SE437897B - Overspenningsskyddsanordning - Google Patents

Description

7:80 5-å722- 1 \>: liga figurer är lika eller motsvarande komponenter betecknade med samma hänvisningsbeteckningar.

I fig. 1 visas ett enfasöverspänningsskydd av konven- tionell typ. Den visade anordningen omfattar ett metallhölje 10 i form av en ihålig oirkelformad cylinder, som är sluten i ena änden och i andra änden har reducerad diameter, varvid en gas 12 med hög överslagshållfasthet såsom svavelhexafluorid (siflö) fyller håinmmeu i nöijet 10. Höljes io är förbundet med jord och innehåller en stapel av motstånd 14 med olinjär karak- teristiïa, som är anordnade längs höljets löngdaxel. Det neders- ta motståndet i stapeln befinner sig vid höljets 10 slutna ände, medan det översta motståndet är förbundet med en elektrisk le- dare l6, som tjänstgör såsom ledning på högspänningssidan. Le- daren lö sträcker sig tätt genom ett elektriskt isolerande distansstycke li, som hermetiskt tillsluter höljet 10 vid dess ände med reducerad diameter. Varje motstånd 14 utgöres av en sintrad kropp, i huvudak bestående av zinkoxid.

Den i fig. l visade anordningen arbetar på följande sätt.

Ledaren l6 är förbunden med högspänningsklämman på en ej visad elektrisk apparat. Varje inkommande högspänningsstöt till följd av åska eller liknande kortslutes till jord via ledaren l6 och stapeln av olinjära motstånd lfl.

För sintrade zinkoxidelement, som användes såsom olinjä- ra motstånd 14, gäller den i fig. 2 visade typiska spänning- -strömkarakteristikan. I fig. 2 är strömmen i ampere avsatt längs abskissan i logaritmisk skala och spänningen i volt längs ordinatan. Den heldra¿na linjen beskriver karakteristikan för höga likspänningsstötar och anger, att spänningen över det olin- jära motståndet hålles i huvudsak konstant inom ett stort om- råde av strömvärden. En ökning i spänning över den i fig. 1 visade anordningen kan därför undertryckas till lågt värde. Men när en växelspänning tillföras den i fig. l visade anordningen, följer den resulterande spänning-strömkarakteristikan inom om- rådet med låg ström den streckade linjen i fig. 2 och avviker frän karakteristikan för likström. Den streckade linjen anger toppvärdet av vdxelspönningen i förhållande till toppvärdet för växelström. Denna skillnad mellan de båda karakteristikorna härrör från de sintrade zinkoxidelementen med elektrostatisk kapacitet och uppkommer vid olika olinjära motstånd, som inne! 7805722-1 Q håller sintrad sinI-:oxid. Men vid växelspšínningar överstigande ett visst värde blir spíínning-strömlzarafiteristikorna för växel- ström och likström lika.

Av fig. IE framgår, att všixelströmsïcurvan, nLír spänningen överstiger värdet V , i det närmaste sammanfaller med likströms- kurvan, medan lsåda kurvorna avviker från varandra vid spän- ningar under värdet V . För ett sintrat zinkoz-:idelement värdet av en mot spänningen V0 svarande ström normalt lika med eller högre än l mA. lien högspänningsavledare för växelström med en stapel av olinjííra motstånd tillföras ständigt en linje- víšxelspänning, som benämnas normal spänning till jord. Denna normala spänning till åord väljas lägre än spänningen V , t.ex. vid en nivå VP i rig. med hänsyn till sambandet mellan livs- tiden hos sintrade zinlzoxidelement och den över desamma matade spänningen. Eftersom ett sintrat zinkoxidelement arbetar såsom en i huvudsak perfekt kondensator med hänsyn till dylika låga vïíxzelspíinningar, uppkommer följande problem. Vid den i fig. l visade anordningen uppträder läckkapacitanser mellan motstånden ll! och höljet lO. Genom att taga hänsyn till dessa läckkapaci- tanser måste det sätt dislmteras, på vilket enlåg växelspän- ning såsom den över motståndsstapelrtnatade normala spänningen till jord uppdelas bland de olinjära motstånden, med ledning av den ekvivalenta lzopplingen till anordningen enligt fig. 1, såsom visas i fig.

I fig. 5 betecknar H den totala längden av stapeln av olintjära motstånd lll i fig. l, x avståndet till en punkt, som bedömes vara mätt från stapelns högspåínningsände, dX differen- tialen av avståndet x, som erfordras för genomförande av nedan angivna differentialberåšming, íí/dß: den eleiztrostatiska kapaci- teten hos en del av elementet med löngden ds: och Cdx den elektro- statisïca kapciteten, som uppkommer mellan delen av elementet med länQ-den dzc och metallhöljet lO. Vidare matas en spänning V över stapeln av motstånd lll, varvid VCX) betecknar potentialen vid pu-liïzten x. Då genom sambandet '1 wr(:~:)Gd:-: få ~ dx - ÖJ: f1< i. älv f àeosvzz-1 om C och K antages vara oberoende av x och därmed konstanta, reduceras sambandet till fï d*v§x2 ax; å v(><) H om gränsvillkoren V(o) V och v(H) = O gäller, erhålles genom lösning av ovanstående differentialekvation = V .m4 vars] sind: En genom ovanstående uttryck angiven potentialprofil vid stapeln olinjära motstånd visas med den heldragna linjen i rig. 4a, där avståndet x är avsatt längs abskissan och poten- tialen längs ordinatan. Om stapeln av olinjära motstånd ersät- tes av ett fast motstånd, blir den resulterande potentialprofílen rätlinjig och följer den streckade linjen i rig. 4a. Av ovan- stående uttryck för v(x) och därmed fíg. 4a framgår, att den genom en heldragen linje angivna potentialprofilen avviker från den genom endtreckad linje angivna rätlinjiga potentialprofilen och att dess avvikelse från den senare profilen ökar när den totala längden H hos motståndsstapeln ökar. Till följd härav blir det elektriska fältet Efix), som upprättas inuti motstånds- stapeln och bestämmas av E(x) =|dv(x)/dx|, mycket olikformigt, såsom framgår av den heldragna kurvan i fig. äb, där E(x) är avsatt längs ordinatan som funktion av avståndet x längs ab- v(x) skissan. àåsom framgår av denna figur uppträder maximumvärdet Emax av det elektriska fältet på högspänningssidan av motstånds- stapeln, motsvarande X = O, och är synnerligen högt i jämförel- se med medelvärdet Eav i fig. Qb. Under dessa omständigheter befinner sig delen av motstàndsstapeln i närheten av högspän- ningssidan i sitt överspänningstillstånd, i vilket överspän- ningen är avsevärt högre än den normala spänningen Vä till jord.

Om en dylik överspänning ständigt tillföras ett olinjärt mot- stånd såsom ett sintrat zínkoxidmotstånd, försämras motståndet generellt i elektriskt avseende. Fig. 5 visar ett exempel på spänning-livstidskurvan för zinkoxidelementet. I rig. 5 är spän- ningen avsatt längs ordinatan som funktion av livstid i år längs abskissan i logaritmisk skala. Den övre kurvan i fig. 5 avser4 180572241 zinoxidelementet vid låg temperatur, medan den nedre kurvan hänför sig till elementet vid hög temperatur. Av fig. 5 fram- går, att livstiden förkortas snabbt, när spänningen närmar sig värdet VÖ i fig. 3.

Eig. 6 visar i tvärsnitt ett trefasöverspänningsskydd eller högspänningsavledare av konventionell typ, vars trefas- komponenter samtliga befinner sig inuti ett enda metallhölje.

Fig. 7 visar ett längdsnitt av skyddet längs linjen VII-VII i fig. 6. Den visade anordningen skiljer sig från den i fig. l visade enbart därigenom, att i fig. 6 och 7 tre staplar av olinjära motstånd l4a, l4b och l4c är anordnade inuti ett enda metallhölje lO med cirkelformat tvärsnitt med lika vinkelmellan- rum och på samma avstånd från höljets lO lüngdaxel, varav en för var och en av tre faser a, b och c, och tre elektriska le- dare löa, l6b och l6c sträcker sig tätt genom ett elektriskt isolerande distansstyoke 18, som tillsluter höljet 10 i dess andra ände. Ledarna löa, löb och l6c år förbundna med var sin stapel av olinjära motstånd l4æl4c.

Liksom vid den i fig. 1 visade anordningen föreligger läckkapacitanser Cl, G2 och G5 mellan staplarna av olinjära motstånd l4a-l4c för faserna a, b och c och det jordade metall- höljet 10. Mellan varje par av angränsande staplar förekommer även låokkapaoitanser Cab, Cbc och Goa. Om varje stapel anta- ges innehålla n olinjära motstånd, kan var och en av dessa läck- kapacitanser uppdelas i n läokïapacitanser med hänsyn till de n olin¿ära motstdndon, som år anordnade ovanpå varandra, för bildande av ett ekvivalent schema enligt fig. 8 till den i fig. 6 och 7 visade anordningen. De olika lšckkapacitanserna är betecknade med hänvisningsbeteckningarna och bokstäverna, som identifierar den läckkapacitans, från vilken den är upp- delad, varvid det sista tillägget anger det samordnade olinjära motståndet. Sålunda betecknar t.ex. C en läokkapacitans, som uppkommer mellan det översta motståndet för fasen a i fig. 7 eller 8 och det jordade höljet 10, medan Cbcn betecknar en läckkapacitans, som uppkommer mellan de nedersta mdtånden i fig. 7 eller 3 för faserna b och c. I fig. S är det ekvivalen- ta schemat för varje fas identiskt med det i fig. 3 visade, så att den i fig. 6 och 7 visade anordningen har samma nack- delar som den i fig. l visade. Eftersom läckkapacitanser dessa Jam, íïïï §21§I¥ïÄfï*r ro 78057122-1 ~J utom förekommer mellan faserna, kan lückningen mellan faserna med hänsyn till kapacitans variera i beroende av det speciella systemtillständet. När ett fel mellan fas och jord uppträder vid t.ex. fasen a, ökar läckcapacitanserna Cab och Goa, efter- som dessa kapacitanser arbetar som om det jordade höljet 10 skulle minska i diameter. Detta medför ogynnsam spänningsför- delning, så att delen av stapeln på högspänningssidan snabbare förstöres.

Till följd av uppfinningen elimineras olägenheterna hos kända anordningar av ovan beskriven art genom speciell place- ring av stapeln av olinjära motstånd. Fig. Ü och 10 visar en utföringsform av ett trefasöverspänningsskydd enligt uppfin- ningen. Den visade anordningen omfattar ett metallhölje 10 i form av en ihålig cirkelformad cylinder med botten och tre elektriska ledare 16a, 16b och l6c, som är anordnade på lika vinxelavstånd längs en med höljet 10 koaxiell cirkel och sträcker sig tätt genom ett elektriskt isolerande distansstycke 15, som hermetistt tillsluter höljet 10 i den andra änden, varvid höljet är fyllt med en gas 12 med hö¿ genomslagshållfasthet såsom svavelhexafluorid liksom vid den i rig. 6 och 7 visade anord- ningen. Ledarna lßa-l6c är avsedda att anslutas elektriskt till klämmer för tre raser a, b och c vid en ej visad elektrisk appa- rat, som skall skyddas. De enda av ledarna låa-l6c, som sträcker sig in i höljet 10, är förbundna med var sin cylinderformad elektrod 20a, IOb och ZOc, som sträcker sig parallellt med höl- Jets 10 längdaxel. Elektroderna 20a-20c tjänstgör såsom skär- mande ledare. Ett antal olinjära motstånd lëa är anordnade ovanpå varandra inuti en ej visad elektriskt isolerande hylsa eller liknande för bildande av en sluten stapel, som är öppen i båda ändar. Den på detta sätt bildade stapeln är i sin ena ände förbunden med den i fig. 10 övre delen av elektroden 20a och i sin andra ände med höljets 10 botten och lutar radiellt utåt i förhållande till höljets 10 längdaxel. Vid den visade utföringsformen är stapeln av olinjära motstånd 14a enligt fig. LO i sin övre ände eller högspänningsånde förbunden med ett radiellt utâtriktat utsprång Qía på den övre delen av elektroden fOa och med sin nedre ände eller jordade ände för- bunden med periferikantdelen av höljets 10 botten. renssïzà-ti På samma sätt utformade staplar av olinjära motstånd l4b och 14c är inkopplade mellan elektroderna 20b och 200 och höljets 10 botten på samma sätt som stapeln med motstånd l4a. Varje mot- stånd består företrädesvis av sintrad zinkoxid. Eftersom elektro- derna 2Oa-200 är placerade i förhållande till det jordade höljet 10 på beskrivet sätt, förflyttas den resulterande laddade delen i riktning mot höljets 10 botten och uppkommer ekvipotential- linjer mellan var och en av elektroderna 20a-20c och det jorda- de höljet 10, som.sträcker sig i huvudsak axiellt med den sam- ordnade elektroden. I fig. lO anger den streckade linjen 24 en potentialprofil, som bildas av dessa ekvipotentiallinjer med hän- syn till elektroden 20a vid frånvaro av stapeln av olinjära mot- stånd l4a. Genom att ändra elektrodens 20a längd, diameter och form och vinkeln mellan elektrodens längdaxel och det jordade höljet 10 kan denna potentialprofil bli i huvudsak likformig.

Detta gäller även beträffande elektroderna 20b och 20c. Stap- larna av olinjära motstånd l4a-l4c är inkopplade mellan elektro- derna ZOa-Éüc och det jordade höljets 10 botten, medan den i huvudsak likformiga potentíalprofilen med hänsyn till varje elektrod ej störes med avseende på det elektriska fältet. Häri- genom blir genom de olinjära motstånden flytande strömmar kon- stanta med resultatet, att motståndens livstid förlängas.

Sammanfattningsvis kännetecknas uppfinningen sålunda av att staplarna av olinjära motstånd l4a-14c är anordnade mellan de samordnade elektroderna 20a-200 och det jordade höljet 10 på sådant sätt, att spänningar, som delas mellan de olika motstån- den i varje stapel, i huvudsak är lika med en potentialprofil, som bildas mellan den samordnade elektroden och det jordade höl- jet. Även om potentialen vid t.ex. fasen a skulle ändras till följd av ett fel mellan denna fas och jord, skulle potential- profilen vid var och en av faserna b och c knappast påverkas ogynnsamt.

V v- ,, prosa* _

Claims (2)

10 15 20 ,qo»np-_.-.._..._....--_-<-._».«~........ ..,. . ._ e 7805722-'1 aazertiza

1. överspänningsskyddsanordning, omfattande ett med jord förbundet metallhölje (10) i form av en cirkelformad, med en botten försedd ihålig cylinder, en tilledning (16), som sträcker sig axiellt med höljet och är förbunden med en elektrod (20), och en av ett antal olinjära motstândselement bestående stapel (14), som utgår från elektrodens (20) från höljets (10) botten vända ände och lutar radiellt utåt i för- hållande till höljets längdaxel, av att en av tilledningen (16a, 16b), elektroden (20a, 20b, 20c) och stapeln (14a, 14b, bestående enhet bildar en fas för ett trefasöverspännings- k ä n n e t e c k n a d 140) av olinjära motstândselement skydd, varvid de tre enheterna är anordnade inuti höljet (10) på inbördes lika vinkelavstând koncentriskt i förhållande till höljets (10) längdaxel.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att ett radiellt utåtriktat kontaktutsprâng (22a, 22b) för stapeln (14a, 14b, 14c) är utformat på varje elektrod (20a, 20b, 20c) vid dess från höljets (10) botten vända ände och att stapeln sträcker sig från detta utsprâng till periferi- kantdelen av höljets (10) botten.