EP1410407B1 - Überspannungsableiter zum einsatz in energieübertragungsnetzen - Google Patents

Überspannungsableiter zum einsatz in energieübertragungsnetzen Download PDF

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EP1410407B1
EP1410407B1 EP02753027A EP02753027A EP1410407B1 EP 1410407 B1 EP1410407 B1 EP 1410407B1 EP 02753027 A EP02753027 A EP 02753027A EP 02753027 A EP02753027 A EP 02753027A EP 1410407 B1 EP1410407 B1 EP 1410407B1
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surge arrester
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block
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Kai Steinfeld
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-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
    • H01C7/10Non-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
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors; Arresters
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    • H01C7/10Non-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
    • H01C7/12Overvoltage protection resistors; Arresters
    • H01C7/126Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester for use in energy transmission networks with a Ableitstrombahn having at least one varistor block, wherein the varistor block has two contact areas and a cladding region.
  • a surge arrester of this type a plurality of Ableitstrombahn the surge arrester forming varistor blocks are arranged one behind the other and clamped between two end fittings.
  • surge arresters are used in energy transmission networks of different voltage levels.
  • an insulating material is arranged between the end fittings.
  • the varistor blocks are wrapped with non-conductive fibers. - Internal errors of such Varistorblöcke can lead to the occurrence of arcs.
  • the non-conductive fibers In order to let emerge from the interior of the surge arrester, the hot gases resulting from the ignition of the arc, openings are provided between the non-conductive fibers.
  • the non-conductive fibers mechanically hold the varistor blocks together, so that the fragments formed in the event of a fault when the varistor blocks burst are held together (EP 0 335 480 A2).
  • the present invention is based on the object, a Surge arrester of the type mentioned initially in such a way, that the risk of bursting of the varistor blocks at a occurring error is reduced.
  • a surge arrester of the beginning mentioned type solved in that in at least one Part of the cladding region of the at least one varistor block a coating of a thermistor material or is arranged from a pyrotechnic substance, the when a critical temperature of the varistor block is exceeded the initiation of an electrical rollover serves.
  • a material for the coating can advantageously a thermistor material be used.
  • a material for the coating is reduced at the critical temperature of the varistor blocks its electrical resistance to such an extent that the Overstrip resistance of the arrester distance is exceeded and so an electric flashover is initiated.
  • Such a Thermistor material can be used with the same manufacturing measures produce, as in the production of Varistor blocks are common, namely sintering and glazing. The application of the coating can thus in the for the production of Varistorblöcken usual manufacturing steps be easily integrated.
  • Pyrotechnic substances based on nitrocellulose can be used in a simple manner on the jacket region of a varistor block muster.
  • the coating is a paste-like solution of nitrocellulose in acetone.
  • the solvent evaporates after the Applying and the nitrocellulose is sufficiently durable fixed on the lateral surface.
  • the ignition temperature of nitrocellulose corresponds approximately to the critical temperature of the varistor blocks, so that before overloading the varistor blocks the desired outer rollover occurs.
  • nitrocellulose is also inexpensive to procure.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the coating - regardless of the material chosen in each case - extends along a surface line of at least one varistor block.
  • the layer can be applied to the outer surface of the Varistorblöcke or embedded in a groove. If a groove is provided in the jacket region, in which the coating is arranged, then it is possible to assign the coating to a varistor block without changing its outer contour.
  • the layer is annular is.
  • annular layer is possibly also along with one a generatrix extending layer combined. - One However, annular arrangement of the layer has a higher Consumption of coating material result. In the extreme Case can be the entire lateral surface of a varistor block be coated.
  • the surge arrester shown in section in FIG 1 has a first end fitting 2 and a second end fitting 3 on. Between the end fittings 2 and 3 is an off three Varistorblöcken 4a, 4b, 4c existing Ableitstrombahn arranged. For electrical contacting and mechanical Holder of the surge arrester 1 is at the first end fitting a first terminal bolt 5 and at the second End fitting a second connecting bolt 6 is arranged.
  • the three Varistor blocks 4a, 4b, 4c are for mechanical stabilization clamped with insulating rods 7.
  • the surge arrester 1 an insulating material 8 on.
  • a coating 9 of a Material arranged when exceeding a critical Temperature of the varistor blocks initiating an electrical Overlap serves.
  • the coating 9 may, for example made of a heat-conducting material or a pyrotechnic Substance exist.
  • the mode of action of the coating 9 is intended to be exemplary of a variant of the Layer can be explained as a pyrotechnic coating.
  • the surge arrester 1a according to FIG. 2 has in principle the same structure as the surge arrester shown in Figure 1 1 on.
  • the varistor blocks 4a, 4b, 4c are only the coatings 9a, 9b, 9c annularly circulating arranged.
  • the application of the pyrotechnic substance can be done in different variants. As already mentions the pyrotechnic substance as a paste-like solution be used. In this case, the pyrotechnic Substance in the form of a band-like structure on the respective Varistor block wound up.
  • a single varistor block 4d is longitudinal a generatrix provided with a groove 10. This groove is filled with the material, which exceeds a critical temperature initiating an electrical rollover serves.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter zum Einsatz in Energieübertragungsnetzen
mit einer Ableitstrombahn, die wenigstens einen Varistorblock aufweist, wobei der Varistorblock zwei Kontaktbereiche und einen Mantelbereich aufweist. - Bei einem bekannten Überspannungsableiter dieser Art sind mehrere die Ableitstrombahn des Überspannungsableiters bildende Varistorblöcke hintereinander angeordnet und zwischen zwei Endarmaturen eingespannt. Derartige Überspannungsableiter werden in Energieübertragungsnetzen verschiedener Spannungsebenen eingesetzt. Zwischen den Endarmaturen, die Varistorblöcke mantelseitig umgebend, ist ein Isolierstoffgehäuse angeordnet. Die Varistorblöcke sind mit nichtleitenden Fasern umwickelt. - Innere Fehler solcher Varistorblöcke können zum Auftreten von Lichtbögen führen. Um die mit dem Zünden des Lichtbogens entstehenden heißen Gase aus dem Innern des Überspannungsableiters heraustreten zu lassen, sind zwischen den nichtleitenden Fasern Öffnungen vorgesehen. Darüber hinaus halten die nicht leitenden Fasern die Varistorblöcke mechanisch zusammen, so dass die im Fehlerfall bei einem Bersten der Varistorblöcke entstehenden Bruchstücke zusammengehalten werden (EP 0 335 480 A2).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art so auszubilden, dass das Risiko eines Zerberstens der Varistorblöcke bei einem auftretenden Fehler vermindert ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Überspannungsableiter der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in wenigstens einem Teilbereich des Mantelbereiches des wenigstens einen Varistorblockes eine Beschichtung aus einem Heißleiterwerkstoff oder aus einer pyrotechnischen Substanz angeordnet ist, die bei Überschreitung einer kritischen Temperatur des Varistorblockes dem Einleiten eines elektrischen Überschlages dient.
Mithilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung wird im Fehlerfall durch frühzeitiges zünden eines Lichtbogens im Mantelbereich ein Durchschlag im Innern des Varistorblockes verhindert. Somit wird die Gefahr des Zersplitterns des Varistorblockes wesentlich gemindert.
Als Werkstoff für die Beschichtung kann vorteilhaft ein Heißleiterwerkstoff eingesetzt werden. Ein solcher Werkstoff vermindert bei der kritischen Temperatur der Varistorblöcke seinen elektrischen Widerstand in einem solchen Maße, dass die Überschlagfestigkeit der Ableiterstrecke unterschritten ist und so ein elektrischer Überschlag eingeleitet wird. Ein derartiger Heißleiterwerkstoff lässt sich mit den gleichen Fertigungsmaßnahmen herstellen, wie sie bei der Fertigung von Varistorblöcken üblich sind, nämlich sintern und glasieren. Das Aufbringen der Beschichtung kann also in die für die Herstellung von Varistorblöcken üblichen Fertigungsschritte problemlos integriert werden.
In Weiterbildung der Erfindung kann alternativ vorgesehen sein, für die Ausbildung der Bechichtung eine pyrotechnische Substanz in Betracht zu ziehen.
Bei einer Zündung der pyrotechnischen Substanz infolge der kritischen Temperatur des Varistorblockes wird ein leitfähiger Pfad aus ionisiertem Gas erzeugt. Dieser leitfähige Pfad dient dem Einleiten eines elektrischen Überschlages entlang des Mantelbereiches des Varistorblockes. Der leitfähige Pfad leitet sofort einen Lichtbogen außerhalb des Varistorblockes ein. - Die Verwendung einer pyrotechnischen Substanz zur Ausbildung der Beschichtung stellt eine besonders zuverlässige Ausgestaltungsvariante dar. Bezüglich des Schichtmaterials kann man auf handelsübliche pyrotechnische Substanzen auf Nitrozellulosebasis zurückgreifen.
Pyrotechnische Substanzen auf Nitrozellulosebasis lassen sich in einfacher Weise auf den Mantelbereich eines Varistorblockes aufbringen. Beispielsweise bietet sich zum Aufbringen der Beschichtung eine pastenförmige Lösung von Nitrozellulose in Aceton an. Das Lösungsmittel verdampft nach dem Auftragen und die Nitrozellulose ist hinreichend dauerhaft auf der Mantelfläche fixiert. Die Zündtemperatur von Nitrozellulose entspricht etwa der kritischen Temperatur der Varistorblöcke, so dass vor einer Überlastung der Varistorblöcke der erwünschte äußere Überschlag eintritt. Nitrozellulose ist darüber hinaus kostengünstig zu beschaffen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung - unabhängig von dem jeweils gewählten Werkstoff - sich längs einer Mantellinie wenigstens eines Varistorblockes erstreckt.
Dabei kann die Schicht auf die äußere Oberfläche der Varistorblöcke aufgebracht oder in eine Nut eingelassen sein. Ist im Mantelbereich eine Nut vorgesehen, in welcher die Beschichtung angeordnet wird, so ist es möglich, die Beschichtung einem Varistorblock zuzuordnen ohne dessen äußere Kontur zu verändern.
Eine sich längs einer Mantellinie erstreckende Beschichtung erfasst bei mehreren hintereinander angeordneten Varistorblöcken jeden einzelnen Varistorblock, so dass unabhängig davon, in welchem Varistorblock ein Fehler vorliegt, ein schnelles Wirksamwerden der Schutzmaßnahme gewährleistet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Schicht ringförmig ausgebildet ist.
Wird die Beschichtung ringförmig um einen Varistorblock aufgetragen, ist eine kleinstmögliche Ansprechzeit gewährleistet. Eine ringförmige Schicht ist ggf. auch mit einer entlang einer Mantellinie verlaufenden Schicht kombinierbar. - Eine ringförmige Anordnung der Schicht hat allerdings einen höheren Verbrauch an Beschichtungsmaterial zur Folge. Im äußersten Fall kann die gesamte Mantelfläche eines Varistorblockes beschichtet sein.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Dabei zeigt die
Figur 1
einen Schnitt durch einen Überspannungsableiter mit einer längs einer Mantellinie verlaufenden Schicht, die
Figur 2
einen Schnitt durch einen Überspannungsableiter mit mehreren ringförmig um die Ableitstrombahn verlaufenden Schichten und die
Figur 3
eine Ansicht eines einzelnen Varistorblockes mit einer Nut.
Der in der Figur 1 im Schnitt dargestellte Überspannungsableiter 1 weist eine erste Endarmatur 2 und eine zweite Endarmatur 3 auf. Zwischen den Endarmaturen 2 und 3 ist eine aus drei Varistorblöcken 4a, 4b, 4c bestehende Ableitstrombahn angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Halterung des Überspannungsableiters 1 ist an der ersten Endarmatur ein erster Anschlussbolzen 5 sowie an der zweiten Endarmatur ein zweiter Anschlussbolzen 6 angeordnet. Die drei Varistorblöcke 4a, 4b, 4c sind zur mechanischen Stabilisierung mit isolierenden Stäben 7 verspannt. Zum Schutz vor äußeren Einwirkungen weist der Überspannungsableiter 1 ein Isolierstoffgehäuse 8 auf. Längs einer Mantellinie der Varistorblöcke 4a, 4b, 4c ist eine Beschichtung 9 aus einem Werkstoff angeordnet, die bei Überschreitung einer kritischen Temperatur der Varistorblöcke dem Einleiten eines elektrischen Überschlages dient. Die Beschichtung 9 kann beispielsweise aus einem heißleitenden Werkstoff oder einer pyrotechnischen Substanz bestehen. Die Wirkungsweise der Beschichtung 9 soll beispielhaft an einer Ausgestaltungsvariante der Schicht als pyrotechnische Beschichtung erläutert werden.
Bei einem inneren Fehler in dem Überspannungsableiter, beispielsweise bei einem fehlerhaften Varistorblock 4a oder 4b oder 4c kommt es aufgrund eines durch die Ableitstrombahn fließenden Fehlerstromes zu einer Erwärmung der Varistorblöcke. Bei dem Erreichen einer kritischen Temperatur von ca. 200°C kommt es zum Zünden der Beschichtung 9 und zum Entstehen von ionisiertem Gas. Dieses ionisierte Gas bildet nunmehr zwischen der ersten Endarmatur und der zweiten Endarmatur einen leitfähigen Pfad aus. Aufgrund der zwischen den beiden Endarmaturen anliegenden hohen Potentialdifferenz entsteht sofort ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen brennt außerhalb der Varistorblöcke 4a, 4b, 4c; ein Durchschlag im Innern der Varistorblöcke 4a, 4b, 4c ist auf diese Weise verhindert. Der durch den brennenden Lichtbogen im Innern des Überspannungsableiters 1 entstehende Gasüberdruck ist durch ein entsprechendes Aufplatzen des Isolierstoffgehäuses 8 abbaubar.
Der Überspannungsableiter 1a gemäß Figur 2 weist prinzipiell denselben Aufbau wie der in der Figur 1 dargestellte Überspannungsableiter 1 auf. Auf den Varistorblöcken 4a, 4b, 4c sind lediglich die Beschichtungen 9a, 9b, 9c ringförmig umlaufend angeordnet. Das Aufbringen der pyrotechnischen Substanz kann in verschiedenen Varianten erfolgen. Wie bereits erwähnt kann die pyrotechnische Substanz als pastenartige Lösung verwendet werden. Im vorliegenden Fall die pyrotechnische Substanz in Form einer bandartigen Struktur auf den jeweiligen Varistorblock aufgewickelt.
Gemäß der Figur 3 ist ein einzelner Varistorblock 4d längs einer Mantellinie mit einer Nut 10 versehen. Diese Nut ist mit dem Material befüllbar, welches bei Überschreiten einer kritischen Temperatur dem Einleiten eines elektrischen Überschlages dient.

Claims (5)

  1. Überspannungsableiter (1, 1a) zum Einsatz in elektrischen Energieübertragungsnetzen mit einer Ableitstrombahn, die wenigstens einen Varistorblock (4a, 4b, 4c) aufweist, wobei der Varistorblock (4a, 4b, 4c) zwei Kontaktbereiche und einen Mantelbereich aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in wenigstens einem Teilbereich des Mantelbereiches des wenigstens einen Varistorblockes (4a, 4b, 4c) eine Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einem Heißleiterwerkstoff oder aus einer pyrotechnischen Substanz angeordnet ist, die bei Überschreitung einer kritischen Temperatur des Varistorblockes dem Einleiten eines elektrischen Überschlages dient.
  2. Überspannungsableiter (1, 1a) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einer Substanz auf der Basis von Nitrozellulose besteht.
  3. Überspannungsableiter (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung (9) sich längs einer Mantellinie wenigstens eines Varistorblockes erstreckt.
  4. Überspannungsableiter (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung (9a, 9b, 9c) ringförmig ausgebildet ist.
  5. Überspannungsableiter (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung (9) in einer Nut angeordnet ist.
EP02753027A 2001-07-17 2002-07-16 Überspannungsableiter zum einsatz in energieübertragungsnetzen Expired - Lifetime EP1410407B1 (de)

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