SE447041B - Blixtskyddsanordning - Google Patents

Description

if) f.. 'l\ 30 ia.

*G CD , i; 1-3 2 -itforniade sa att de har en föreskriven märkspänning, t.e:<. lli kV. Om en installation kräver ett högre spänningsiniírkvärde, kan två eller flera skyddsen- heter hopkopplas. Skyddsanordningarna innefattar ett yttre hölje, som innesluter zinkoxidmotstâttden och den parallella gapanordningen, och kan innehålla kväve eller annan gas, eller också kan de förslutas och luften evakueras. så att skyddsanordningen kan placeras så nära den utrustning som skall skyddas som Skyddsanordningens hölje görs lämpligtvis av metall, som kan jordas, inöjligt. I sådana fall måste zinkoxidmotstånden isoleras från metallhöljet. För att uppnå denna erfordrade isoleringseffekt samtidigt med minimalt utrymme .fnellan rnotstårtden och metallhöljet och därför så liten totalstorlek hos skyddsanordningen som möjligt, har det föreslagits att fylla höljet med svavelhexafluoridgas (S126) på grund av dess utmärkta elektriska isoleringsegen- skaper. Detta är särskilt fördelaktigt i skyddsanordningar som används i iníniatyriserade elektriska understationer, metallpläterade omkopplingsdon, och liknande, där skyddsanordningens totalstorlek är kritisk.

Man inser, att när svavelhexafluoridgas används i skyddsanordningens hölje, kräver dess utmärkta isoleringsegenskaper även att dimensionen hos det parallella ljusbâgsgapet reduceras. Emellertid är det nödvändigt att parallellgap- anordningen är stabil i drift, och att gnistövergâng sker vid den önskade förutbestämda spänningen. Om ljusbågsgapet blir för litet, är stabiliteten svär att upprätthålla.

Följaktligen är det ett syfte med föreliggande uppfinning att åstad- komma en blixtskyddsanordning, som eliminerar behovet av ljusbâgsbildnings- eller gnistövergängsgap i serie med skyddsanordningen, som är liten och kompakt och kan installeras nära den utrustning som skall skyddas, och som är stabil och pålitlig till sin funktion.

Enligt fan aspekt av uppfinningen innefattar blixtskyddsanordningen minst tvâ staplar av icke-linjära motstånd, som var och en innefattar ett flertal icke- linjära element konstruerade av metalloxid och kopplade i serie, ljusbågsgaporgan och ett hermetiskt tillslutet hölje, som omsluter motståndsstaplarna och ljusbàgsgaporgaiierit urin är fyllt :ned svavelhexaíluoridgas vid ett rnanometer- tryck' som inte iir :iunrlre än 2 kp/cmz, och kännetecknas av att ljusbägsorganen är ltoizplade parallellt med en av motstândsstaplariia och pâverkbara att shunta denna motståndsstapel till jord samt innefattar elektroder som är anordnade på ett avstånd inte mindre än ca 0,8 mm från varandra, att impedansen för den ena rnotståndsstaprzlii är från Ca 15 till ca 35% av totalirnpedanseri för de båda niostâiirlsstajalarrta, när ljusbågsgaporganeii ger gnistövergång, och att skydds- anordningens niärkspännirig inte är rnindre än ca 50 kV. _ .aw-...v-.afl-wm-.w-.we 4:27 3 »Lppiínnirigen beskrivs närmare med hjälp av de bifogade ritningarna, dšíi' Fig. l .iir en schematisk tvärsektionsvy av en föredragen utíöringsform _1v uppfinningen; Fig. 2 är en schematisk tvärsekticnsvy i likhet med en del av Fig. l och visar en annan utföringsform av uppfinningen; och Fig. 3 är en schematisk tvärsektionsvy i likhet med Fig. 2 och visar ytterligare en annan utíöringsform av uppfinningen. l Fig. l innefattar den visade blixtskyddsanordningen konstruerad i enlighet med uppfinningen två staplar av icke-linjära motstånd ll, 12, som var well en innefattar ett flertal icke-linjära inotståndselerrieiit 13 av skivform, som 'ar staplade ovanpå varandra. De icke-linjära rnotständsskivorna l3 är tillverkade riv metalloxid, fširc-triidvsvis zinkoxid, och var och en av rnotslåndsskivorna 13 har sainrna spšinningsmärkvärde.

Fimïalet :izotståridsskivor 13 i stapeln 12 jämfört med det totala antalet fnatstândsskivor 13 i båda staplarna ll och 12 kan variera beroende på de tinskade egenskaperna hos skyddsanordningen. Det påpekas emellertid att, i - rfjiglæff med upgxinningen, antalet skivor 13 i stapeln 12 och, på. motsvarande ti: t, iiripedzittsen lut. stapeln 12 skall ligga inom området från ca 15% till ca 35% dv totala antalet skivor i och den totala impedansen för bägge staplarna ll och lÉ. Anledningarna till detta beskrivs nedan.

Ett iörlziifrelseelement 11+ av elektriskt ledande material, såsom koppar, nar en skivliknancle del 15 skiktad mellan rnotståndsstaplarna ll och l2 och en ledande stav 16, som sträcker sig ut från delen 15. En ljusbâgsgapanordning l7 är amluteri till tion íedande staven 16 och är anordnad att shunta motståndsstapeln 12, när gapet ger gnistövergång.

Skyddsancsdningens komponenter innefattande motstândsstaplarna ll, 12 och gnistövrrgalngsgapanordningen 17, är inneslutna i ett lufttätt eller 'w--firnetiskt ltllslntet hölje, allmänt betecknat med hänvisningssiiíran 21. Höljet 21 lia: en sltn-/lii-:iiarlde rnetallunderdel 22, ett ringliknande metallstöd 23, och en cylindrislt inetalllwuvuddel 24. En öppning 25 är utformad i den cylindriska delen Eb och är omgiven av en cylindrisk metallkåpa 26 med en ändvägg 27. Det cylindriska eælemenwet 26 tillsluter öppningen 25 och inrymmer ljusbågsgapanord- ningen 17 och utgör en del av höljet Zl. Höljet 21 har även cfylindriskt, metallparti 28. Ett koniskt stödelement 29 tillverkat av isolerande ett övre, allmänt iriateritil iir anordnat på metallpartiets 28 överdel.

En högsçxinningsanslutning 30 med en íläns 31 är avpassad att anslutas till en ledning som skall skyddas (ej visad) och sträcker sig genom en central Pooït QUALITY if) iàl 'J tå? 041 4 iipi-.ning i det ironiska stödelementet 29 från insidan till utsidan av höljet 21, så att flänsen 31 anligger mot en kant av den centrala öppningen i stödelementet 29. Högspänningsanslutningen 30 har en urtagning för att motta en styrning 32, som skjuter ut uppåt från en skärmring 19, som är anordnad på motstândsstapelns ll överdel. En tryckfjäder 33 är placerad mellan flänsen 31 och skärmringen 19.

Elektrisk förbindelse mellan högspänningsanslutningen 30 och skärmringen eller s:ögspännzng-selektroden 19 åstadkommes med fjädern 33. Om så önskas kan en tejp av höggradigt elektriskt ledande material lindas kring den tråd som bildar fjädern 33.

En jordpotentialbaselektrod 18 är anordnad vid motståndsstapelns 12 underdel och uppbärs på höljets 21 metallbas 22 via ett isolerande element 35.

Det isolerande elementet 35 har ett hålförsett utskott som sträcker sig genom en central öppning i basen 22. En jordanslutning 36 sträcker sig från jordelektroden 18 och genom en öppning i isoleringselementets 35 cylindriska utskott.

För att uppbära den ledande staven 16 hos förbindelseelementet lll och iffi-.isbâgsgapanordningen l7 är ett generellt koniskt isolerande stöd 41 anordnat, som är förbundet med det cylindriska höljespartiet 21; och med staven 16 och gapanordningen 17. Stödet lll har öppningar 37, som förbinder den kammare som omger motstândsskivstaplarna ll och 12 och den kammare i kåpan 26 som innehåller ljusbägsgapanordningen 17. Gapanordningen' 17 uppbärs även av ett isolerande element 38, som har ett utskott som sträcker sig genom en öppning i íindväggen 27 hos höljet 26. En ledande stav 39 sträcker sig genom det isolerande atödelementet 38 och ansluter en ljusbâgselektrod hos gapanordningen l7 till jord. Den andra ljusbågselektroden hos gapanordningen 17 är elektriskt ansluten till staven 16 hos förbindelseelementet 14.V Baselektroden 18 och den ledande staven 39 är förbundna och sedan jordade, såsom visas. En anordning A10 kan anordnas för att räkna antalet gånger son: skyddsanordningen aktiveras. Företrädesvis är även metallpartiet av höljet och kåpan 26 också jordade med lämpliga organ (ej visade).

Den kammare som bildas av höljet 21 och som innehåller staplarna ll, 12 av motståndsskivor, och den kammare som bildas av kåpan 26 som innehåller gapanordningen 17, är hermetiskt tillslutna, även om de båda kamrarna inbördes srâr i förbindelse med varandra genom öppningarna 37 utformade i stödelementet fßl. Höljet 2l och kåpan 26 är fyllda med svavelhexafluoridgas (SFG) med ett -nafxometertryclg som inte är mindre än 2 kp/cmz. Det påpekas, att om svavelhexaíluoridgasens manometertryck är lägre än 2 kp/cm , så utnyttjas inte ¿~a:ens isoleringsegenskaper effektivt. 1 det fallet skulle mer utrymme krävas tft-ellen inotståndsstaplarna ll, 12 och metallhöljespartiet 24 för isoleringsända- ' -. .a J . __, _ _. _ :if - z':-,-~ ,-~. «-- ,. , , ~ :,- -. _ _ v_., rfëeeßïš Qtzftarfrt »o 447 041 5 =f Jil, och detta bidrar betydligt till skyddsanordningens totala storlek.

I funktion orsakar en stötspänningsvâg som läggs på högspänningsan- slutninggeri 30 att rnotstândsstaplarna ll och l2 minskar sina impedanser, så att en stötströin flyter genom desamma i enlighet med motståndsskivornas l3 egenskaper. Spänningen vid anslutningen 30 ökar, och samtidigt ökar även den spänning som lzggcr på gnistövergångsgapanordningen 17 tills den när sin âiixsbågsbildnirigf» eller gnistövergångsspänning. Motståndsskivstapeln 12 shuntas .sedan genom ljusbågsbildriing. Detta ökar skyddsanordningens skyddsnivå. När spänningen vid anslutningen 30 minskas till en förutbestämd nivå, avbryter 1 lilsbågsgapanordningen 17 ljusbågsströmmen.

Anta nu att skyddsanordningens märkvärde är 50 kV, och att impedansen får motståndsstapeln 12 är 15% av den totala impedansen för staplarna ll och iZ. lllärkvärdet för den parallella ljusbågsgapanordningen 17 är 50x0,l5= 7,5 kV. viffíare att förhållandet mellan gnistövergångsspänningen och gapanor-:lnirigeris l7 märkspänning är 2 (dvs. = 2) som är sedvanligt. Då blir gapanordningens 17 gnistövergângsspänning 7,5 x 2 = 15 kV. lie-t rl-essa tfärrkzn och vid användning av svavelhexafluoridgas vid ett manometer- :ryfk på finns.. 2 kp/cmz, så blir det erforderliga avståndet mellan ljusbågselek- teorierna i gapanordningen l7 ca 0,8 mm. Det bör noteras, att ett avstånd på ca ijusbâgselektroderna är minimivärdet för att man skall uppnå :uzrag 1,3 mm rclelšzzi = -e-.tiil griistövergàrtg och avbrytningsegenskaper i en ljusbågsanordning.

Om rnan tillämpar samma beräkningar på skyddsanordningar med ett .närkvärde på lll kV, ser man att ljusbågsgapets märkvärde skulle bli 14 x 0,15 = 2.1 l :fvatårt-riet mellan liosbågselektroderna med en gnistövergångsspänning på 4,2 kV er ca lmm, när det omslutande höljet är fyllt med kväve. Om emellertid :tvavelrlexafluoridgas vid ett manometertryck på ca 2 kp/cmz används, minskas flxstàndet mellan ijusbågselektroderna till ca 0,2 mm. Det inses att pålitlig ;¿'_riifitövcfrgårigs-och avbrottsfunktion är nästan omöjlig att uppnå, när elek- troderna är så nära.

Eriligt ett särdrag för föreliggande uppfinning är därför skyddsanord- .íngens rriärk;»,f;ëirirting inte mindre än ca 50 kV, och impedansen för den shuntade -riotständssitagleln 12 är inte mindre än 1596 av den totala impedansen iör f-iotstàndsstaplarnza ll och 12 vid den tidpunkt då ljusbågsgapanordningen l7 ger gnistövergämg. Således kan ett minimiavstånd mellan ljusbågselektroderna som " för /oålštlig íurtktion, dvs. 0,8 mm, användas. i-PÛÜR QUALITY 5 10 J-l 'i 'å 041 11-4? 6 Om den pr-acentuella andel av den totala impedansen för motstånds- staplarna ll och l2 som representeras av den shuntade motståndsstapeln l2 ökas, krävs det att avståndet mellan ljusbågselektroderna också ökas, eftersom den, gnistövergångsspänning som krävs blir högre. Emellertid tenderar ett ljusbågsgap, som har en gnistövergângsspänning pä mer än ca 35 kV, att vara otillíörlitligt, eliersom gnistövergångsspänningen blir alltför instabil. l en skyddsanordning med ett märkvärde på 50 kV krävs en gnistövergângsspänning på ca 35 kV, när ímpedansen hos den shuntade motstândsstapeln l2 utgör ca 3596 av totalimpedan- »en för de båda staplarna ll och 12. Om således skyddsanordningens märk- _ spänning är 50 kV, märkvärdet för parallellgapsanordningen är 50 x 0,35 = 17,5 kV, och förhållandet mellan gnistövergångsspänningen och märkspänningen iör gapanordningen 17 är 2, så är gnistövergângsspänningen 17,5 x 2 = 35 kV.

Följaktligen är det föredraget att den parallella ljusbågsanordningen l7 iår šfoppiad att shunta från ca 15% till ca 35% av de totala motståndsskiv- staplarna ll och 17..

Det är även givet att manometertrycket för svavelhexaíluoridgasen (Slfá) inte skall vara mindre än 2 kp/cmz för att utnyttja isolerings- och avbrotts- f-gvmlxarverna hos denna gas. Svavelhexaíluoridgasen bidrar även till att avbryta fyaslaâge-:i rnelšan glpanordningens l7 elektroder, när stötspännirigen sjunker.

I Fig. 2 .ipplinning, är lika eller identiska delar angivna med samma hänvisningssiífror och 3, som visar andra uttöringsformer av föreliggande som används i Fig. l. l Fig. 2 är två parallella uppsättningar av motståndsskiv- .etapl-ar, som båda har samma märkvärden, anordnade för att öka strömkapaci- reta-n hos anordningen. En uppsättning motstândsstaplar visas vid lla och l2a och »varar mot staplarna ll och 12 i Fig. l. Den andra uppsättningen staplar llb och l2b svarar också mot arrangemangen ll och 12 i Fig. 1. Staplarna lla och llb är kopplade parallellt genom en modifierad skärmring l9 och ett förbindelseelement lll. Staplarna l2a och l2b är också parallellkopplade genom det modifierade iörbindelseelementet lll och baselektroden 18. Den parallella ljusbâgsgapanord- :lingen 17 är ansluten till staplarna l2a och l2b för att shunta dem, när gapanordningeii 17 ger gnistövergång. l Fig. 3 är stapeln l2b i Fig. 2 utelämnad och gapanordningen l7 därför ersatt med en enklare konstruktion. Efter det att gapanordningen l7 ger gnistövergâng, lyter ingen ström genom stapeln l2a, som uppbär ström under ett relativt kort tidsintervall jämfört med det tidsintervall under vilket ström flyter i staplarna lla och llb. Den erforderliga strömkapaciteten i den shuntade stapeln är något mindre än i staplarna lla och llb. Således kan den enklare -.âu,- Paola QUALiTif .... f .,, ._. ~..~.-._~ '. -. n." , . . ru 'w _ -, v ~.

Claims (2)

1. 447 041 7 "_ 'en era föredragna utföringsformer illustreras och beskrivs häri, är -ippfinnirqgen inte begränsad till dessa utföringsforrner. Det är självfallet att det liter-n grunrlianker: i ör föreliggande uppfinning kan rymmas många modifikationer och íoräiidringar. Exempelvis kan ytterligare en parallell uppsättning motstånds- slcivstaplai' arlderas till utföringsformen i Fig.

2. EÅXÉNTKRA¶ I. itlixtskydtlsariordning innefattande minst två staplar (ll, 12) av icke- liitiära rnotstånd, som var och en innefattar ett flertal icke-linjära element (13) l- ffrrtz-:w cl-s- a: en metalloxid och kopplade i serie, ljusbàgsgaporgart (l7) och ett lr-.znetlsl-.t tillfiltnttat holje (21) som omsluter rnotståndsstaplarna och nämnda ljusbâgsgaporgarr och är fyllt med svavelhexaíluoridgas vid ett manometertryck, sam: inte *r rninclre än 2 kp/cmz, -. r -1 i: ; c k n a d av att ljusbâgsgaporganen (17) är kopplade parallellt med en av staplarna (12) och påverkbara att shunta denna motståndsstapel till jord samt irinetattar elektroder som är anordnade på ett avstånd inte mindre än ca 0,8 an: fria: i. .1rartrlra, att impedansen för nämnda ena motständsstapel (12) är »tr-llriri t 1 'S till ca 35% av den totala impedansen för de båda ntotstàndsstap- larm til, lå), riiir ljusbâgsgaporganen (17) ger gnistövergång, och att skydds- anordningeirs rnirkspänning inte är mindre än ca 50 kV. En; .idsanordning enligt patentkravet 1, -- .~. e f e e l: n a d av att de icke-linjära motståndselementen är konstrue- ra-.ie av ziizkoxifi. ïïfvddsariordnixtg enligt patentkravet 1 eller 2, l a n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar två ytterligare staplar (1 lb, *Zbl av inte-linjära motstånd som har samma märkvärden som de förstnämnda -rivståndsstaplarna och är parallellkopplade därmed. :škyfštisrinordning enligt patentkravet 1 eller 2, .-: .i r. n r: =. e r., k n a d av att den vidare innefattar en ytterligare stapel av icke- enar.. :rxifständ kopplad parallellt med och med samma märkvärde som den e] ltunt, 'li stapeln. POQR QUALITY