SE426273B

SE426273B - Voltage-dependent resistance layout

Info

Publication number: SE426273B
Application number: SE8103408A
Authority: SE
Inventors: P-A Hellman; L Stenstrom; A Akerstedt
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-20
Also published as: SE8103408L

Abstract

A voltage-dependent resistance layout, which is intended for example to protect series capacitors, contains a large number of series and parallel connected zinc oxide varistors 2. The varistors are divided into a number of resistance units 1, each containing one or more stacks 11, 12 of such varistors installed in a housing 4 alongside each other. To avoid a fault in one varistor 2 causing a persistent short circuiting of the entire resistance layout, the resistance units 1 are arranged in several electrically series-connected resistance stages, where each such stage comprises one or more parallel- connected resistance units 1 and where all varistors 2 within the same resistance unit are connected in parallel. <IMAGE>

Description

.I ,_9a1oz4os-4 10 15 20 25 häver parallellkoppling av ett stort antal varistorer. Som exempel kan nämnas att man via ett motstånd som för stabnisermgs- och swaasanaamäl kopplas parallellt med en seriekondensator (t ex enligt US-patentet g 4 028 592, fig 1) kan behöva exempelvis 300 parallella grenar om vardera 25 varistorblook i serie, dvs 7500 varistorblock i varje fas. .I, _9a1oz4os-4 10 15 20 25 lifts parallel connection of a large number of varistors. For example, via a resistor which is connected in parallel with a series capacitor for stabnisermgs and swaasanaamäl (e.g. according to US patent g 4,028 592, fig. 1) it may be necessary for example 300 parallel branches of each 25 varistor blocks in series, ie 7500 varistor blocks in each phase.

Det är känt att utföra ett motstånd av ovannämnda slag genom att parallell- koppla ett antal motståndsenheter, vilka vardera omfattar en eller ett fåtal parallella, i ett porslinshus inbyggda staplar av varistorblock, där varje stapel 'innehåller det erforderliga antalet seriekopplade varistorblock. En olägenhet vid ett sådant utförande är att det häver ett omfattande trimnings- arbete för att man inte, p g a ZnO-varistorernas starka olinjaritet, skall få en lcnaftig sneddelning av strömmen då. spänningen över motståndet stiger och skyddet börjar fungera. En annan synnerligen allvarlig olägenhet vid det kända utförandet är att om det finns ett fel i något av de 7500 varistorblocken i det angivna exemplet, vilket normalt innebär att detta block kortsluts, komer hela motstêndsanordningens karakteristik att drastiskt ändras. Spänningen vid viss ström för den felbehäftade parallellgrenen komer nämligen att minska med 4 *in vilket innebär att större delen av totalströmmen i motståndet kommer att koncentreras till denna gren. Detta leder i sin tur till att den motstånds- enhet som innehåller det felaktiga blocket förstörs och förorsakar en kvarstå.- ende kortslutning av seriekondensatorn, varvid denna inte kan inkopplas igen utan driftavbrott på kraftlinjen. Ändænålet med uppfinningen är att åstadkomma en för ovannämnda tillämpningar avsedd motståndsanordning, som inte är behäftad med ovannämnda olägenheter.It is known to perform a resistor of the above kind by connecting in parallel a number of resistor units, each comprising one or a few parallel, in a porcelain housing built-in stacks of varistor blocks, each stack 'containing the required number of series-connected varistor blocks. A disadvantage of such a design is that it eliminates extensive tuning work so that, due to the strong nonlinearity of the ZnO varistors, one does not get a slight skew of the current then. the voltage across the resistor rises and the protection begins to work. Another particularly serious disadvantage of the known embodiment is that if there is a fault in any of the 7500 varistor blocks in the example given, which normally means that this block is short-circuited, the characteristics of the whole resistor device will change drastically. The voltage at a certain current for the faulty parallel branch will namely decrease by 4 * in, which means that the greater part of the total current in the resistor will be concentrated to this branch. This in turn leads to the resistance unit containing the faulty block being destroyed and causing a permanent short circuit of the series capacitor, whereby this cannot be reconnected without an interruption of operation of the power line. The end object of the invention is to provide a resistance device intended for the above-mentioned applications, which does not suffer from the above-mentioned disadvantages.

Detta uppnås med en motståndsanordning som har de i patentkrav 1 angivna känneteclmen. Uppfinningen går i princip ut på. att alla varistorblock inom samma motståndsenhet (porslinslms) parallellkopplas, och att erforderlig seriekoppling av varistorblock anordnas genom elektrisk seriekoppling av de enskilda enheterna (porslinshnsen). Om vid en sådan anordning ett felaktigt varístorblock förorsakar kortslutning av en motståndsenhet, kommer fortfarande de motståndsenheter som ligger i serie med den kortslutna (i ovan angivna exempel 96 av motståndet) att vara driftdugliga. Driften på. linjen kan där- för upprätthållas i normal omfattning, och man kan avvakta ett lämpligt till- fälle för utbyte av den felaktiga motståndsenheten.This is achieved with a resistance device having the features stated in claim 1. The invention is in principle based on. that all varistor blocks within the same resistor unit (porcelain isms) are connected in parallel, and that the required series connection of varistor blocks is arranged by electrical series connection of the individual units (porcelain). If in such a device an incorrect varistor block causes a short circuit of a resistor unit, the resistor units which are in series with the short circuit (in the above-mentioned example 96 of the resistor) will still be operable. The operation on. the line can therefore be maintained to a normal extent, and one can wait for a suitable opportunity to replace the faulty resistance unit.

Enligt en vidareutveckling av uppfinningen seriekopplas ZnO-varistorn i varje parallellgren med ett annat motstånd med betydligt lägre spänningsberoende, 10 15 25 8103408-4 5 exempelvis en kiselkarbidvaristor eller ett linjärt motstånd. Därigenom blir det lättare att uppnå en kontrollerad strömdelrzing mellan olika parallell- grenar. uppfinningen eken närmar-e förklaras med hänvisning tm bifogade ritning, i vilken fig 1 visar i sidovy en motetåndanordnizxg enligt uppfinningen, fig 2' visar ett längssnitt genom en del av en motståndsenhet efter linjen A-A i fig 1, fig 3 visar i sidovy en del av innandömet i en motståndsenhet med två paral- lella varistorstaplar, fig 4 visar ett lärzgssnitt genom motståndsenheten enligt fig 3, och fig 5 visar ett tvärsnitt genom samma motståndsenhet efter linjen B-B i fig 4.According to a further development of the invention, the ZnO varistor is connected in series in each parallel branch with another resistor with significantly lower voltage dependence, for example a silicon carbide varistor or a linear resistor. This makes it easier to achieve a controlled current distribution between different parallel branches. The invention is further elucidated with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows in side view a counter-tooth device according to the invention, Fig. 2 'shows a longitudinal section through a part of a resistance unit along the line AA in Fig. 1, Fig. 3 shows in side view a part of the interior of a resistance unit with two parallel varistor stacks, Fig. 4 shows a learning section through the resistance unit according to Fig. 3, and Fig. 5 shows a cross section through the same resistance unit along the line BB in Fig. 4.

Den i fig 1 visade motståndsanordningen omfattar fem elektriskt seriekopp- lade, identiskt lika motståndsenheter 1. Varje sådan enhet izmehåller en stapel av omväxlande ZnO-varistorblock 2 och linjära motståndsblock 3 (fig 2).The resistance device shown in Fig. 1 comprises five electrically connected, identically equal resistance units 1. Each such unit comprises a stack of alternating ZnO varistor blocks 2 and linear resistance blocks 3 (Fig. 2).

Stapeln är inbyggd i ett porslinshus 4, som är försett med ändflänsar 5 och 6 med anslutning-sorgen 7 och 8. Motståndsenheterzxa 1 är monterade på. en platt- form 9, varvid de olika enheterna är uppställda på stödisolatorer 10 i steg- vis ökande, mot spänningsnivån svarande höjd över plattformen.The stack is built into a porcelain housing 4, which is provided with end flanges 5 and 6 with the connection holes 7 and 8. Resistor units 1 are mounted on. a platform 9, the various units being arranged on support insulators 10 at a gradually increasing height corresponding to the voltage level across the platform.

I-'Intståndebloeken 2, 3 inom samma porslinshus är sammankopplade till ett stort antal parallellgrenar, varvid i varje sådan parallellgren ett variator- blank 2, som är starkt spänningsberoende, är seriekopplat med ett linjärt motståndsblock 3. Motstånäsblocken 3 kan exempelvis vara tillverkade av lera innehållande alumizáumoxid och med tillsats av kol för erhållande av önskad ledningaföimâga.. Alternativt kan man, i stället för de linjära motståndsblonken 3, a-'rzwräzxdea varistorer med lägre spänningsberoende än ZnO-varistorerna 2, exem- pelvis SiC-varistorer.The storage blocks 2, 3 within the same porcelain housing are connected to a large number of parallel branches, in each such parallel branch a variator blank 2, which is strongly voltage-dependent, is connected in series with a linear resistance block 3. The resistance nose blocks 3 may, for example, be made of clay. containing alumina oxide and with the addition of carbon to obtain the desired conductivity. Alternatively, instead of the linear resistance blocks 3, a-'rzwräzxdea varistors with lower voltage dependence than the ZnO varistors 2, for example SiC varistors, can be used.

Genom kombinationen av två olika motstånd på. detta sätt uppnås väsentliga fördelar, t ex vid användning av en sådan motståndsanordning för stabilise- j¿*a1oz4os-4 10 15 25 50 35 rings- och slqddsändamål direkt parallellkopplad med en seriekondensator i ett elektriskt kraftnät. ZnO-varistorema 2 hindrar nämligen en kontinuer- _ lig effektutveckling av någon betydelse under en viss spänningsnivå, som be- stämmes av kondensatorns skyddsdata, medan motståndsblocken 5 gör det enklare att utföra parallellkopplingar (så. att anordning-ens energiupptagaüngsförnxåga kan ökas) samt begränsa ströxmnen när kondensator-spänningen närmar sig skydds- nivån för kondens atom.Through the combination of two different resistors on. In this way, significant advantages are achieved, for example when using such a resistance device for stabilization and welding purposes directly connected in parallel with a series capacitor in an electrical power network. Namely, the ZnO varistors 2 prevent a continuous power development of any significance below a certain voltage level, which is determined by the capacitor protection data, while the resistor blocks 5 make it easier to perform parallel connections (so that the device's energy absorption capacity can be increased) and limit current when the capacitor voltage approaches the protection level of the condenser atom.

Fig 5-5 visar hur parallellkopplingen av variator-block i en motståndsenhet med två. parallella varistorstaplar 11 och 12 kan vara utförd. I det visade utföringsexemplet är metalliska kopplingsbrickor 13 inlagda i staplarna med Ziätma mellanrum på. så sätt, att det mellan två. på. varandra följande sådana brickor ligger ett ZnO-varistorblock 2 och ett linjärt motståndsblock 3 i vardera stapeln. På några. av dessa kopplingsbrickor är exempelvis på tre ställen runt omlcretsen dämporgen av gummi e d applicerade för stöd mot porslinshusets innervägg. Varistorstaplarna är fixerade i sidled med hjälp av styrorgan, exempelvis i form av tunna metallika. styr-brickor 14 (fig 4), vilka har uppvikta styrkanter och är fixerade på vardera sidan om kopplinge- brickorna 13 t ex genom punktsvetsning. Sådana styrbriokor 14 är även anord- nade mellan varistorblocket 2 och det linjära. blocket 5 i varje parallellgren.Figs. 5-5 show how the parallel connection of variator blocks in a resistor unit with two. parallel varistor stacks 11 and 12 can be made. In the exemplary embodiment shown, metallic coupling washers 13 are inserted in the stacks at Ziätma intervals. so way, that it between two. on. successive such chips have a ZnO varistor block 2 and a linear resistance block 3 in each stack. On some. of these coupling washers, for example, in three places around the circumference the damping groove of rubber e d is applied for support against the inner wall of the porcelain housing. The varistor stacks are fixed laterally by means of guide means, for example in the form of thin metallics. guide washers 14 (Fig. 4), which have folded guide edges and are fixed on each side of the coupling washers 13, for example by spot welding. Such control brioches 14 are also arranged between the varistor block 2 and the linear one. block 5 in each parallel branch.

Parallellkopplingen av vraristorblocken i staplarna åstadkommas med hjälp av tvâ längsgående, diametralt placerade kopplingsstänger 15 och 16, vilka är sammansatta av kortare kopplﬁgsbultar 17, Varje sådan bult har en gängad tapp 18 i den. ena änden och ett motsvarande gänget hål 19 i den andra änden samt är omgiven av ett isolationsrör 20. Som framgår av fig 5 har kopplinge- brickorna 13 dels ett kopplingshål 21 för den ena kopplingsstången, dels en större urta-gning 22 genom vilken den andra kopplingsstången fritt kan passera.The parallel connection of the rotary block blocks in the stacks is effected by means of two longitudinal, diametrically placed coupling rods 15 and 16, which are composed of shorter coupling bolts 17. Each such bolt has a threaded pin 18 in it. one end and a corresponding threaded hole 19 in the other end and is surrounded by an insulating pipe 20. As can be seen from Fig. 5, the coupling washers 13 have partly a coupling hole 21 for one coupling rod, and partly a larger recess 22 through which the other the coupling rod can pass freely.

Brickorna 15 är vända växelvis åt motsatta. håll. Den ena kopplingsstången 15 förhinder varannan kopplingsbriclra 13 med motståndsenhetens 1 ena ändanslut- ning, medan den andra kopplingsstången 16 förhinder övriga kopplingsbrickor 15 med den andra ändanslutnitxgen.The washers 15 are turned alternately opposite. hold. One coupling rod 15 prevents every other coupling washers 13 with one end connection of the resistance unit 1, while the other coupling rod 16 prevents other coupling washers 15 with the other end connection shaft.

Uppfinningar; är inte begränsad till de visade utföringsexemplen, utan flera modifikationer är möjliga. Exempelvis kan man inom samma porslinshus 4 an- ordna ett större antal parallella veristorstaplar, och vidare kan vart och ett av de seriekopplade motståndsstegen (fig 1) i sin tur omfatta ett fler- tal parallellkopplede motståndsenheter 1 (porslinshus 4 med sina block 2, 3).Inventions; is not limited to the embodiments shown, but several modifications are possible. For example, a larger number of parallel veristor stacks can be arranged within the same porcelain housing 4, and furthermore each of the series-connected resistance stages (Fig. 1) can in turn comprise a plurality of parallel-connected resistance units 1 (porcelain housing 4 with its blocks 2, 3 ).

Claims

The series-connected resistance stages do not necessarily have to be mounted separately next to each other, as shown in Fig. 1, but can also be mounted in pairs, for example. each other, so that the resistance units in one step support the resistance units. in the next higher step. This then presupposes, of course, that the porcelain houses are so. made that they can withstand the pressure rise at an internal short-circuit current without breaking. It is also not absolutely necessary that moose ZnO blocks within the same porcelain casing are connected in parallel, although this is in principle the main rule of the invention. It is essential, however, that if series connection of ZnO blocks within the same housing is exceptionally used, the number of such series connected blocks is limited, so that in the event of a fault causing a short circuit of the entire housing, the remaining housings with their blocks are sufficient to maintain technical function. PATENTICPÅÄV

Voltage-dependent resistance device containing a large number of series- and parallel-connected ZnO- * ristoristor lids (2) arranged in a number of resistance units (1), each comprising one or more adjacent to each other in a stack (11, separate for each resistor sleeve). 12) of such varnistor blocks (2), characterized in that the resistance units (1) are arranged in several electrically connected resistance stages, each such stage comprising one of said resistance units (1) or several parallel-connected resistance units (1). , where wtingen all ffaristorblock (2) within the same rsotstandserzlaet (1) are connected in parallel or the number of series

2. Connected varistor blocks within the same resistor unit (1) are so limited that in the event of a fault which causes a short circuit of the entire resistor unit (1), the remaining resistor units are sufficient to maintain against the technical furaction of the standstill. A resistance assay according to claim 1, characterized in that each parallel branch in a counter-ignition unit contains a ZnO varistor block (z) for coupling: but a resistor (5) with a significantly lower voltage b

The ZnO varietor block 5G Iuotetand pinion according to claim 1, characterized in that each parallel branch in a resistor unit (1) contains a ZnO 'vazristor motor-k (_ 2) connected in series with a linear resistor (3). 8103498-4

4. A resistance device according to claim 3, characterized in that the linear. the resistor (3) consists of a cyllnariszçf; blocks of ceramic materials.

5. A resistance device according to any one of the preceding claims, characterized in that metallic coupling brioches (15) are arranged between the varistor blocks (2) in the respective resistance unit (1) in electrical contact with the end surfaces of the varistor blocks, wherein the coupling washers are alternately connected to one or to the end connection (7 and 8) of the resistor unit (1).

6. A resistor device according to claim 5, characterized in that the variator blocks (2) in a variator stack or stacks (11, 12) of a resistor unit are connected in parallel by means of insulated, axially directed coupling bolts (15). , 16), which connect every other coupling washer (13) along the stack to one end connection (7) of the resistance unit and the other coupling washers (13) to the other end connection (8) of the unit (1).

Resistor device according to one of the preceding patents, characterized in that resistor units (1) belonging to different resistor stages are mounted on a platform (9) by means of support insulators (10) or different distances corresponding to the voltage trace from the platform.