EP0037364B1

EP0037364B1 - Überspannungsableiter mit einer Säule von Ableiterelementen und Abschirmkörpern

Info

Publication number: EP0037364B1
Application number: EP81730024A
Authority: EP
Inventors: Michael Dr. Crucius; Mohamed Aziz Hassan
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1981-03-09
Publication date: 1984-07-18
Also published as: JPS56152183A; EP0037364A1; DD157647A5; DE3012741C2; SU1153848A3; ZA812067B; BR8101869A; IN152934B; ATE8549T1; US4369480A; DE3012741A1; JPH0126154B2

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Überspannungsableiter mit

a) einer aus einer Vielzahl von Ableiterelementen gebildeten Säule und
b) mehreren die Säule umschließenden Abschirmkörpern.

Ein Überspannungsableiter mit diesen Merkmalen ist beispielsweise durch die DE-AS 20 37 921 bekanntgeworden. Die Abschirmkörper haben dabei die Aufgabe, für eine gleichmäßige Verteilung der Spannung auf die in Reihe geschalteten Ableiterelemente zu sorgen. Das erwünschte Arbeiten des Überspannungsableiters läßt sich auf diese Weise auch dann sicherstellen, wenn der Überspannungsableiter ein geerdetes Metallgehäuse besitzt, wie man es in Verbindung mit druckgasisolierten, metallgekapselten Schaltanlagen verwendet.
Die erwähnte Anordnung der Ableiterelemente, zu denen insbesondere spannungsabhängige Widerstände und Funkenstrecken gehören, in einer Säule ist bei Überspannungsableitern seit langer Zeit bewährt, weil sie die erwünschte Reihenschaltung ohne zusätzliche Schalt- oder Verbindungselemente ermöglicht. Diese Anordnung führt jedoch zu einer außerordentlichen Höhe der Überspannungsableiter, wenn diese für sehr hohe Betriebsspannungen, z. B. 500 kV oder mehr, ausgeführt werden sollen. Zur Verringerung der Bauhöhe ist es bereits bekannt, die Ab- lei_terelemente auf mehrere parallele Säulen zu verteilen und hierzu gerüst- oder etagenartige Konstruktionen anzuwenden (CH-PS 304299 und 303429 sowie US-PS 2946920). Diese Anordnungen eignen sich jedoch nicht für metallgekapselte Ableiter, weil der Aufwand für die Vergleichmäßigung der Spannungsverteilung zu groß wird und der Raumgewinn zum Teil durch die Mittel für die Spannungsverteilung aufgezehrt wird. Einfache Abschirmkörper wie bei der einsäuligen Anordnung sind jedenfalls nicht anwendbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gleichermaßen zum Einbau in Metallkapselungen oder für Freiluft geeigneten Überspannungsableiter für hohe und sehr hohe Betriebsspannungen zu schaffen, der bei geringer Bauhöhe mit einfachen Mitteln zur Steuerung der Spannungsverteilung auskommt und ein größeres Energieaufnahmevermögen besitzt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß

c) die Abschirmkörper untereinander durch Stützkörper verbunden sind und daß
d) die Abschirmkörper eine Einrichtung zur Befestigung von Ableiterelementen besitzen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, eine Anzahl von Abschirmkörpern als Träger von Ableiterelementen einzusetzen, anstatt wie bisher eine Säule von AbIeiterelementen als Träger von Abschirmkörpern zu benutzen.
Die Raumausnutzung kann noch dadurch gesteigert werden, daß in dem von jedem Abschirmkörper umschlossenen Raum mehrere Ableiterelemente in Reihen- und/oder Parallel schaltung angeordnet sind. Eine mechanisch stabile Anordnung läßt sich dabei so erreichen, daß die Abschirmkörper an ihrem inneren Umfang eine umlaufende Vertiefung besitzen, in der Klemmstücke verankerbar sind. Als Klemmstükke sind beispielsweise Gleitmuttern verwendbar, in die die Ableiterelemente mit einem Gewindebolzen eingeschraubt werden.
Eine Parallelschaltung von Ableiterelementen kann sich auch über mehrere Ebenen erstrecken. Insbesondere können wenigstens zwei benachbarte Abschirmkörper untereinander leitend verbunden und dadurch die an ihnen angebrachten Ableiterelemente parallelgeschaltet sein. Somit lassen sich unter Verwendung einheitlicherTeile Überspannungsableiter mit den jeweils gewünschten Werten des Ableitstromes und der Löschspannung bei erhöhtem Energieaufnahmevermögen herstellen.
Mehrere Ableiterelemente können in dem von einem Abschirmkörper umschlossenen Raum insbesondere in kreuz. oder sternförmiger Anordnung untergebracht werden; dabei empfiehlt es sich, im Mittelpunkt dieser Anordnung einen Verbindungskörper vorzusehen, der mit den Verbindungskörpern benachbarter Gruppen von Ableiterelementen verbindbar ist. Die Verbindungskörper können leitend oder isolierend sein, je nachdem, auf welchem Weg der Ableitstrom die Gesamtanordnung durchfließen soll.
Eine aus gleichartigen, von Abschirmkörpern und in deren Innenraum angeordneten Ableiterelementen gebildete Anordnung kann an beiden Enden mit Abschirmkörpern größeren Durchmessers versehen sein. Diese verbessern das Feldbild an den Enden der Ableiteranordnung und können zugleich zur Befestigung innerhalb eines umschließenden Gehäuses oder als erdseitige Basis bzw. Spannungsanschluß bei einer Aufstellung ohne Gehäuse benutzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die
Fig. 1 zeigt einen metallgekapselten Überspannungsableiter im Schnitt. In der Fig. 2 und 3 sind zwei Ausführungsformen von Überspannungsableitern für Freiluftaufstellung ohne Gehäuse in Ansicht dargestellt.
Der Überspannungsableiter 1 umfaßt ein Metallgehäuse 2, das gasdicht verschließbar ist und ein Isoliergas, z. B. SF₆, enthält. Der als Ganzes mit 3 bezeichnete aktive Teil des Ableiters ist mittels einer Durchführung 4 mit den spannungführenden Teilen der zu schützenden Anlage verbunden. Am gegenüberliegenden Ende des zy lindrischen Gehäuses 2 befindet sich ein Erdan schluß 5.
Der aktive Teil 3 umfaßt eine Anzahl kreisringförmiger Abschirmkörper 6, die an ihrem inneren Umfang eine nutartige Vertiefung 7 aufweisen. Es kann sich auch um einen Schlitz handeln, wenn die Abschirmkörper 6 als Hohlkörper aus Blech hergestellt sind. Die Nut 7 schafft die Möglichkeit, an jeder beliebigen Stelle des inneren Umfanges der Abschirmkörper 6 mittels geeigneter Klemmstücke, Gleitmuttern oder ähnlicher Teile Ableiterelemente 10 zu befestigen. In dem gezeigten Beispiel sind in dem von jedem Abschirmkörper 6 umschlossenen Raum vier Ableiterelemente 10 in kreuzförmiger Anordnung vorgesehen. Diese vier Ableiterelemente sind bei leitender Verbindung mit den Abschirmkörpern 6 und mit einem gemeinsamen zentralen Verbindungskörper 11 elektrisch parallelgeschaltet. Jedes einzelne Ableiterelement 10 kann dabei ein spannungsabhängiger Widerstand, eine Funkenstrecke, eine Reihenschaltung solcher Elemente oder ein der Steuerung der Spannungsverteilung dienendes Element sein. Welche Elemente gewählt bzw. miteinander kombiniert werden, hängt davon ab, welche Spannungen und Ströme der Überspannungsableiter beherrschen soll. Im Hinblick auf eine möglichst kompakte Bauform des Überspannnungsableiters für hohe und sehr hohe Betriebsspannungen empfiehlt es sich, als spannungsabhängige Widerstände solche auf der Basis von Zinkoxid zu verwenden. Natürlich sind auch Widerstände auf der Basis von Siliziumkarbid oder anderen nichtlinearen Materialien verwendbar.
Wie die Fig. 1 zeigt, ist an jeder Verbindungsstelle eines Ableiterelementes 10 mit einem Abschirmkörper 6 auf der einen Seite ein isolierender Stützkörper 12 und auf der anderen Seite ein leitender Stützkörper 13 angeordnet. Auf diesen ruht jeweils die nächste Gruppe von Ableiterelementen 10 mit ihrem zugehörigen Abschirmkörper 6. Wählt man abwechselnd von Ebene zu Ebene teilende und isolierende Stützkörper und stellt in entsprechend abwechselnder Folge leitende Verbindungen zwischen je zwei mittleren Verbindungskörpern 11 her, so erhält man einen abwechselnd von außen nach innen und von innen nach außen verlaufenden Strompfad durch den gesamten Überspannungsableiter. Wie ohne weiteres erkennbar ist, kann je Ebene auch eine kleinere oder größere Anzahl von Ableiterelementen als vier untergebracht werden.
Am unteren Ende der gezeigten Anordnung befindet sich ein weiterer Abschirmkörper 14 mit größerem Durchmesser zur Vergleichmäßigung des Randfeldes. Ein gleicher größerer Abschirmkörper 14 befindet sich am oberen Ende des aktiven Teiles 3. Der gesamte aktive Teil ist, wie in der Fig. 1 dargestellt, in dem Metallgehäuse 2 durch die Durchführung 4 und die Isolierstützer 15 befestigt und zentriert. Anstelle eines Metallgehäuses kann auch ein Isolierstoffgehäuse verwendet werden, wenn der Ableiter für Freiluftaufstellung vorgesehen ist.
Wie dies bei Überspannungsableitern in gekapselter Ausführung an sich bekannt ist, kann das Gehäuse bzw. die Kapselung mit einer Brechmembran versehen sein, die bei einer Überlastung des aktiven Teiles des Überspannungsableiters eine zu starke Druckbeanspruchung des Gehäuses bzw. der Kapselung verhindert. Hierbei können die lnnenräume der Abschirmkörper, wenn diese als Hohlkörper ausgeführt sind, bei geeigneter Verbindung mit den Ableiterelementen als Auffang- oder Pufferräume für die bei einer Überlastung auftretenden Gase benutzt werden. Diese beanspruchen dann nicht unmittelbar das Gehäuse oder die Kapselung und können daraus an einer gewünschten Stelle abgeleitet werden.
Der Überspannungsableiter 20 gemäß der Fig. 2 ist ohne Gehäuse ausgeführt. Sein Aufbau entspricht dem anhand der Fig. 1 erläuterten Aufbau des aktiven Teiles. Es sind somit eine Anzahl von ringförmigen Abschirmkörpern 21 vorgesehen, an die sich in Richtung des Spannungsanschlusses 22 ein größerer Abschirmkörper 23 und in Richtung des Erdanschlusses 24 ebenfalls ein größerer Abschirmkörper 25 anschließen. Zwischen dem unteren abschließenden Abschirmkörper 25 und dem Erdanschluß 24 ist dabei ein Überwachungsgerät 26, z. B. ein Ansprechzähler, eingefügt.
Zwei der Abschirmkörper 21 sind in der Fig. 2 teilweise geschnitten dargestellt, um die Ableiterelemente sichtbar zu machen. Wie man erkennt, enthält jeder Abschirmkörper 21 in ähnlicher Anordnung wie in der Fig. 1 Ableiterele_- mente 27. Ebenso ist durch abwechselnde Einfügung von leitenden und isolierenden Stützkörpern 30 und 31 sowie leitenden und isolierenden Verbindungskörpern 32 und 33 für eine von Ebene zu Ebene wechselnde Fließrichtung des Stromes gesorgt, wie durch die eingetragenen Pfeile angedeutet ist.
Der Überspannungsableiter 35 gemäß der Fig. 3 unterscheidet sich gegenüber dem Überspannungsableiter 20 in der Fig. 2 dadurch, daß jeweils zwei benachbarte Abschirmkörper 36 unmittelbar aneinanderliegend und daher in leitender Verbindung angeordnet bzw. zu einem Abschirmkörper vereinigt sind. Auf diese Weise sind die von ihnen umschlossenen Ableiterelemente 37. parallelgeschaltet. Bei insgesamt sechs Abschirmkörpern 36 entstehen hierdurch drei Gruppen in sich parallelgeschalteter Ableiterelemente, die dann in der gleichen Weise, wie dies zuvor erläutert wurde, in Reihe geschaltet sind. Diese Anordnung mit teilweiser Parallelschaltung ist dann von Vorteil, wenn höhere Ableitströme bzw. Energiewerte zu beherrschen sind.
Die Anzahl der in den Figuren gezeigten Abschirmkörper ist nur zum Zweck einer übersichtlichen Darstellung gewählt. In ihrer tatsächlichen Ausführung können die Überspannungsableiter daher eine geringere oder größere Anzahl von Abschirmkörpern aufweisen. Ferner ist die Kreisringform der Abschirmkörper lediglich als zweckmäßiges Beispiel gewählt. Daher können, wenn es sich für die Unterbringung der Ableiterelemente als günstig erweist, auch andere Formen, z. B. rechteckige oder quadratische Abschirmkörper mit allseitig verrundeter Form, gewählt werden.

Claims

1. Überspannungsableiter mit

a) einer aus einer Vielzahl von Ableiterelementen (10) gebildeten Säule und

b) mehreren die Säule umschließenden Abschirmkörpern (6),

dadurch gekennzeichnet, daß

c) die Abschirmkörper (6) untereinander durch Stützkörper (12,13) verbunden sind und daß

d) die Abschirmkörper (6) eine Einrichtung (7) zur Befestigung von Ableiterelementen (10) besitzen.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem von jedem Abschirmkörper (6) umschlossenen Raum mehrere Ableiterelemente (10) in Reihen- und/oder Parallelschaltung angeordnet sind.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei benachbarte Abschirmkörper (36) miteinander leitend verbunden und dadurch die an ihnen angebrachten Ableiterelemente parallelgeschaltet sind.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch.gekennzeichnet, daß die Abschirmkörper an ihrem inneren Umfang eine umlaufende Vertiefung (7) besitzen, in der Klemmstücke verankerbar sind.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kreuz- oder sternförmiger Anordnung einer Gruppe von Ableiterelementen (10) im Mittelpunkt ein Verbindungskörper (11) angeordnet ist, der mit den Verbindungskörpern (11) benachbarter Gruppen von Ableiterelementen (10) verbindbar ist.

6. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus gleichartigen, von `Abschirmkörpern (6) und in deren Innenraum angeordneten Ableiterelementen (10) gebildete Anordnung an beiden Enden mit Abschirmkörpern (14) größeren Durchmessers versehen ist.