EP0036046B1

EP0036046B1 - Gekapselter Ueberspannungsableiter

Info

Publication number: EP0036046B1
Application number: EP80200386A
Authority: EP
Inventors: Gaston Dipl.-El.-Ing. Ecklin
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1980-04-28
Publication date: 1984-03-14
Also published as: DE3066927D1; SU1166672A3; JPS6126449B2; JPS56500799A; EP0036046A1; HU186886B; BR8107092A; JPS57500356A; WO1981002812A1; US4408249A

Description

Die Erfindung betrifft einen in ein elektrisch leitfähiges und geerdetes Gehäuse eingeschlossenen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Ableiter ist etwa aus dem Artikel »Reliability and Application of Metal Oxide Surge Arrestors for Power Systems« von S. Tominaga et al., IEEE Transactions on Power Apparaturs and Systems, Vol. PAS-98, No. 3 (1979), insbesondere S. 809, bekannt. Bei diesem Ableiter werden eine lineare Potentialverteilung längs des Ableiteraktivteils und eine gute Spannungsfestigkeit durch ein elektrisch leitendes, mit einem hochspannungsführenden Teil verbundenes und sich längs der Ableiterelemente erstreckendes Schild sowie durch Abschirmringe erreicht. Der konstruktive Aufwand ist bei derartigen Ableitern erheblich. Darüber hinaus können Form und Abmessungen der Abschirm- und Steuerungskörper nur durch verhältnismäßig komplizierte Meß- und Rechenverfahren ermittelt werden. Insbesondere bei in kleiner Serie gebauten Ableitern ist daher mit hohen Herstellungskosten zu rechnen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ableiter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine lineare Verteilung des Potentiales längs des Ableiteraktivteils und eine optimale Spannungsfestigkeit mit einfachen Mitteln erreicht werden, und welcher sich darüber hinaus auch in kleiner Serie in rationeller Weise herstellen läßt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Beim erfindungsgemäßen Ableiter lassen sich die als Steuerungs- und Abschirmkörper wirkenden Beläge mit geringem Aufwand sehr genau berechnen. Durch die vorliegende Anordnung der Beläge wird in einfacher Weise ein hoher Grad an Linearisierung der Potentialverteilung längs des Ableiteraktivteils erreicht. Das bedeutet, daß die Abmessungen des Ableiters minimalisiert werden können. Elektrische Feldbilder zur Ermittlung der Potentialverteilung sind nicht notwendig.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So wird mit den Maßnahmen gemäß Anspruch 2 bereits ein für die meisten Ableiter ausreichender Grad an Linearisierung erreicht, wohingegen sich der Ableiter gemäß Anspruch 3 durch einen nahezu linearen Potentialabbau auszeichnet. Die Ausführungsform nach Unteranspruch 4 ist sehr empfehlenswert, da beim Wickeln des Isolierstoffkörpers die bei der Herstellung von Kondensator-Durchführungen bekannte Wickeltechnik angewandt werden kann. Darüber hinaus kann der gewickelte Isolierstoffkörper gegebenenfalls als Zugelement zur Verspannung der Ableiterelemente des Aktivteils benutzt werden. Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 5 wird in besonders zweckmäßiger Weise die gegebenenfalls am Ableiteraktivteil auftretende Wärme abgeführt.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung Aus führungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Ableiters, bei dem die Beläge gleiche axiale Länge (I) und Treppenstufen gleicher Breite (s) aufweisen, jedoch benachbarte Beläge von innen nach außen in zunehmendem Maße voneinander entfernt sind, und
Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Ableiters, bei dem die Beläge gleichen Abstand (d) voneinander und Treppenstufen gleicher Breite (s) aufweisen, jedoch benachbarte Beläge von innen nach außen in zunehmendem Maße eine geringere Axialerstreckung (I) aufweisen.

In gleichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen auch gleiche Elemente bezeichnet. Mit 2 sind zylindersymmetrische, zinkoxidhaltige Widerstandsscheiben bezeichnet, welche säulenförmig übereinander gestapelt sind, wobei die unterste Scheibe mit Erde und die oberste Scheibe mit Hochspannung 7 verbunden ist. Diese Scheiben bilden die Elemente des Aktivteils 3 eines Überspannungsableiters und befinden sich im Inneren einer metallischen Kapselung 1, welche mit einem Isoliermittel, etwa gasförmigem Schwefelhexafluorid (SF₆) oder Stickstoff, gefüllt ist. Zwischen den Scheiben 2 und der Kapselung 1 befindet sich ein rotationssymmetrischer Isolierkörper 5, in welchem den Ableiteraktivteil 3 konzentrisch umgebende, voneinander elektrisch isolierte und parallel zur Säulenachse 4 des Ableiteraktivteils 3 angeordnete, elektrisch leitende Beläge 6 vorgesehen sind. Zwischen Aktivteil 3 und Isolierkörper 5 sind längs des Aktivteils sich erstreckende Kanäle 8 vorgesehen, durch die das Isoliermittel zirkulieren und gegebenenfalls am Aktivteil 3 auftretende Wärme abführen kann. Eine auf Hochspannungspotential liegende Schirmelektrode 9 homogenisiert das elektrische Feld der im Bereich des Hochspannungspotentials 7 angeordneten innersten Beläge 6.
Die kapazitiv wirkenden Beläge 6 sind derart im Isolierkörper 5 angeordnet, daß die Spannung zwischen Hochspannungspotential 7 und Erde linear über den Aktivteil 3 abgebaut wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Beläge 6 auf ihren von der hochspannungsführenden Seite des Aktivteils 3 abgewandten Enden auf der Innenseite mit geeigneter Stufenbreite s gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei die Elementarkapazitäten zwischen benachbarten Belägen 6 durch die richtige Wahl des Abstandes d, der Länge I und des Radius r dieser Beläge unter Berücksichtigung der Streukapazitäten geeignet bestimmt werden. Die Beläge 6 bilden auf ihren inneren, dem Aktivteil 3 zugewandten Seiten eine Treppe, deren Stufe im Bereich der hochspannungsführenden Seite des Aktivteils 3 vom Aktivteil 3 den geringsten Abstand aufweisen. Der mit geringstem Abstand vom Aktivteil 3 angeordnete Belag im Bereich der hochspannungsführenden Seite des Aktivteils 3 ist mit Hochspannungspotential 7 verbunden, während der den größten Abstand vom Aktivteil 3 aufweisende Belag im Bereich des geerdeten Teils des Aktivteils 3 angebracht und mit Erde verbunden ist. Leicht zu realisierende lineare Potentialverteilungen längs des Aktivteils 3 ergeben sich dann, wenn die Breite s der Treppenstufen und - wie in Fig. 1 - die Länge der Beläge 6 jeweils in axialer Richtung konstant sind und die in radialer Richtung durch den Abstand zweier benachbarter Beläge 6 bestimmte Stufenhöhe von innen nach außen zunimmt oder - wie in Fig. 2 - die Stufenhöhe d konstant ist und die Länge I benachbarter Beläge von innen nach außen abnimmt.
Es ist nicht notwendig, daß die den Aktivteil 3 umgebenden Beläge 6 galvanisch ringförmig geschlossen sind. So hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, die Beläge in einen folienförmigen Isolierstoff wie Hart- oder Weichpapier von ca. 0,1 mm Dicke oder irgendeinen isolierenden Kunststoff sukzessive einzuwickeln. Die Beläge werden hierbei als dünne Metallfolie eingelegt oder als einige jim dicke Leitschicht aufgedruckt. Der gewickelte Isolierstoffkörper 5 ist im allgemeinen zylindersymmetrisch. Um die Erdkapazitäten klein zu halten, ist es jedoch vorteilhaft, Teile des Körpers 5 zwischen Belag 6 und Gehäuse 1 zu entfernen, so daß der Körper 5 - wie den Figuren zu entnehmen ist - auf der Außenseite zumindest teilweise als Kegelstumpf ausgebildet ist. Aufgrund der Wickeltechnik weisen die Beläge 6 keine strenge Rotationssymmetrie um die Säulenachse 4 auf, sondern erweitern sich entsprechend der Foliendicke spiralförmig, doch ist diese Abweichung von der Zylindersymmetrie vernachlässigbar, da der Abstand Belag 6 Aktivteil 3 verglichen mit der Schichtdicke der Folie um Größenordnungen höher liegt. Durch die Wickeltechnik lassen sich nicht nur in einfacher Weise die Beläge 6 im Isolierstoffkörper 5 fixieren, sondern läßt sich durch mehrfaches Wickeln der Folien in einfacher Weise die Stufenhöhe d verändern.
Für den erfindungsgemäßen Überspannungsableiter sind funkenstreckenfreie Ableiterelemente wie etwa zinkoxidhaltige Widerstände besonders geeignet, doch ist es möglich, auch funkenstreckenhaltige Aktivteile einzusetzen.

Bezeichnungsliste

1 Gehäuse
2 Ableiterelemente
3 Ableiteraktivteil
4 Säulenachse
5 Isolierkörper
6 Beläge
7 Hochspannungspotential
8 Kanäle
9 Schirmelektrode
d Abstand benachbarter Beläge Länge eines Belags
r Radius eines Belags
s Versetzung benachbarter Beläge

Claims

1. Überspannungsleiter mit einem elektrisch leitfähigen und geerdeten Gehäuse (1), einem zwischen Hochspannungs- und Erdpotential liegenden und im Gehäuse (1) angeordneten Ableiteraktivteil (3), enthaltend scheibenförmige, zu mindestens einer Säule übereinander gestapelte zinkoxidhaltige Widerstandselemente (2), und mit Abschirm- und Steuerungskörpern zur Erzeugung einer linearen Potentialverteilung längs des Ableiteraktivteils (3), dadurch gekennzeichnet, daß als Abschirm- und Steuerungskörper den Ableiteraktivteil (3) annähernd konzentrisch umgebende und in einem Isolierstoffkörper (5) parallel zur Säulenachse des Ableiteraktivteils (3) gegeneinander versetzt angeordnete, elektrisch leitende Beläge (6) vorgesehen sind, von denen der dem Hochspannungspotential am nächsten liegende Belag (6) vom Ableiteraktivteil (3) den geringsten und der dem Erdpotential am nächsten liegende Belag (6) den größten Abstand hat, wobei die Abstände der Beläge (6) von der Hochspannungsseite her nach Art einer Treppe kontinuierlich zunehmen, und daß entweder bei gleichbleibender Länge (I) von Belägen (6), deren Abstände (d(r)) voneinander vom hochspannungsseitigen Ende her zunehmen oder bei gleichbleibenden Abständen (d) von Belägen (6) voneinander, deren Längen (I(r)) vom hochspannungsseitigen Ende her abnehmen.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 10 Beläge (6) vorgesehen sind.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 50 - 150 Beläge (6) vorgesehen sind.

4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge (6) in einen folienförmigen Isolierstoff wie Hart- oder Weichpapier gewickelt sind.

5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Isolierstoffkörper (5) und Ableiteraktivteil (3) sich längs des Ableiteraktivteils (3) erstrekkende Kanäle (8) vorgesehen sind.

6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper (5) zumindest teilweise Kegelstumpfform aufweist.