DE69734463T2

DE69734463T2 - Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE69734463T2
Application number: DE69734463T
Authority: DE
Inventors: Björn Lindberg
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: CN1126121C; SE506054C2; JP2000505596A; EP0958583B1; WO1997031380A1; EP0958583A1; DE69734463D1; CO4560044A1; JP4091116B2; SE9600641L; US6049049A; BR9707723A; SE9600641D0; CN1216143A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter, umfassend eine lang gestreckte Säule, die aus einer Anzahl von koaxial angeordneten Ventileinheiten zusammengesetzt ist, von denen jede einen Stapel einer Anzahl von zylindrischen Varistorblöcken aufweist, die in der axialen Richtung der Varistorblöcke einer nach dem anderen zwischen zwei Endelektroden angeordnet und von einem lang gestreckten, elektrisch isolierenden äußeren Gehäuse umgeben sind.
Die Erfindung ist primär für die Verwendung in Überspannungsableitern für vergleichsweise hohe Systemspannungen vorgesehen, zum Beispiel 420 kV und höher, aber sie kann ebenso vorteilhaft in Ableitern für niedrigere Spannungen verwendet werden.
Technischer Hintergrund
Überspannungsableiter für Spannungen der vorstehend genannten Größenordnung sind vergleichsweise hoch, können mechanischen Belastungen ausgesetzt sein, zum Beispiel aufgrund von Windlast und Erdbeben.
Es ist vorhergehend bekannt, Überspannungsableiter für hohe Systemspannungen auszulegen mit einem unteren Teil umfassend drei vertikal angeordnete Isolatorsäulen, die an der Unterseite auf einem Metallsockel angebracht sind, der für eine Erdverbindung vorgesehen ist, um einen im Querschnitt gleichschenklig dreieckigen Aufbau zu bilden. Der untere Teil trägt eine zentral platzierte obere Isolatorsäule, die an der Oberseite mit einem Endanker (end armature) versehen ist, der für eine Hochspannungsverbindung vorgesehen ist. Jede Isolatorsäule ist aus einer Vielzahl von koaxial angeordneten hohlen Isolatoren aus Porzellan zusammengesetzt. Die obere Isolatorsäule und eine der Isolatorsäulen in dem unteren Teil umfassen Varistorblöcke, wohingegen die anderen zwei Isolatorsäulen in dem unteren Teil leer sind und nur eine mechanische Funktion besitzen. Ein Bild eines solchen Ableiters, der für Systemspannungen von 1600 kV ausgelegt ist, ist im Asea Journal, 1977, Ausgabe 1., Seite 19 gezeigt. Dieser Ableiter besitzt eine Höhe von 13 Metern. Eine solche Auslegung ist sehr kostspielig und kann weiterhin nicht verwendet werden, ohne spezielle Vorkehrungen zu treffen, wenn die Gehäuse der Ventileinheiten aus einem Polymermaterial anstelle von Porzellan hergestellt sind, da diese Materialien vollständig unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen Überspannungsableiter bereitzustellen, der für das vorstehend genannten Anwendungsgebiet vorgesehen ist, und der deutlich weniger kostspielig ist als vergleichbare Auslegungen des Stands der Technik, und der zusätzlich widerstandsfähiger gegenüber mechanischen Belastungen bzw. Beanspruchungen ist, die aufgrund von äußeren Einflüssen entstehen können, zum Beispiel im Falle von Erdbeben. Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Auslegung erreicht, welche die Merkmale aufweist, die in Anspruch 1 beschrieben werden.
Gemäß der Erfindung ist der Stapel von Überspannungsableitern mechanisch in einen oberen und einen unteren Säulenteil aufgeteilt, und die zwei Säulenteile sind über ein moment-begrenzendes Gelenkelement miteinander verbunden. Das Gelenkelement ist mit einer oberen Lagerplatte hergestellt, die eine konkave Gleitoberfläche aufweist, die in Kontakt mit einer konvexen Gleitoberfläche einer unteren Lagerplatte steht. Die obere Lagerplatte ist mit dem geerdeten Sockel über durch Zug vorbelastete, isolierende Verbindungen verbunden. Das Gelenkelement schließt ein Federsystem ein, das an die Steifigkeit des unteren Säulenteils angepasst ist, um die zwei Lagerplatten (und daher die Endabschnitte der zwei Säulenteile, die durch das Gelenkelement miteinander verbunden sind) in Bezug auf einander in der transversalen Richtung korrekt positioniert zu halten.
Die Form der Gleitoberflächen der Lagerplatten wird durch das Biege- bzw. Auslenkprofil der Ableitersäule bestimmt, und vergleichend betrachtet zeigen die Oberflächen am Rand eine größere winkelbezogene Änderung (geringerer Krümmungsradius) als in der Mitte. In einer solchen Auslegung nehmen die isolierten Verbindungen eine größere Kraft im Bezug auf die Ableitersäule auf, und diese Differenz erhöht sich im Bezug mit der Biegung. Auf diese Weise kann der Ableiter auch sehr hohen statischen und dynamischen Lasten bzw. Belastungen standhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird durch die Beschreibung von Ausführungsformen detaillierter beschrieben werden, unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung, worin
1 in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines Überspannungsableiters zeigt, der gemäß der Erfindung ausgelegt ist; und
2 in einem axialen Schnitt ein moment-begrenzendes Gelenkelement zeigt, das in einem Überspannungsableiter gemäß 1 enthalten ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Der in 1 gezeigte Überspannungsableiter ist für eine Systemspannung von 550 kV vorgesehen, und besitzt eine Höhe von 5 m. Der Ableiter weist die Form einer langgestreckten Säule auf, die aus zwölf koaxial angeordneten Ventileinheiten 10 zusammengesetzt ist. Jede dieser Ventileinheiten umfasst einen Stapel einer Anzahl von zylindrischen Varistorblöcken, die in der axialen Richtung der Varistorblöcke einer nach dem anderen zwischen zwei Endelektroden 11, 12 angeordnet und von einem lang gestreckten, elektrisch isolierenden äußeren Gehäuse 13 umgeben sind, wie zum Beispiel in der schwedischen Patentanmeldung 9402745-5 gezeigt. Der Ableiter ist mit einem oberen Endanker 14 versehen, der dazu vorgesehen ist, mit einem Hochspannungsleiter verbunden zu werden, und einem unteren Endanker 15, der mit einem Anschluss 16 für einen Erdleiter versehen ist. Der obere Endanker 14 trägt drei Abschirmringe 17, 18, 19.
Der Ableiter ist mechanisch in einen oberen Säulenteil 20, der die vier obersten Ventileinheiten umfasst, und eine untere Säule 21 aufgeteilt, welche die acht untersten Ventileinheiten umfasst. Die zwei Säulenteile 20, 21 sind über ein Gelenkelement 22 miteinander verbunden. Aus Gründen der Anbringung bzw. Befestigung ist der untere Säulenteil aus zwei Befestigungseinheiten zusammengesetzt, von denen jede vier Ventileinheiten 10 umfasst, und die über einen Zwischenflansch 23 aneinander befestigt sind.
Das Gelenkelement 22 (2) umfasst eine obere Lagerplatte 24, die an dem unteren Endabschnitt des oberen Säulenteils 20 befestigt ist, und eine untere Lagerplatte 25, die an dem oberen Endabschnitt des unteren Säulenteils 21 befestigt ist. Die obere Lagerplatte 24 weist eine konkave Gleitoberfläche auf, die in Kontakt mit einer konvexen Gleitoberfläche der unteren Lagerplatte 25 steht. Die Geometrie (die Variation des Krümmungsradius von der Mitte der Oberflächen in Richtung zum Rand) der Gleitoberfläche wird durch das Auslenkprofil der Säulenteile bestimmt.
Die obere Lagerplatte 24 trägt einen Abschirmring 26, der an der oberen Lagerplatte mit Hilfe von drei Haltestäben 27 befestigt ist, die, in Bezug auf den Winkel verschoben, in gegenseitig gleichen Abständen um den Rand der Platte herum befestigt sind. Von den Befestigungspunkten der Haltestäbe 27 in dem Abschirmring 26 erstrecken sich drei elektrisch isolierende, durch Zug vorbelastete Verbindungen 28, die an dem unteren Teil an dem unteren Endanker des Ableiters befestigt sind. In dem gezeigten Beispiel liegen die Verbindungen 28 in der Form von Hänge-Isolatoren aus polymerem Material vor.
Um das oberen Ende des unteren Säulenteils in einer korrekten Position in Bezug auf den oberen Säulenteil zu halten, ist das Gelenkelement 22 mit einem Federsystem versehen, umfassend eine Anzahl von Blattfedern 29, die an dem Rand der oberen Lagerplatte befestigt sind, und sich über die randseitige Oberfläche der unteren Lagerplatte 25 nach unten erstrecken. Die Blattfedern 29 können aus einem flachen Streifen (bar) Federstahl hergestellt werden, dessen Charakteristik an die Steifigkeit des unteren Säulenteils angepasst ist. Die Blattfedern sind mittels Befestigungsbolzen 30 an der oberen Lagerplatte befestigt.
Eine der Gleitoberflächen der zwei Lagerplatten kann mit einer die Reibung verringernden Beschichtung, zum Beispiel aus Polytetrafluor-Ethylen versehen sein.
Die elektrische Verbindung zwischen dem oberen und dem unteren Säulenteil wird mit Hilfe einer flexiblen Leiters erreicht, der das Gelenkelement 22 überbrückt.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt, sondern es ist eine Vielzahl von Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche möglich. Zum Beispiel kann jede der isolierenden Verbindungen 28 über eine separate Zugfeder an dem unteren Endanker 15 befestigt sein, um die erforderliche Zug-Vorbelastung zu erreichen.

Claims

Überspannungsableiter, umfassend eine lang gestreckte Säule (20, 21), zusammengesetzt aus einer Anzahl von koaxial angeordneten Ventileinheiten (10), von denen jede einen Stapel einer Anzahl von zylindrischen Varistorblöcken aufweist, die in der axialen Richtung der Varistorblöcke einer nach dem anderen zwischen zwei Endelektroden (11, 12) angeordnet sind, und von einem lang gestreckten, elektrisch isolierenden äußeren Gehäuse (13) umgeben sind, wobei der Ableiter mit einem oberen Endanker (14) versehen ist, der für eine Hochspannungsverbindung ausgelegt ist, und einem unteren Endanker (15), der für eine Masseverbindung ausgelegt ist, wobei die Säule (20, 21) einen oberen Säulenteil (20) und einen unteren Säulenteil (21) aufweist, wobei die Säulenteile über ein momentbegrenzendes Gelenkelement verbunden sind, das so angeordnet ist, dass die Säulenteile (20, 21) in Bezug auf einander schwenkbar beweglich sind, wenn der Ableiter hohen mechanischen Belastungen unterworfen ist.
Überspannungsableiter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (22) eine obere Lagerplatte (24) umfasst, die an dem unteren Endabschnitt des oberen Säulenteils (20) befestigt ist, und eine untere Lagerplatte (25), die an dem oberen Endabschnitt des unteren Säulenteils (21) befestigt ist, und dadurch, dass die obere Lagerplatte (24) eine konkave Gleitoberfläche aufweist, die in Kontakt mit einer konvexen Gleitoberfläche der unteren Lagerplatte (25) steht, und dadurch, dass die obere Lagerplatte (24) über momentübertragende, isolierende Verbindungen mit dem unteren Endanker (15) des Ableiters verbunden ist.
Überspannungsableiter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkelement (22) ein an die Steifigkeit des unteren Säulenteils (21) angepasstes Federsystem umfasst, um den unteren Säulenteil zu positionieren.
Überspannungsableiter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federsystem eine Anzahl von Blattfedern (29) umfasst, die an dem Rand der oberen Lagerplatte (24) befestigt sind, und sich nach unten über die randseitige Oberfläche der Lagerplatte (25) erstrecken.
Überspannungsableiter gemäß irgendeinem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Lagerplatte (24) einen Abschirmring (26) trägt, und dass die isolierenden Verbindungen sich zwischen dem Abschirmring (26) und dem unteren Endanker (15) des Ableiters erstrecken.
Überspannungsableiter gemäß irgendeinem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Verbindungen (28) in der Form von Hänge-Isolatoren aus polymerem Material vorliegen.
Überspannungsableiter gemäß irgendeinem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Verbindungen (28) durch Zug vorbelastet sind.
Überspannungsableiter gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der isolierenden Verbindungen (28) in Reihe mit einer Zugfeder verbunden ist.
Überspannungsableiter gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (13) der Ventileinheiten (10) aus Gummi oder einem anderen polymeren Material hergestellt sind.