EP0037364B1 - Surge arrester with a column of surge elements and screening bodies - Google Patents
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- H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
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- H01C7/123—Arrangements for improving potential distribution
Definitions
- a surge arrester with these features has become known, for example, from DE-AS 20 37 921.
- the shielding bodies have the task of ensuring a uniform distribution of the voltage over the arrester elements connected in series.
- the desired operation of the surge arrester can be ensured in this way even if the surge arrester has a grounded metal housing, as is used in connection with pressurized gas-insulated, metal-enclosed switchgear.
- the invention has for its object to provide a surge arrester suitable for installation in metal encapsulations or for outdoor use for high and very high operating voltages, which manages with a small overall height with simple means for controlling the voltage distribution and has a greater energy absorption capacity.
- the basic idea of the invention is therefore to use a number of shielding bodies as carriers of arrester elements instead of using a column of arrester elements as carriers of shielding bodies as before.
- the space utilization can be further increased in that several arrester elements are arranged in series and / or in parallel in the space enclosed by each shielding body.
- a mechanically stable arrangement can be achieved in such a way that the shielding bodies have a circumferential depression on their inner circumference, in which clamping pieces can be anchored.
- sliding nuts can be used as clamping pieces, into which the arrester elements are screwed with a threaded bolt.
- a parallel connection of arrester elements can also extend over several levels.
- at least two adjacent shielding bodies can be conductively connected to one another and the arrester elements attached to them can thereby be connected in parallel.
- arrester elements can cross in particular in the space enclosed by a shielding body. or star-shaped arrangement; it is advisable to provide a connecting body in the center of this arrangement, which can be connected to the connecting bodies of adjacent groups of arrester elements.
- the connecting bodies can be conductive or insulating, depending on the way in which the leakage current is to flow through the overall arrangement.
- An arrangement formed by similar shielding bodies and arrester elements arranged in their interior can be provided with shielding bodies of larger diameter at both ends. These improve the field pattern at the ends of the arrester arrangement and can also be used for fastening within an enclosing housing or as a ground-side base or voltage connection for installation without a housing.
- Fig. 1 shows a metal-encapsulated surge arrester in section. 2 and 3, two embodiments of surge arresters for outdoor installation without a housing are shown in view.
- the surge arrester 1 comprises a metal housing 2 which can be closed gas-tight and an insulating gas, for. B. SF 6 contains.
- the active part of the arrester designated as a whole by 3, is connected by means of a bushing 4 to the live parts of the system to be protected.
- an Erdan conclusion 5 At the opposite end of the cylindrical housing 2 is an Erdan conclusion 5.
- the active part 3 comprises a number of annular shielding bodies 6 which have a groove-like depression 7 on their inner circumference. It can also be a slot if the shielding bodies 6 are made of sheet metal as hollow bodies.
- the groove 7 creates the possibility of attaching conductor elements 10 at any desired point on the inner circumference of the shielding body 6 by means of suitable clamping pieces, slide nuts or similar parts.
- four arrester elements 10 are provided in a cross-shaped arrangement in the space enclosed by each shielding body 6. These four arrester elements are electrically connected in parallel with a conductive connection to the shielding bodies 6 and to a common central connecting body 11.
- Each individual arrester element 10 can be a voltage-dependent resistor, a spark gap, a series connection of such elements or an element used to control the voltage distribution. Which elements are selected or combined with one another depends on which voltages and currents the surge arrester should be able to handle. With regard to the most compact possible design of the surge arrester for high and very high operating voltages, it is advisable to use those based on zinc oxide as voltage-dependent resistors. Of course, resistors based on silicon carbide or other non-linear materials can also be used.
- an insulating support body 12 is arranged at each connection point of a conductor element 10 with a shielding body 6 on one side and a conductive support body 13 on the other side.
- the next group of arrester elements 10 with their associated shielding body 6 rests on these. If one chooses alternatingly dividing and insulating support bodies from level to level, and in alternating succession, conductive connections are made between two middle connecting bodies 11, one will receive one alternately from the outside current path running inwards and outwards through the entire surge arrester. As can easily be seen, a smaller or larger number of arrester elements than four can also be accommodated per level.
- a further shielding body 14 with a larger diameter in order to homogenize the edge field is located at the upper end of the active part 3.
- the entire active part, as shown in FIG. 1, is fastened and centered in the metal housing 2 by the bushing 4 and the insulating supports 15.
- an insulating material housing can also be used if the arrester is intended for outdoor installation.
- the housing or the encapsulation can be provided with a crushing membrane which prevents excessive pressure stress on the housing or the encapsulation when the active part of the surge arrester is overloaded.
- the interior spaces of the shielding bodies if they are designed as hollow bodies, can be used, if suitably connected to the arrester elements, as collecting or buffer spaces for the gases that occur in the event of an overload. These then do not directly stress the housing or the encapsulation and can be derived from them at a desired location.
- the surge arrester 20 according to FIG. 2 is designed without a housing. Its structure corresponds to the structure of the active part explained with reference to FIG. 1. A number of ring-shaped shielding bodies 21 are thus provided, to which a larger shielding body 23 is connected in the direction of the voltage connection 22 and also a larger shielding body 25 in the direction of the earth connection 24. Between the lower final shielding body 25 and the ground connection 24, a monitoring device 26, for. B. a response counter inserted.
- each shield body 21 includes a similar arrangement as in Figure 1 Ableiterele -. Mente 27. Also, by alternating insertion of conducting and insulating support members 30 and 31 as well as conductive and insulating connection bodies 32 and 33 changing for from level to level Direction of flow of the current, as indicated by the arrows.
- the surge arrester 35 according to FIG. 3 differs from the surge arrester 20 in FIG. 2 in that two adjacent shielding bodies 36 are directly adjacent to one another and are therefore arranged in a conductive connection or are combined to form a shielding body. In this way, the arrester elements 37 enclosed by them are connected in parallel. With a total of six shielding bodies 36, this results in three groups of arrester elements connected in parallel, which are then connected in series in the same way as was explained above. This arrangement with partial parallel connection is advantageous if higher leakage currents or energy values are to be mastered.
- the number of shielding bodies shown in the figures is selected only for the purpose of clear presentation. In their actual design, the surge arresters can therefore have a smaller or larger number of shielding bodies. Furthermore, the circular ring shape of the shielding body is chosen only as an expedient example. Therefore, if it turns out to be favorable for the accommodation of the arrester elements, other shapes, e.g. B. rectangular or square shielding body with rounded shape can be selected.
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Abstract
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.
- a) a column formed from a plurality of conductor elements and
- b) several shielding bodies surrounding the column.
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.A surge arrester with these features has become known, for example, from DE-AS 20 37 921. The shielding bodies have the task of ensuring a uniform distribution of the voltage over the arrester elements connected in series. The desired operation of the surge arrester can be ensured in this way even if the surge arrester has a grounded metal housing, as is used in connection with pressurized gas-insulated, metal-enclosed switchgear.
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- leiterelemente 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.The arrangement of the arrester elements mentioned, which in particular includes voltage-dependent resistors and spark gaps, in a column has been tried and tested in surge arresters for a long time because it enables the desired series connection without additional switching or connecting elements. However, this arrangement leads to an extraordinary height of the surge arrester, if this for very high operating voltages, for. B. 500 kV or more to be executed. To reduce the overall height, there is already known, the exhaust erelemente lei t to be distributed to several parallel columns and scaffolding for this purpose or to use floor-like structures (CH-PS 304 299 and 303 429 and US-PS 2,946,920). However, these arrangements are not suitable for metal-encapsulated surge arresters, because the effort for the equalization of the voltage distribution becomes too great and the gain in space is partly consumed by the means for the voltage distribution. In any case, simple shielding bodies such as the one-column arrangement cannot be used.
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.The invention has for its object to provide a surge arrester suitable for installation in metal encapsulations or for outdoor use for high and very high operating voltages, which manages with a small overall height with simple means for controlling the voltage distribution and has a greater energy absorption capacity.
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.
- c) the shielding bodies are interconnected by supporting bodies and that
- d) the shielding body has a device for fastening arrester elements.
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.The basic idea of the invention is therefore to use a number of shielding bodies as carriers of arrester elements instead of using a column of arrester elements as carriers of shielding bodies as before.
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.The space utilization can be further increased in that several arrester elements are arranged in series and / or in parallel in the space enclosed by each shielding body. A mechanically stable arrangement can be achieved in such a way that the shielding bodies have a circumferential depression on their inner circumference, in which clamping pieces can be anchored. For example, sliding nuts can be used as clamping pieces, into which the arrester elements are screwed with a threaded bolt.
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.A parallel connection of arrester elements can also extend over several levels. In particular, at least two adjacent shielding bodies can be conductively connected to one another and the arrester elements attached to them can thereby be connected in parallel. Thus, using uniform parts, surge arresters with the respectively desired values of the leakage current and the quenching voltage can be produced with increased energy absorption capacity.
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.Several arrester elements can cross in particular in the space enclosed by a shielding body. or star-shaped arrangement; it is advisable to provide a connecting body in the center of this arrangement, which can be connected to the connecting bodies of adjacent groups of arrester elements. The connecting bodies can be conductive or insulating, depending on the way in which the leakage current is to flow through the overall arrangement.
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.An arrangement formed by similar shielding bodies and arrester elements arranged in their interior can be provided with shielding bodies of larger diameter at both ends. These improve the field pattern at the ends of the arrester arrangement and can also be used for fastening within an enclosing housing or as a ground-side base or voltage connection for installation without a housing.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. DieThe invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the figure. The
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.Fig. 1 shows a metal-encapsulated surge arrester in section. 2 and 3, two embodiments of surge arresters for outdoor installation without a housing are shown in view.
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.The
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.The
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.As shown in FIG. 1, an
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.At the lower end of the arrangement shown there is a
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.As is known per se in surge arresters in an encapsulated version, the housing or the encapsulation can be provided with a crushing membrane which prevents excessive pressure stress on the housing or the encapsulation when the active part of the surge arrester is overloaded. Here, the interior spaces of the shielding bodies, if they are designed as hollow bodies, can be used, if suitably connected to the arrester elements, as collecting or buffer spaces for the gases that occur in the event of an overload. These then do not directly stress the housing or the encapsulation and can be derived from them at a desired location.
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.The surge arrester 20 according to FIG. 2 is designed without a housing. Its structure corresponds to the structure of the active part explained with reference to FIG. 1. A number of ring-
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.Two of the shielding
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.The
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.The number of shielding bodies shown in the figures is selected only for the purpose of clear presentation. In their actual design, the surge arresters can therefore have a smaller or larger number of shielding bodies. Furthermore, the circular ring shape of the shielding body is chosen only as an expedient example. Therefore, if it turns out to be favorable for the accommodation of the arrester elements, other shapes, e.g. B. rectangular or square shielding body with rounded shape can be selected.
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