NO139876B - Byggeenhet til avledning av overspenninger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en byggeenhet til avledning av overspenninger, hvor der mellom to potensialer er anordnet flere seriekoblinger av gniststrekninger, og hvor der parallelt med minst én av seriekoblingene er anordnet en styregniststrekning omgitt av en gass som nedsetter dens reaksjonsspenning. En slik byggeenhet er kjent fra svensk patentskrift 1503 79.

Koblingsanlegg fylt med isolasjonsgass har som bekjent den fordel at areal- og rombehovet minker til omkring 10% av behovet for de tra-disjonelle utførelser. Alle høyspenningsførende komponenter av slike anlegg, som lederkontakter og brytningsslukkekamre, er anbragt i en metallisk kapsel for hver pol. Disse kjente koblingsanlegg kan også være forsynt med overspenningsavledere. Overspenningsavledere av kjent utførelse kan imidlertid ikke anordnes innenfor selve det kapslede anlegg.

Som isolasjonsgass anvendes fortrinnsvis svovelheksafluorid,hvi6 elektriske gjennomslagsfasthet ved atmosfæretrykk alt etter elektrode-form og form for spenningspåkjenning utgjør omtrent det dobbelte til tredobbelte av spenningsfastheten av luft. I alminnelighet søker man å øke gjennomslagsfastheten ytterligere ved hjelp av et forhøyet trykk av gassen på ca. 3-4 bar, regnet ved 20°C i koblingsanlegget. Blir

i slike koblingsanlegg for høye spenninger forsynt med overspenningsavledere, så blir også disses reaksjonsspenning høynet tilsvarende ved hjelp av isolasjonsgassen. Imidlertid bør overspenningsavledernes reaksjonsspenning være lavest mulig og eventuelt ikke vesentlig over-skride den maksimale momentanverdi av driftsspenningen. Å minske elektrodeavstanden lar seg på grunn av fremstillingstoleransene bare gjennomføre ned til ca. 1 mm, noe som ennå ikke er nok for en tilstrekkelig senkning av reaksjonsspenningen.

Slike over spenn ingsavlederes reaksjonssoenning er i alminnelighet avhengig av steilheten av den stigende flanke av den støt-spenningsbølge som treffer avlederen. For støtspenninger hvis stigningstid er vesentlig kortere enn for eksempel ett jis, kan reaksjonsspenningen for slike avledere være mer enn 20% høyere. Tilveksten i reaksjonsspenningen for spenningsstøt med steil stigende flanke er betinget ved gjennomslagets utladningsforsinkelse og opp-ladningstid. Ved plategniststrekninger med tilnærmet homogent felt er tilveksten i reaksjonsspenning mindre sterk enn ved de i alminnelighet anvendte moderne avledere med magnetisk blåsning. Slike plategniststrekninger er imidlertid ikke uten særskilte forholds-regler egnet for støtspenninger, da konsentrasjonen av det elektriske felt ved kantene fører til en udefinert utladningsforsinkelse og dermed til en tilsvarende stor spredning i reaksjonsspenningsverdiene.

I en kjent utførelsesform for en overspenningsavleder med

flere hovedgniststrekninger som er seriekoblet mot høyspenning, er det parallelt med minst én av hovedgniststrekningene anordnet en styregniststrekning. Denne styregniststrekning inneholder plateelektroder som ved avrunding av randen er utformet som beger-elektroder. Styregniststrekningen er dessuten forsynt med en tritiumholdig gassfylling til forionisering. En av plateelektrodene har en åpning med tilsvarende kantet rand som tjener til gasstil-førsel (DE-OS 1 947 046).

Ved denne anordning skal det sikres at den resterende spenning

på hovedgniststrekningene når en styregniststrekning reagerer, med sikkerhet bringer disse hovedgniststrekninger til å reagere. Blir nå hovedgniststrekningenes reaksjonsspenning spesielt høynet ved hjelp av en isolerende gassfylling, er en nedsettelse av hovedgniststrekningenes reaksjonsspenning med en anordning av den kjente art ikke lenger tilstrekkelig.

Der foreligger derfor den oppgave i et eksempelvis helkapslet koblingsanlegg fylt med isolasjonsgass, å skaffe en konstant reaksjonsspenning som kan innstilles på en lavere verdi. Denne oppgave løses ved hjelp av de trekk som er angitt i hovedkravets karakteristikk.

Fordelen ved et slikt anlegg består i at reaksjonsspenningen

for en overspenningsavleder hvis hovedgniststrekninger sammen med andre komponenter befinner seg i en beholder fylt med isolerende gass, til tross for denne isolerende gassfylling vil kunne holdes innenfor det forlangte beskyttelsesnivå.

Styregniststrekningencs reaksjonssponing er avtrappet slik at

der fås en suksessiv tenning av de enkelte hovedgniststrekninger ved hjelp av det opptredende potensialsprang på vedkommende hovedgniststrekning så snart en av styregniststrekningene som shunter hovedgniststrekningen, er tent.

Hovedgniststrekningens gassfylling kan fortrinnsvis bestå av svovel heksafluoridSFg, mens nitrogen, en edelgass eller luft egner seg som gassfylling for styregniststrekningene.

Foruten svovelheksafluorid SFC er også andre gasser som danner negative ioner, egnet som isolasjonsgass. Dette gjelder for eksempel karbontetraklorid CC14 og karbontetrafluorid CF^. Styregniststrekningene kan fortrinnsvis være anordnet i en egnet beholder fylt med nitrogen. Også luft egner seg som gass til å senke styregniststrekningenes tennspenning.

En nøyaktig innstilling av de forskjellige reaksjonsverdier for styregniststrekningene er mulig ved at der for disse anvendes plateelektroder hvis rand er utformet slik at feltstyrken er mindre ved randen enn i midten av elektroden. Disse gniststrekningers profil har vært utviklet av Rogowski for målegniststrekninger (B. Ganger "Der elektrische Durchschlag von Gasen", Berlin/Gottingen/Heidelberg, 1953, side 9 - 12, særlig fig. 5).

Med denne utformning av elektrodeoverflåten får man på denne

et felt som synker fra aksen til randen av elektrodene.

I forbindelse med ringformig anordnede strålingskilder hvis ioniserende stråling er rettet jevnt fra alle kanter mot de mot hinannen vendende overflater av elektrodene, blir spredningen i reaksjonsspenningen for disse styregniststrekninger begrenset til et område mindre enn - 5%.

Som strålingskilde anvendes fortrinnsvis et materiale hvis halveringstid utgjør minst 10 år. Til forionisering av styregniststrekningene egner seg fortrinnsvis den energirike stråling fra iso-topene av karbon, silisium eller bor. Denne ringformede strålings-1 4

kilde, f.eks. fra aktivert karbon C, stråler radialt og noe på skrå

i forhold til elektrodeaksen mot de mot hinannen vendende elektrode-overf later.

For nærmere belysning av oppfinnelsen skal der henvises til tegningen. Fig. 1 anskueliggjør skjematisk et utførelseseksempel på en høyspenningsavleder ifølge o<p>pfinnelsen. Fig. 2 viser en spesiell utførelsesform for en høyspennings-avleder som inneholder komponenter i samsvar med fig. 1.

Den overspienningsavleder for høye spenninger som er vist på fig. 1, inneholder fire stabler 40 - 43 av delgniststrekninger som danner hovedgniststrekninger. Hver hovedgniststrekning er forsynt med minst én magnetisk blåsespole - ikke vist på figuren - og er parallellkoblet med en styremotstand 46 - 49. Styremotstandene kan fortrinnsvis være spenningsavhengige motstander. Der er tilordnet hovedgniststrekningen 4 0 en styregniststrekning 50, som i serie med en begrensningsmotstand 54 er koblet parallelt med hovedgniststrekningen 40. Via denne styregniststrekning 50 er således forbindelsespunktet mellom hovedgniststrekningene 40 og 41 tilknyttet potensialet av en ikke nærmere betegnet nettleder, som for eksempel skal re-presentere en iringangsledning til et anlegg som skal beskyttes. Dette anlegg skål for eksempel ha en driftsspenning på 48 kV. Den nedre tilslutning a til seriekoblingen av gniststrekninger 43 ligger på nullpotensial.

På samme måte er forbindelsesledningen mellom de to hovedgniststrekninger 41 og 42 forbundet med nettlederens potensial over en styregniststrekning 51 <p>g en begrensningsmotstand 55. Også for-bindelseslederen mellom de to hovedgniststrekninger 42 og 43 er på samme måte tilsluttet nettlederen over en egen styregniststrekning 52 og en begrensningsmotstand 56.

En nøyaktig innstillbar og konstant reaksjonsverdi for styregniststrekningene 50, 51, 52 får man ved at der for disse anvendes plateelektroder 60 og 61 med Rogowski-profil i forbindelse med flere ringer 62 som danner radioaktive strålingskilder og er anordnet i midtplanet mellom plateelektrodene 60 og 61 og konsentrisk om deres akse. Deres strålingsenergi er så stor at der blir utløst frie elektroner fra overflaten av elektrodene 60 og 61. Denne ringformede strålingskilde bestråler overflaten mellom elektrodene hovedsakelig jevnt. De kan f.eks. i det minste delvis bestå av aktivert karbon <14>C og er sammen med plateelektrodene 60 og 61 anordnet i en lukket beholder 63, som i samsvar med oppfinnelsen er fylt med gass, fortrinnsvis nitrogen, som nedsetter tennspenningen for styregniststrekningen 50, 51, 52.

Hovedgniststrekningene 40 - 43 er anordnet i en beholder 73, som er antydet strekpunktert på figuren, og som er fylt med en isolasjonsgass, fortrinnsvis svovelheksafluorid SFg, som hensiktsmessig holdes under forhøyet trykk og høyner gjennomslagsspenningen for de seriekoblede hovedgniststrekninger 40-43 med det fler-dobbelte. Trykket av denne isolasjonsgass kan hensiktsmessig utgjøre omtrent 1-5 bar, fortrinnsvis 2-4 bar, særlig 3,3 bar. Takket være dette høynede trykk blir gassens isolasjonscvne, Ki<_-n dermed også reaksjonsspenningen for hoved-;niststrekningene 40 - 43 ytterligere høynet.

I anordningen for den antatte driftsspenning på 48 kV kan fire hovedgniststrekninger 40 - 43 f.eks. inneholde seks delgniststrekninger hver. Er hver delgniststrekning innstilt på en driftsspenning av 12 kV, kan reaksjonsstøtsspenningen for en hovedgniststrekning utgjøre 80 kV. Reaksjonsspenningen for den av fire hovedgniststrekninger sammensatte overspenningsavleder ville uten særskilte styregniststrekninger utgjøre 320 kV. For en slik overspenningsavleder må reaksjonsstøtspenningen være begrenset til 120 kV. Reaksjonsspenningen for den samlede anordning må således minskes fra 320 kV til 120 kV. Til dette formål er spenningsdéleren med styremotstandene 46 - 49 dimensjonert slik at potensialet mellom styremotstandene 48 og 49 ved forbindelsespunktet b utgjør 30 kV, ved forbindelsespunktet c 60 kV og ved forbindelsespunktet d 90 kV, når der foreligger en støtspenning på 100 kV.

Så snart en overspenning på den samlede anordning når en verdi som lar spenningen på styregniststrekningen 52 stige til 90 kV, tenner denne styregniststrekning, og der oppstår en ledende strømvei over styregniststrekningen 52, begrensningsmotstanden 56 og styre-motstanden 49. Begrensningsmotstanden 56 har liten ohmverdi i forhold til styremotstandene 46 - 49, så praktisk talt det samlede potensial på alle seriekoblingene faller på hovedgniststrekningen 43 etter at styregniststrekningen 52 er tent. Hovedgniststrekningen 43 er innstilt på en reaksjonsspenning av 80 kV og reagerer straks etter tenningen av styregniststrekningen 52. Dermed er styremot— standen 49 kortsluttet, og forbindelsespunktet b får nullpotensial fra tilslutningen a. Dermed vil den samlede spenning 120 kV nå bare fordele seg på gniststrekningene 4 0 - 42 og på styremotstandene 46 - 48, så den samlede spenning på 120 kV faller på gniststrekningene 40 - 42. På hver av hovedgniststrekningene 40, 41, 42 ligger der da en spenning på 40 kV. Styregniststrekningen 51 må således reagere ved en spenning på 80 kV. Så snart styrestrekningen 51 har tent, får forbindelsespunktet c nullpotensial, og den totale spenning på 120 kV ligger på hovedgniststrekningene 40 og 41, så der på hver av disse kan falle en spenning på 60 kV. Styrestrekningen 50 blir derfor innstilt på en reaksjonsspenning på 60 kV. Så snart denne styregniststrekning 50 reagerer, får forbindelsespunktet d nullpotensial, og den totale spenning på 120 kV faller på hovedgniststrekningen 40. Denne seriekobling tenner like etter at styregniststrekningen 50 har reagert. Med denne kaskadeformige, sukses-sive tenning blir det således mulig nøyaktig for den samlede anordning å overholde en på forhånd bestemt reaksjonsverdi som hverken forandrer seg med tiltagende steilhet av overspenningenes front-flanke eller etter flere gangers reaksjon av overspenningsavlederen.

I utførelseseksemplet på fig. 1 er alle styregniststrekningene 50 - 52 hver for seg forbundet med det høyere potensial. Styregniststrekningenes anordning kan imidlertid også velges slik at de alle hver for seg er forbundet med det lavere potensial. I så fall varierer styregniststrekningenes reaksjonsspenning i omvendt rekke-følge, og styregniststrekningen 50 måtte derfor være dimensjonert for den høyere reaksjonsspenning og styregniststrekningen 52 for den lavere.

I henhold til fig. 2 skal en overspenningsavleder for et

240 kV-anlegg inneholde en seriekobling av fire overspenningsavledere 74, 76, 78 og 80. Overspenningsavlederen 74 skal på Tcjent måte inne->-holde en seriekobling av gniststrekninger som er dimensjonert for en slukkespenning på 60 kV. Styreimpedansene er ikke vist på figuren.. Overspenningsavlederne er likeledes anordnet i et helkapslet anlegg. Kapslingen er antydet strekpunktert og betegnet med 73. De øvrige overspenningsavledere 76, 78 og 80 er hver for seg utført i samsvar med oppfinnelsen og dimensjonert for en slukkespenning på 60 kV.

Når overspenningsavlederne 76 - 80 har tent, faller hele spenningen på enheten 74, så denne straks tenner.

Claims (4)

1. Byggeenhet til avledning av overspenn inger, hvor der mellom to potensialer er anordnet flere seriekoblinger av gniststrekninger, og hvor der parallelt med minst én av seriekoblingene er anordnet en styregniststrekning omgitt av en gass som nedsetter dens reaksjonsspenning, karakterisert ved at forbindelsespunktene mellom på hinannen følgende seriekoblinger over en og en styregniststrekning er tilsluttet det ene av de to potensialer, og at hver styregniststrekning (50 - 52) er omgitt av en gass som nedsetter dens reaksjonsspenning, og de samlede seriekoblinger (40 - 43) er omgitt av en gass som høyner deres reaksjonsspenning (fig. 1).

2. Byggeenhet som angitt i krav 1, karakterisert ved at hovedgniststrekningenes (40 - 43) gassfylling består av svovelheksafluorid SFg, og styregniststrekningenes (50 - 52) gassfylling er nitrogen,.edelgass eller luft.

3. Byggeenhet som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at styregniststrekningene (50 - 52) inneholder plateelektroder (60, 61) med Rogowski-profil, og at det i midtplanet mellom plateelektrodene (60, 61) og konsentrisk om disses akse er anordnet radioaktive strålingskilder.

4. Byggeenhet som angitt i krav 3, karakterisert ved at strålingskildene danner en ring (62).