EP0253223B1

EP0253223B1 - Überspannungsableiteranordnung für eine metallgekapselte gasisolierte elektrische Anlage

Info

Publication number: EP0253223B1
Application number: EP87109550A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Knopf; Gerhard Grünert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-07-14
Filing date: 1987-07-02
Publication date: 1990-01-03
Anticipated expiration: 2007-07-02
Also published as: DE3761348D1; EP0253223A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsableiteranordnung für eine metallgekapselte gasisolierte elektrische Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Überspannungsableiter besteht üblicherweise aus Funkenstrecken und spannungsabhängigen Widerständen bzw. Metalloxidwiderständen ohne Funkenstrecken. Aus der DE-AS 22 47 996 ist es bekannt, Überspannungsableiter dieser Art so auszubilden, daß sie in Verbindung mit metallgekapselten gasisolierten elektrischen Schaltanlagen verwendet werden können. Dazu sind solche Überspannungsableiter ebenfalls mit einer Metallkapselung versehen, die so an geeigneter Stelle an das Mantelrohr der Schaltanlage angeflanscht ist, daß das Isoliergas der Anlage, meist SF 6, auch den Überspannungsableiter umgibt. Ein Überspannungsableiter, der sich für diese Anwendung eignet, ist außerdem mit Mitteln versehen, die einen bei entsprechender Überlastung auftretenden Lichtbogen aus seinem Außenmantel austreten lassen, so daß dieser zwischen Außenmantel und umgebendem Gehäuse brennen kann. Die beim regulärem Ansprechen des Übespannungsableiters auftretenden Stromstärken führen zu keiner außergewöhnlichen elektrodynamischen Belastung des Systems. Erreicht die Überlastung jedoch einen solchen Wert, daß ein Störlichtbogen der vorbeschriebenen Art auftritt, kann die Stromstärke eine solche Größenordnung erreichen, daß die dabei auftretenden dynamischen Kräfte den Überspannungsableiter und seine Verbindungsleitung zur Anlage stark beschädigen oder zerstören.
Zur Begrenzung des dadurch entstehenden Schadens ist in der EP-A 236 257 deutschen Patentanmeldung P 36 04 785.6 bereits vorgeschlagen worden, in die Verbindungsleitung zwischen dem Überspannungsableiter und seiner Durchführung zur Anlage zwei einander gegenüberliegende elektrodenförmige Tragkörper einzufügen und zwischen diesen ein flexibles Stromband anzuordnen, dessen Querschnitt so bemessen ist, daß es beim Auftreten von Strömen durchschmilzt, die zu einer Zerstörung des Überspannungsableiters und seiner Halterungen führen würden.
Eine solche Maßnahme ist zwar geeignet, den Überspannungsableiter selbst vor größeren Schäden zu bewahren, nicht jedoch den anlagenseitigen Teil mit der Abzweigleitung, der Durchführung und dem anlagenseitigen Tragkörper.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neben dem Überspannungsableiter selbst auch diesen Teil der Überspannungsableiteranordnung vor Beschädigungen oder Zerstörung zu schützen.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Um insbesondere die Metallkapselung gasgefüllter Anlagen im Falle des Auftretens von Störlichtbögen zu schützen, ist es zwar aus der DE-OS 20 59 330 bereits bekannt, einen geschlossenen abbrandfesten Ring vorzusehen, der so dimensioniert ist, daß er die Metallkapselung wirkungsvoll abschirmt. Die dabei auftretenden dynamischen Kräfte können aber gleichwohl so groß werden, daß sie im Inneren der Kapselung, etwa am Rohrleiter, erhebliche mechanische Beschädigungen verursachen.
Erst durch die Symmetrierungsmaßnahmen der Erfindung sind die elektrodynamischen Kräfte durch gegenseitige Kompensation beherrschbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Überspannungsableiters nach dem Patentanspruch 1 sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine mit einer metallgekapselten gasisolierten elektrischen Schaltanlage verbundene Überspannungsableiteranordnung in aufgebrochener Darstellung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Überspannungsableiter anordnung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Überspannungsableiteranordnung in einer weiteren Ausführungsvariante und
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Überspannungsableiteranordnung nach Fig. 3.

In der schematischen Darstellung einer für metallgekapselte Anlagen geeigneten, ebenfalls gekapselten und mit Luft oder Isoliergas gefüllten Überspannungsableiteranordnung gemäß Fig. 1 ist deren Gehäuse 1 aus Metall mit der Metallkapselung 2 einer elektrischen Schaltanlage gasdicht verbunden. Deren Rohrleiter 3 ist mit nicht dargestellten Isolatoren in bekannter Weise zur Metallkapselung 2 auf Abstand gehalten. Eine Abzweigleitung 4 verbindet den Rohrleiter 3 mit dem am Gehäusesboden befestigten Überspannungsableiter 5. Die Abzweigleitung 4 wird von der urchführung 6 aus Isoliermaterial gegen die Metallkapselung elektrisch isoliert abgestützt. Diese Durchführung 6 kann so ausgebildet sein, daß sie das Innere der Schaltanlage 2, 3 gasdicht vom Innenraum des Gehäuses 1 trennt, so daß dieses mit einer gesonderten Gasfüllung versehen werden kann.
Um nun im Falle des Auftretens einer Überlastung, einen zwischen dem Außenmantel des Überspannungsableiters 5 und dem metallischen Gehäuse 1 sich bildenden Lichtbogen in gewünschter Weise zu steuern, ist der Außenmantel des Überspannungsableiters 5 von einer halbringförmigen Abbrandelektrode 7 umgeben, die in geringem Abstand von der Innenwand des metallischen Gehäuses 1 parallel zu diesem geführt und daran mit Stützisolatoren 8 befestigt ist. Die Enden der Abbrandelektrode 7 sind an Stromprofilen 9 befestigt, die in einem Winkel von 180_° einander gegenüberliegen und parallel zur Abzweigleitung 4 gegen die Metallkapselung 2 der Schaltanlage geführt und mit dieser elektrisch leitend verbunden sind.
Um den auftretenden Lichtbogen definiert zu führen, d.h. ihn symmetrisch zu den beiden Stromprofilen 9 auf die Abbrandelektrode 7 auftreffen zu lassen, ist diese in einem Winkel von 90_° zwischen den beiden Stromprofilen 9 mit einer gegen die Außenfläche des Übespannungsableiters 5 gerichteten Abbrandspitze 11 ausgestattet. Dies hat zum einen zur Folge, daß die halbringförmige Abbrandelektrode 7 nur der Stromleitung dient, da der Lichtbogen 10 ausschließlich auf die Abbrandspitze 11 auftrifft. Wegen der beschriebenen symmetrischen Anordnung von Abbrandelektrode 7, Abbrandspitze 11 und Stromprofilen 9 findet zum anderen eine symmetrische Stromaufteilung statt, mit der Folge, daß sich der in der Abzweigleitung 4 und dem Lichtbogen 10 zufliessende Strom I ausgehend von der Abbrandspitze 11 gleichmäßig als 1/2 auf die beiden Hälften der Abbrandelektrode 7 aufteilt und über die zugeordneten Stromprofile 9 in die Metallkapselung 2 der Anlage zurückfließt. Die normalerweise auf ein System von zwei Stromleitern mit hin- und rückfließendem Strom ausgeübte elektrodynamische Kraft teilt sich also bei der vorliegenden elektrisch und mechanisch symmetrischen Anordnung auf zwei in entgegengesetzte Richtung wirkende Kräfte auf, die sich dadurch kompensieren. Damit ist erreicht, daß eine mechanische Zerstörung des Uberspannungsableiters 5 und der Abzweigleitung 4 auch bei großen Stromstärken vermieden wird. Die mechanische Auslegung braucht daher nur noch unter Berücksichtigung der relativ kleinen Kräfte zu erfolgen, die durch die verbleibenden geringen Restunsymmetrien entstehen.
In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführungsvariante beschrieben, bei der gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in der vorstehenden Beschreibung versehen sind.
Bei dieser Ausführungsform wird der Überspannungsableiter 5 selbst gegen die Einwirkung hoher Ströme durch eine zwischen der Durchführung 6 und dem Uberspannungsableiter 5 eingefügte Sicherung in Form eines zwischen zwei Tragkörpern 12, 13 angeordneten flexiblen Strombandes 14 geschützt, dessen Querschnitt so bemessen ist, daß es bei Strömen mit einer Stromstärke durchschmilzt, die den Überspannungsableiter 5 gefährden könnten. Um dabei nach dem Durchschmelzen des Strombandes 14 auch den noch unter Spannung stehenden oberen Teil mit den Tragkörper 12, der Abzweigleitung 4 und der Durchführung 6 vor einer Zerstörung durch unkontrollierte Funkenüberschläge und den dabei auftretenden einseitigen dynamischen Kräften zu schützen, wird etwa in Höhe des Tragkörpers 12 eine weitere Abbrandelektrode 15 in gleicher Weise wie bereits beschrieben halbringförmig um den zu schützenden Teil angeordnet und mit einer Abbrandspitze 16 versehen. Dabei kann diese Abbrandelektrode an ihren Enden in einem Winkel von 180_° mit den bereits vorhanden Stromprofilen 9 verbunden werden. Dadurch entsteht wiederum eine symmetrische Strom- und Kräfteaufteilung, die das Auftreten zerstörender dynamischer Kräfte auch bei dieser Ausführungsform wirkungsvoll verhindert.

Claims

1. Überspannungsableiteranordnung für eine metallgekapselte gasisolierte elektrische Anlage mit einem Überspannungsableiter (5), der in einem gesonderten gasisolierten Metallgehäuse (1) angeordnet ist, das an die Metallkapsel (2) der Anlage angeflanscht ist und dessen eine Anschlußelektrode mit dem Gehäuse und dessen andere Anschlußelektrode über eine durch eine gasdichte Durchführung (6) geführte Abzweigleitung (4) mit dem Rohrleiter (3) der Anlage elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter (5) von einer gegen sein Gehäuse (1) isolierten Abbrandelektrode (7) ring- oder halbringförmig umgeben ist, die über zwei um 180° einander gegenüberliegenden und parallel zur Abzweigleitung (4) geführten elektrisch leitenden Stromprofile (9) mit der Metallkapselung (2) der Anlage verbunden ist, und die Abbrandelektrode (7) winkelsymmetrisch zu den Stromprofilen 89) mit mindestens einer dem Außenmantel des Überspannungsableiters (5) zugewandten Abbrandspitze (11) versehen ist.

2. Überspannungsableiteranordnung nach Anspruch 1, bei dem in die Abzweigleitung (4) zwischen Durchführung (6) und Überspannungsableiter (5) zwei elektrodenförmige Tragkörper (12, 13) mit einander zugewandten abgerundeten Oberflächen eingefügt sind, zwischen denen ein flexibles Stromband (14) als Sicherung angeordnet ist, desen Querschnitt so bemessen ist, daß es bei Strömen mit einer Stromstärke durchschmilzt, die den Überspannungsableiter (5) überlasten würden, dadurch gekennzeichnet, daß der der Durchführung (6) zugewandte Tragkörper (12) von einer weiteren mit Abbrandspitzen (16) versehenen Abbrandelektrode (15) ringförmig umgeben ist, die mit den um 180_° versetzt angeordneten Stromprofilen (9) winkelsymmetrisch zu den Abbrandspitzen verbunden ist.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbrandelektrode (7) als Halbring ausgebildet und mit einer einzigen Abbrandspitze (11) versehen ist.