WO2003009310A2 - Überspannungsableiter zum einsatz in energieübertragungsnetzen - Google Patents

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    • H01C7/126—Means 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 leakage current path which has at least one varistor block, the varistor block having two contact areas and a jacket area.
  • a surge arrester of this type a plurality of varistor blocks forming the discharge current path of the surge arrester are arranged one behind the other and clamped between two end fittings.
  • Surge arresters of this type are used in energy transmission networks of different voltage levels.
  • An insulating material housing is arranged between the end fittings, surrounding the varistor blocks on the casing side.
  • the varistor blocks are wrapped with non-conductive fibers. - Internal faults of such varistor blocks can lead to arcing.
  • Openings are provided between the non-conductive fibers in order to allow the hot gases generated by the ignition of the arc to emerge from the inside of the surge arrester.
  • the non-conductive fibers hold the varistor blocks together mechanically, so that the fragments that occur in the event of an error when the varistor blocks burst are held together (EP 0 335 480 A2).
  • the present invention is based on the object of designing a surge arrester of the type mentioned at the outset in such a way that the risk of the varistor blocks bursting in the event of an error occurring is reduced. This object is achieved in that in at least one
  • a portion of the jacket area of the at least one varistor block is provided with a coating which serves to initiate an electrical flashover when a critical temperature of the varistor block is exceeded.
  • the coating provided according to the invention prevents a breakdown in the interior of the varistor block by early ignition of an arc in the jacket region. This significantly reduces the risk of the varistor block splintering.
  • a thermistor material can advantageously be used as the material for the coating. At the critical temperature of the varistor blocks, such a material reduces its electrical resistance to such an extent that the flashover resistance of the arrester path is undershot and an electrical flashover is initiated.
  • Such a thermistor material can be manufactured using the same manufacturing measures as are customary in the manufacture of varistor blocks, namely sintering and glazing. The application of the coating can therefore be easily integrated into the production steps customary for the production of varistor blocks.
  • a conductive path is generated from ionized gas. This conductive path is used to initiate an electrical flashover of the cladding area of the varistor block. The conductive path immediately initiates an arc outside the varistor block.
  • the use of a pyrotechnic substance to form the coating represents a particularly reliable design variant. With regard to the layer material, one can fall back on commercially available pyrotechnic substances based on nitrocellulose.
  • Pyrotechnic substances based on nitrocellulose can be easily applied to the cladding area of a varistor block.
  • a paste-like solution of nitrocellulose in acetone is suitable for applying the coating.
  • the solvent evaporates after application and the nitrocellulose is sufficiently permanently fixed on the outer surface.
  • the ignition temperature of nitrocellulose corresponds approximately to the critical temperature of the varistor blocks, so that the desired external flashover occurs before the varistor blocks are overloaded. Nitrocellulose can also be obtained inexpensively.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the coating - regardless of the material selected 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 varistor blocks or embedded in a groove. If a groove is provided in the casing area in which the coating is arranged, it is possible to assign the coating to a varistor block without changing its outer contour.
  • a coating extending along a surface line detects several varistor blocks arranged one behind the other. each individual varistor block, so that regardless of which varistor block there is a fault, a fast one
  • the protective measure becomes effective.
  • the layer has an annular shape.
  • An annular layer can optionally also be combined with a layer running along a surface line. - However, an annular arrangement of the layer results in a higher consumption of coating material. In the extreme case, the entire lateral surface of a varistor block can be coated.
  • FIG. 1 shows a section through a surge arrester with a layer running along a surface line
  • FIG. 2 shows a section through a surge arrester with several layers running in a ring around the leakage current path
  • FIG. 3 shows a view of a single varistor block with a groove.
  • the surge arrester 1 shown in section in FIG. 1 has a first end fitting 2 and a second end fitting 3. Between the end fittings 2 and 3 is a leakage current path consisting of three varistor blocks 4a, 4b, 4c arranged. For electrical contacting and mechanical
  • a first connection bolt 5 is arranged on the first end fitting and a second connection bolt 6 is arranged on the second end fitting.
  • the three varistor blocks 4a, 4b, 4c are clamped with insulating rods 7 for mechanical stabilization.
  • the surge arrester 1 has an insulating material housing 8.
  • a coating 9 made of a material is arranged along a surface line of the varistor blocks 4a, 4b, 4c and is used to initiate an electrical flashover when a critical temperature of the varistor blocks is exceeded.
  • the coating 9 can consist, for example, of a thermally conductive material or a pyrotechnic substance. The mode of operation of the coating 9 is to be explained using a configuration variant of the layer as a pyrotechnic coating.
  • the varistor blocks are heated due to a fault current flowing through the leakage current path.
  • a critical temperature of approximately 200 ° C. the coating 9 ignites and ionized gas is produced.
  • This ionized gas now forms a conductive path between the first end fitting and the second end fitting.
  • An arc arises immediately due to the high potential difference between the two end fittings. This arc burns outside the varistor blocks 4a, 4b, 4c, • a breakdown inside the varistor blocks 4a, 4b, 4c is prevented in this way.
  • the gas overpressure generated by the burning arc inside the surge arrester 1 can be reduced by a corresponding bursting of the insulating material housing 8.
  • the surge arrester 1 a according to FIG. 2 basically has the same structure as the surge arrester 1 shown in FIG. 1.
  • the pyrotechnic substance can be applied in different variants. As already mentioned, the pyrotechnic substance can be used as a paste-like solution. In the present case, the pyrotechnic substance is wound onto the respective varistor block in the form of a band-like structure.
  • a single varistor block 4d is provided with a groove 10 along a surface line. This groove can be filled with the material which serves to initiate an electrical flashover when a critical temperature is exceeded.

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Abstract

Um bei einem Überspannungsableiter (1), welcher eine Ableitstrombahn mit zumindest einem Varistorblock (4a, 4b, 4c) aufweist, bei Vorliegen eines inneren Fehlers und damit verbundenen Auftreten eines Lichtbogens, ein Zerbersten der Varistorblöcke (4a, 4b, 4c) zu verhindern, ist vorgesehen, im Mantelbereich zumindest eines Varistorblockes (4a, 4b, 4c) eine Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einem Werkstoff anzuordnen, die bei Überschreiten einer kritischen Temperatur der Varistorblöcke (4a, 4b, 4c) einen elektrischen Überschlag einleitet.

Description

Beschreibung
Überspannungsabieiter zum Einsatz in Energieübertragungsnetzen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsabieiter zum Einsatz in Energieübertragungsnetzen mit einer Ableitstrombahn, die wenigstens einen Varistorblock aufweist, wobei der Varistorblock zwei Kontaktbereiche und einen Mantelbereich aufweist. - Bei einem bekannten Überspannungsabieiter dieser Art sind mehrere die Ableitstrombahn des Überspannungsabieiters bildende Varistorblöcke hintereinander angeordnet und zwischen zwei Endarmaturen eingespannt. Derartige Überspannungsabieiter werden in Energieübertragungsnet- zen 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 Überspannungsabieiters 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 Feh- lerfall bei einem Bersten der Varistorblöcke entstehenden Bruchstücke zusammengehalten werden (EP 0 335 480 A2).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsabieiter der eingangs genannten Art so auszubil- den, dass das Risiko eines Zerberstens der Varistorblöcke bei einem auftretenden Fehler vermindert ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in wenigstens einem
Teilbereich des Mantelbereiches des wenigstens einen Varistorblockes eine Beschichtung 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 ver- mindert 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 Fer- tigungsmaßnahmen 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 Varistorblö- cken 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 Überspannungsabieiter mit einer längs einer Mantellinie verlaufenden Schicht, die Figur 2 einen Schnitt durch einen Überspannungsabieiter 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 Überspannungsabieiter 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 Überspannungsabieiters 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 Überspannungsabieiter 1 ein Iso- lierstoffgehäuse 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 Überspannungsabieiter, 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 Va- ristorblöcke 4a, 4b, 4c ist auf diese Weise verhindert. Der durch den brennenden Lichtbogen im Innern des Überspannungs- ableiters 1 entstehende Gasüberdruck ist durch ein entsprechendes Aufplatzen des Isolierstoffgehäuses 8 abbaubar. Der Überspannungsabieiter la gemäß Figur 2 weist prinzipiell denselben Aufbau wie der in der Figur 1 dargestellte Über- spannungsableiter 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 pyrotechni- sehe 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

Patentansprüche
1. Uberspannungsableiter (1, la) zum Einsatz in elektrischen Energieübertragungsnetzen mit einer Ableitstrombahn, die we- nigstens einen Varistorblock (4a, 4b, 4c) aufweist, wobei der Varistorblock (4a, 4b, 4c) zwei Kontaktbereiche und einen Mantelbereich aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in wenigstens einem Teilbereich des Mantelbereiches des we- nigstens einen Varistorblockes (4a, 4b, 4c) eine Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) angeordnet ist, die bei Überschreitung einer kritischen Temperatur des Varistorblockes dem Einleiten eines elektrischen Überschlages dient.
2. Uberspannungsableiter (1, la) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einem Heißleiterwerkstoff besteht.
3. Uberspannungsableiter (1, la) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einer pyrotechnischen Substanz besteht.
4. Uberspannungsableiter (1, la) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einer Substanz auf der Basis von Nitrozellulose besteht.
5. Uberspannungsableiter (1, la) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtung (9) sich längs einer Mantellinie wenigstens eines Varistorblockes erstreckt.
6. Uberspannungsableiter (1, la) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtung (9a, 9b, 9c) ringförmig ausgebildet ist.
7. Uberspannungsableiter (1, la) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtung (9) in einer Nut angeordnet ist.
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