DE69534541T2

DE69534541T2 - Spannungsableiter

Info

Publication number: DE69534541T2
Application number: DE69534541T
Authority: DE
Inventors: Göran Holmström; Jan Lundquist; Haakan Wieck
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2015-05-11
Also published as: EP0683496A1; CN1145248C; DE69534541D1; CA2149200C; JP3479157B2; BR9502034A; SE9401655D0; CN1115507A; JPH0845709A; US5608597A; SE516123C2; EP0683496B1; AU1796695A; AU690229B2; SE9401655L; CA2149200A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spannungsableiter mit einem Stapel aus zylindrischen Varistorblöcken aus vorzugsweise Metalloxyd, die Ende an Ende in achsialer Richtung der Varistorblöcke zwischen zwei Endelektroden angeordnet sind und von einem langgestreckten elektrisch isolierenden äußeren Gehäuse aus Gummi oder anderem Polymermaterial umgeben sind. Zur Erzeugung des notwendigen Kontaktdruckes zwischen den verschiedenen Elementen des Stapels ist der Spannungsableiter mit einem oder mehreren Kompressionsgliedern versehen, die sich zwischen den beiden Endelektroden erstrecken und an diesem befestigt sind.
Stand der Technik
Spannungsableiter der oben genannten Art sind bereits bekannt aus den Patentschriften US-A-4 656 555 und EP-A-O 230 103. Ein Nachteil dieser bekannten Ausführungen besteht darin, daß, wenn beispielsweise im Falle eines Fehlers an einem Varistorblock, ein Lichtbogen im Inneren des Spannungsableiters mit einem folgenden Druckanstieg entsteht, Teile des Spannungsableiter explosionsartig weggeschleudert werden können, was für die Umgebung schädlich ist. Versuche zur Lösung dieses Problems wurden mittels eines kreuzgewickelten Käfigs durchgeführt, der um den Spannungsableiterstapel angeordnet wurde und Öffnungen zur Druckentlastung enthielt (EP-A-O 335 480). Dies macht die Herstellung jedoch komplizierter und teurer.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungsableiter der oben genannten Art zu entwickeln, der ein besseres Kurzschlußverhalten als die oben genannten bekannten Bauformen insofern aufweist, daß er imstande ist, einen elektrischen/thermischen Zusammenbruch des Varistorstapels Stand zu halten ohne mechanisch auseinderzufallen. Außerdem sollte er eine relativ einfache Konstruktion aufweisen und zu einer kostensparenden Herstellung geeignet sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Spannungsableiter gemäß dem Obergriff des Anspruches 1 vor, der durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gekennzeichnet ist.
Weiterentwickelungen der Erfindung sind gekennzeichnet durch die Merkmale der zusätzlichen Ansprüche.
Die den Kontaktdruck erzeugenden Kompressionsglieder können vorteilhafterweise aus Schleifen (Umschlingungen, Bandagen, Umwicklungen) bestehen, die aus Glasfiberdraht gewickelt sind und in Polymermaterial eingebettet sind, wie dies beispielsweise in der nicht-vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 43 06 691.1 gezeigt ist. Die ein Explodieren verhindernde Bandage gemäß der Erfindung kann dann zweckmäßigerweise aus faserverstärkten Ringen radial außerhalb der Glasfaserschleifen bestehen. Die Ringe können an den Schleifen befestigt sein oder frei sein. Die Breite der Ringe, also ihre achsiale Länge, kann beispielsweise zwischen 10 und 50 mm betragen, sollte aber vorzugsweise kleiner sein als die Höhe der Varistorblöcke. Die radiale Dicke der Ringe kann zweckmäßigerweise 2 bis 5 mm betragen. Die Ringe werden in achsialer Richtung mit Abstand voneinander längs des Varistorblock derart angeordnet, daß ringförmige Öffnungen zur Druckentlastung zwischen ihnen gebildet werden, die eine Breite von 5 bis 50 mm haben können. Die Ringe sollten so angeordnet werden, daß die ringförmigen Öffnungen exakt ge genüber (radial vor) den Verbindungen zwischen benachbarten Varistorblöcken zu liegen kommen. Dies hat eine schnellere Druckentlastung an solchen Punkten zur Folge, an denen die Gefahr der Lichtbogenentstehung am größten ist, so daß die Belastung der Ringe reduziert wird.
Mit einem im wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt kann die Elastizität der Ringe im Vergleich mit einem kreisförmigen Querschnitt gegenüber einer radialen mechanischen Belastung vergrößert werden, wodurch die Ringe einer größeren mechanischen Stoßbelastung widerstehen können. Durch die Einbettung in Silikongummi oder ein anderes Elastomer wird ein Teil der Energie als Scherenergie von dem Elastomer aufgenommen. Alternativ können die Ringe mit einem kreisförmigen Querschnitt hergestellt werden, müssen dann aber stärker dimensioniert werden.
Anstelle von Ringen kann die ein Explodieren verhindernde Vorrichtung als Spirale ausgebildet sein, die in Gestalt einer schraubenförmigen Linie um den Varistorstapel und die Kompressionsglieder herum angeordnet ist.
Die Ringe oder die Spirale können aus kontinuierlich gewickeltem Glasfasermaterial bestehen. Für höhere mechanische Beanspruchungen kann Aramidfaser verwendet werden. Aramidfaser kann eine größere spezifische Last und eine größere Verformung als Glasfaser aufnehmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird genauer erläutert durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen
1 eine Seitenansicht zur Hälfte im Schnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Spannungsableitermoduls, welcher gemäß der Erfindung aufgebaut ist,
2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in 1,
3 eine Seitenansicht, zur Hälfte im Schnitt, eines Spannungsableiter, dessen Inneres im Prinzip aufgebaut ist wie es die 1 und 2 zeigen,
4 eine Endansicht des Spannungsableiters gemäß 3,
5 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Spannungsableitermoduls, welcher gemäß der Erfindung aufgebaut ist,
6 einen Querschnitt längs der Linie VI-VI in 5,
7 und 8 in entsprechender Darstellung wie die 5 und 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Spannungsableiter gemäß der Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Zu dem in den 1 und 2 gezeigten Spannungsableitermodul gehört ein Stapel von fünf varistorelementen 10 in Gestalt kreiszylindrischer Blöcke aus Zinkoxyd (ZnO). Der Varistorstapel ist zwischen einer oberen und einer unteren Endelektrode 11 beziehungsweise 12 eingespannt mit zwischengefügten Druckplatten 13. Die Endelektroden und die Druckplatten bestehen zweckmäßigerweise aus Aluminium. Die achsiale Kompression des Varistorstapels wird erreicht durch vier elektrisch isolierende Kompressionsschleifen 14, 15, 16, 17 (Umschlingungen, Bandagen, Umwicklungen) die aus kontinuierlichen Glasfaserdraht mit vielen Windungen gewickelt sind und die in in Wärme aushärtendem Kunstharz eingebettet sind. Die Kompressionsschleifen 14–17 sind um die Endelektroden 11, 12 gespannt, die für diesen Zweck mit vier radial hervorstehenden Schultern 18 mit kreiszylindrischen Kontaktflächen versehen sind. Die Schleifen können vorgefertigt sein und dann auf den aus Varistorblöcken und Elektroden bestehenden Stapel gespannt werden durch Anziehen eines Bolzens 19, der in die untere Endelektrode 12 eingeschraubt ist und der gleichzeitig als Verbindungsbolzen oder Endanschluß dient. Alternativ kann der notwendige Kontaktdruck dadurch hergestellt werden, daß ein unter vorspannung stehender Glasfaserdraht direkt auf den zusammengesetzten Stapel gewickelt wird. Die obere Endelektrode 11 des Spannungsableitermoduls ist mit einem Gewindeloch 20 versehen für einen Bolzen zur Verbindung (Reihenschaltung) mit einem identischen Modul oder zum äußeren Anschluß.
Um zu vermeiden, daß das Spannungsableitermodul im Falle eines elektrischen/thermischen Versagens des Varistorstapels mechanisch auseinanderfällt, ist der Modul mit einer ein Explodieren verhindernden Vorrichtung versehen, die aus fünf faserverstärkten Ringen 21 besteht, welche den Varistorstapel und die Glasfaserschleifen radial umgeben. Die Ringe 21 sind im wesentlichen rechteckig oder quadratisch und mit Abstand voneinander in achsialer Richtung längs des Stapels derart angeordnet, daß zwischen ihnen ringförmige Öffnungen 22 vorhanden sind zur Druckentlastung im Falle eines Versagens des Spannungsableiters. Die Öffnungen liegen exakt radial gegenüber (vor) den Verbindungen zwischen benachbarten Varistorblöcken.
Ein Spannungsableitermodul der in 1 gezeigten Bauform kann eine Länge von beispielsweise 10–100 cm haben. Er kann allein den aktiven Teil eines Spannungsableiters für Nennspannungen von bis zu 72 kV bilden oder er kann zusammen mit weiteren Modulen zusammengebaut werden zur Bildung von Spannungsableitereinheiten für Nennspannungen von bis zu bei spielsweise 145 kV bilden. Diese ihrerseits können mit weiteren solchen Einheiten zusammengebaut werden zur Schaffung von Spannungsableitern für höhere Nennspannungen von beispielsweise 245 kV und 362 kV. Die Spannungsableiter können mit einem Gehäuse versehen sein, das um die Spannungsableitereinheiten herumgegossen wird und vorzugsweise aus einem Elastomer, wie zum Beispiel Silikongummi oder Ethylen-Propylenteerpolymer (EPDM-Gummi) besteht.
Die 3 und 4 zeigen einen fertiggestellten Spannungsableiter, der aus einem inneren Teil besteht, welches sechs Varistorblöcke 10 enthält und in der Weise aufgebaut ist, wie es anhand der 1 und 2 beschrieben wurde, sowie einem Gehäuse 23 der oben beschriebenen Art, welches auf den inneren Teil aufgegossen ist.
Anstelle der ein Explodieren verhindernden Vorrichtung in Gestalt von Ringen, kann die Vorrichtung auch aus einer Spirale bestehen, die in Form einer schraubenförmigen Linie um den Varistorstapel und die Kompressionsschleifen herum angeordnet ist. Die 5 und 6 zeigen ein Spannungsableitermodul mit einer solchen Spirale 24 mit geschlossenen Enden, während die 7 und 8 ein Spannungsableitermodul mit einer Spirale 25 mit offenen Enden zeigen. Eine offene Spirale hat den Vorteil der einfacheren Montage, während eine geschlossene Spirale eine höhere Festigkeit ergiebt. Im Vergleich zu den Ringen bietet die Spiralform eine größere Deflexion (elastische Nachgiebigkeit) im Falle einer inneren radial gerichteten mechanischen Stoßbelastung. Die Deflexion wird durch das äußere vulkanisierte Elastomergehäuse dadurch verhindert, daß ein größerer Teil des Elastomers die Deformationsenergie aufnimmt.

Claims

Spannungsableiter mit einem Stapel aus zylindrischen Varistorblöcken (10) aus Metalloxyd, welche Varistorblöcke Ende an Ende in achsialer Richtung der Varistorblöcke zwischen zwei Endelektroden (11, 12) angeordnet sind und von einem langgestreckten elektrisch isolierenden äußeren Gehäuse (23) aus Gummi oder anderem Polymermaterial umgeben sind, wobei die genannten Elektroden (11, 12) mittels eines oder mehrerer Kompressionsglieder (14–17) aus Isoliermaterial verbunden sind, um den notwendigen achsialen Kontaktdruck zwischen den verschiedenen Elementen (10, 11, 12) des Spannungsableiters zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistorstapel (10) radial umgeben ist von einer ein Explodieren verhindernden Bandage mit Öffnungen (22), wobei die genannte Bandage besteht aus – einer Vielzahl von ein Explodieren verhindernden Ringen (21) aus Isoliermaterial, die in achsialer Richtung mit Abstand voneinander längs des Varistorstapels angeordnet sind, oder – einer ein Explodieren verhindernden Spirale (24, 25) aus Isoliermaterial, die in Gestalt einer schraubenförmigen Linie um den Varistorstapel angeordnet ist, wodurch die genannten Öffnungen (22) zur Druckentspannung im Falle eines inneren Kurzschlusses in dem Spannungsableiter gebildet werden.
Spannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsglieder (14–17) ebenfalls radial von den genannten Ringen (21) oder der genannten Spirale (24, 25) umgeben sind.
Spannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten Ringe (21) beziehungsweise die genannte Spirale (24, 25) aus einer kontinuierlich gewickelten Glas- oder Aramitfaser besteht, die in in wärme aushärtendem Kunstharz eingebettet ist.
Spannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Ringe (21) eine achsiale Länge haben, die kleiner ist als die Dicke der Varistorblöcke (10), und daß sie so angeordnet sind, daß die druck-entlastenden Öffnungen (22) auf einer Höhe liegen, auf der die Verbindungsstellen zwischen benachbarten Varistorblöcken (10) liegen.
Spannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Ringe (21) nicht kreisförmig sind.
Spannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Ringe (21) im wesentlichen quadratisch oder rechteckig sind.
Spannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Kompressionsglieder (14–17) aus mindestens einer Kompressionsschleife (Umschlingung) besteht, welche den Stapel aus Varistorblöcken (10) und die Elektroden (11, 12) achsial umgibt.
Spannungsableiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsschleife (zum Beispiel 14) aus einer Wicklung mit mehreren Windungen aus elektrisch isolierenden Fasern besteht, zum Beispiel Glasfa sern oder Aramidfasern, die in in wärme aushärtendem Kunstharz eingebettet sind.