformators 41 verbunden werden. Das heißt, daß der Hochspannungsleiter 16 direkt mit der Transformator-Sammelschiene verbunden werden kann, wodurch die Sammelschiene kurz bleibt, was wiederum zu verringerten Kosten führt. Dies ermöglicht auch gasisolierte Geräte geringer Höhe, und ein weiterer Vorteil ist, daß die Installationsarbeiten für den Transformator leicht ausgeführt werden können.
Der erfindungsgemäße Überspannungsableiter kann nicht nur in einem isolierenden Gas, wie es bei den obigen Ausführungsformen beschrieben ist, sondern auch in Luft verwendet werden. Es ist auch nicht erforderlich, die Überspannungsableiteranordnung in ein enges Gehäuse einzubauen, und die Montagearbeiten werden dadurch erleichtert, daß die Überspannungsableiteranordnung außerhalb des geerdeten Gehäuses vorab zusammengebaut und dann in das geerdete Gehäuse eingesetzt wird, woraufhin isolierendes Gas in das geerdete Gehäuse eingeleitet wird.
Da die Verbindungseinrichtung 12 zwei Verbindungsplatten 12A, 12B umfaßt, die miteinander verbunden sind, wie es oben beschrieben ist,- ist es möglich, die Überspannungsableitergruppen 20X1 und 20X2 von den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 2 einzusetzen. Wie in der Fig. 1 gezeigt, wird daher die Überspannungsableitergruppe 20X1 an der Halteplatte 9 angebracht und über die isolierenden Zylinder 8 mit der Installationsplatte 7A und der Endplatte 4A verbunden und dann von der rechten Seite des Gehäuses 2 der Fig. 1 in dieses eingebaut. Gleichermaßen wird die Überspannungsableiter gruppe 20X2 an der Befestigungsplatte 7B und an der Endplatte 7B befestigt und dann von der linken Seite der Fig. 1 eingesetzt. Dann werden die Verbindungsplatten 12A, 12B miteinan der verbunden. Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß die Überspannungsableitergruppen 20X1, 20X2 und das Verbindungselement 12 geringeren Spannungen unterliegen, als wenn die Überspannungsableitergruppen 20X1, 20X2 außerhalb des Gehäuses 2 miteinander verbunden und dann von einem Ende in das Gehäuse 2 eingesetzt werden.

Claims

1. Überspannungsableiter (10) mit mehreren parallelen geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D), deren jede mehrere nicht-lineare Leiterelemente (25) aufweist und die über elektrische Verbindungsglieder (27A) elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den mehreren geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) eine Tragsäule (22) verläuft, wobei die geschichteten Säulen (20A( 20B, 20C, 20D) die Tragsäule (22) umgeben und berühren.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, wobei die Tragsäule (22) hohl ist.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der mehreren parallelen geschichteten Säulen ferner Isolator-Abstandselemente (26) aufweist und mindestens ein Isolator- Abstandselement (26) einer der mehreren geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) über Isoliermaterial (26C) mit mindestens einem Isolator-Abstandselement (26) einer weiteren der mehreren geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) starr verbunden ist.

4. Überspannungsableiter näch Anspruch 3, wobei das Isoliermaterial (26A) die isolierende Säule (22) berührt.

5. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit vier parallelen geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D).

6. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der mehreren nicht-linearen Leiterelemente (25) ringförmig ist und jede der mehreren parallelen geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) einen die nichtlinearen Leiterelemente (25) tragenden länglichen Isolatorkern (24) enthält.

7. Überspannungsableiter-Anordnung mit einem Überspannungsableiter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem diesen umschließenden, mit Isoliergas gefüllten Gehäuse.

8. Überspannungsableiter-Anordnung mit einem Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem die mehreren parallelen Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) umgebenden Abschirmring (14A, 14B, 14C, 14D), von dem ein erstes Ende mit den mehreren parallelen geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) verbunden und ein zweites Ende an eine elektrische Verbindung (16) angeschlossen ist.

9. Überspannungsableiter-Anordnung mit mehreren Überspannungsableitern (10) jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und mindestens einer weiteren Tragsäule (21), wobei die weitere Tragsäule (21) parallel zu jeder der mehreren geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) jedes Überspannungsableitets (10) verläuft und mindestens eine der mehreren geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) jedes von mindestens zwei der mehreren Überspannungsableiter (10) die weitere Tragsäule (21) berührt.

10. Überspannungsableiter-Anordnung nach Anspruch 9, wobei die weitere Tragsäule (21) einen kleineren Durchmesser hat als die Tragsäule (22) jedes der mehreren Überspannungsableiter (10).

11. Überspannungsableiter-Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Überspannungsableiter (10) jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste und der zweite Überspannungsableiter (10) koaxial angeordnet und über eine Verbindungseinrichtung elektrisch miteinander verbunden sind.

12. Überspannungsableiter-Anordnung nach Anspruch 11, ferner mit einem den ersten und den zweiten Überspannungsableiter (10) umschließenden, mit Isoliergas gefüllten Gehäuse (2)

13. Überspannungsableiter-Anordnung nach Anspruch 12, wobei die mehreren geschichteten Säulen (20A, 20B, 20C, 20D) des ersten und des zweiten Überspannungsableiters (10) horizontal verlaufen und eine im Innern des Gehäuses (2) vorhandene Ausnehmung mit der Verbindungseinrichtung (12) fluchtet und unter ihr angeordnet ist.

14. Überspannungsableiter-Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der erste Überspannungsableiter (10) über ein Isolatorglied (8) mit dem Gehäuse verbunden ist.

15. Verfahren zur Herstellung einer Überspannungsableiter Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Überspannungsableiter (10) jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem diese umschließenden Gehäuse (2), wobei

der erste Überspannungsableiter (10) aus einer ersten Richtung in das Gehäuse (2) eingefügt wird,

der zweite Überspannungsableiter (10) aus einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung in das Gehäuse (2) eingefügt wird,

der erste und der zweite Überspannungsableiter (10) über eine Verbindungseinrichtung (12) aneinander befestigt werden,

das Gehäuse (2) verschlossen wird, und

das Gehäuse (2) mit Isoliergas gefüllt wird.