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Title:
PLUGGABLE SURGE ARRESTER FOR A POWER TRANSFORMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/206658
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a surge arrester (1) having a socket (10) for receiving a cable (8) (e.g. in order to electrically connect the surge arrester to a transformer). The surge arrester has a contact (13) for contacting a cable (8) that is connected via the socket (10). Furthermore, a ground terminal (7) connected to the contact (13) is provided. At least one electronic component for surge protection is arranged between the contact (13) and the ground terminal (7). The invention allows surge protection to be flexibly provided. A varistor stack (6) for surge protection is arranged between the contact (13) and the ground terminal (7).

Inventors:
NEUMÜLLER, Gernot (Birkengasse 21, 4040 Lichtenberg, 4040, AT)
Application Number:
EP2019/059239
Publication Date:
October 31, 2019
Filing Date:
April 11, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H01C7/12; H02H1/00; H02H9/00; H02H9/04
Foreign References:
CN203166366U2013-08-28
FR43392E1934-05-11
DE102016207393A12017-11-02
JPH06197419A1994-07-15
DE102016220852A12018-04-26
DE1235419B1967-03-02
Other References:
R. GOHLER ET AL: "Special Requirements on Gas-Insulated, Metal-Oxide Surge Arresters", 2006 INTERNATIONAL CONFERENCE ON POWER SYSTEM TECHNOLOGY, 1 October 2006 (2006-10-01), pages 1 - 6, XP055604581, ISBN: 978-1-4244-0111-6, DOI: 10.1109/ICPST.2006.321553
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Überspannungsableiter (1),

- mit einer Steckbuchse (10) zur Aufnahme eines Kabels (8) ,

- mit einem Kontakt (13), der für die Kontaktierung eines über die Steckbuchse (10) angeschlossenen Kabels (8) mausge staltet ist, und

- mit einem mit dem Kontakt (13) verbundenen Erdungsanschluss (7) , wobei zwischen Kontakt (13) und Erdungsanschluss (7) we nigstens ein elektronisches Bauelement zum Überspannungs- schutz angeordnet ist.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem wenigstens einen elektronischen Bauelement um einen Varistor handelt.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kontakt (13) und Er dungsanschluss (7) ein Varistorenstapel (6) zum Überspan nungsschutz angeordnet ist.

4. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden An sprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elektro nische Bauelement in einem Gehäuse (12) angeordnet ist, wel ches zumindest teilweise mit einem Isoliermedium (20) gefüllt ist .

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Isoliermedium (20) um Öl, Ester, SF6 oder ein anderes Gas handelt.

6. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden An sprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsableiter mit Rädern (25) für eine einfache Positionierung bzw. einen ein fachen Transport versehen ist.

7. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden An sprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Überspannungsableiter mit einer zusätzlichen Steckbuch se (104) ausgestattet ist,

- im Überspannungsableiter zwischen den zwei Steckbuchsen (10,104) eine elektrische Verbindung für in die Steckbu schen eingeführte Kabel (8,84) angeordnet ist.

8. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden An sprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsableiter zu sätzlich als Hochspannungsanschlussvorrichtung (32) ausge staltet ist.

9. System bestehen aus einem Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einer mobilen Hochspannungsan schlussVorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsableiter und die mobile Hochspannungsanschlussvorrichtung in Reihe ge schaltet sind.

Description:
STECKBARER ÜBERSPANNUNGSABLEITER FÜR EINEN

LEISTUNGSTRANSFORMATOR

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter insbeson dere für einen Transformator.

Leistungstransformatoren stellen die Übertragung elektrischer Energie mit über hundert Kilovolt Spannung über weite Stre cken bis zum Endverbraucher sicher. Fällt einer dieser Trans formatoren aus, kann das z.B. in einer Großstadt mehrere tau sende Menschen betreffen. Ein solcher Ausfall kann eine län gerfristige Beeinträchtigung bedeuten, die durch Umleitung mittels redundanter Netzstrukturen abgefangen werden muss. Da der Zeitraum für Bestellung und Lieferung eines neuen Trans formators mehr als sechs Monate betragen kann, halten die Versorger z.T. Ersatztransformatoren bereit, um den Ausfall schneller zu kompensieren. Allerdings dauert es auch dann meist mehrere Wochen, um einen Transformator mit über 100 kV Übertragungsspannung vor Ort in Betrieb zu nehmen.

Es besteht ein Bedarf, die erforderliche Zeit für die Inbe triebnahme eines Ersatztransformators möglichst stark zu re duzieren. Daher wurden von der Firma Siemens Transformatoren entwickelt, die erheblich schneller als herkömmlich in Be trieb genommen werden können und unter dem Begriff „Plug & Play Transformatoren" beworben werden (siehe z.B.

https : //www . Siemens . com/innovation/de/home/pictures-of-the- future/energie-und-effizienz/stromuebertragung-mobiler-plug- and-play-transformator.html) .

Diese Transformatoren sind derart optimiert, dass die Instal lation in ca. einem Tag möglich wird. Eine Maßnahme ist z.B. die flexible Verbindung des Transformators über neu gestalte te Durchführungen (frei verfügbar am Markt) mit dem Strom netz. Statt wie bisher, Durchführungen vor Ort aufwendig im Inneren des Transformators eine Verbindung mit den Wicklungen herzustellen, rasten die neuen Durchführungen über Steckver- bindungen ein, ohne Ölmanipulationen durchzuführen zu müssen. Eine weitere Maßnahme ist die Verwendung von drei einphasigen Transformatoren statt eines dreiphasigen Transformator. Die im Verhältnis kleineren einphasigen Transformatoren können erheblich einfacher transportiert werden.

„Plug & Play Transformatoren" gibt es derzeit für verschiede ne Spannungsebenen, z.B. für die Transformation von Spannung von 345 kV auf 136 kV sowie von 132 kV auf 68 kV.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, die Inbetriebnahme von Trans formatoren und insbesondere von für eine schnelle Inbetrieb nahme ausgestalteten Ersatztransformatoren zu flexibilisieren bzw. zu vereinfachen

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Überspannungsableiter gern. Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Un teransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Ableitung von Über spannung bzw. zum Überspannungsschutz vorgeschlagen. Diese Vorrichtung ist mit einer Steckbuchse versehen. Diese Steck buchse erlaubt eine flexible Verbindung mit einer vor Über spannung zu schützenden Anlage, z.B. einem Transformator. Die Vorrichtung umfasst einen Kontakt, welcher für die Kontaktie rung eines über die Steckbuchse angeschlossenen Kabels ausge staltet ist, und einem Erdungsanschluss. Der Erdungsanschlüs se kann z.B. als Durchführung oder Erdungsfestpunkt ausge staltet sein. Der Kontakt ist elektrisch mit dem Erdungsan schluss verbunden, wobei zwischen Kontakt und Erdungsan schluss wenigstens ein elektronisches Bauelement zum Über spannungsschutz angeordnet ist. Das elektronische Bauelement ist vorzugsweise ein Varistor, aber auch andere Lösungen (z.B. Suppressordioden) sind denkbar. Im Falle eines Varis tors kommt vorzugsweise ein für den Anwendungsfall geeignet dimensionierter Varistorenstapel zum Einsatz. Die Vorrichtung zur Überspannungsableitung kann für die Iso lierung des wenigstens einen elektronischen Bauelements aus gestaltet sein. Dann ist ein, das wenigstens eine elektroni sche Bauelement umfassendes Gehäuse, vorgesehen, welches zu mindest teilweise mit einem Isoliermedium (z.B. Öl, Ester,

SF6 oder ein anderes Gas) gefüllt ist. Das Gehäuse kann als hermetisch geschlossener Kessel oder mit einem Ölausdehngefäß ausgestaltet sein.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Vorrichtung zur Überspan nungsableitung (unten auch: Überspannungsableiter) als mobile Vorrichtung mit Rädern für eine einfache Positionierung bzw. einen einfachen Transport versehen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Überspannungs ableiter mit einer zusätzlichen Steckbuchse ausgestattet ist und im Überspannungsableiter zwischen den zwei Steckbuchsen eine elektrische Verbindung, für in die Steckbuchsen einge führte Kabel, angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Überspannungsableiter kann zusätzlich als Hochspannungsanschlussvorrichtung ausgestaltet sein.

Die Erfindung betrifft auch ein System bestehend aus einem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter und einer mobilen Hochspannungsanschlussvorrichtung, welche in Reihe geschaltet sind .

Die Erfindung erlaubt eine flexible Anbringung eines Über spannungsschutzes, was insb. bei der schellen Bereitstellung von Ersatztransformatoren wichtig ist.

Im Folgenden wird der Gegenstand der Erfindung im Rahmen von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1: einen erfindungsgemäßen steckbaren Überspannungsab leiter,

Fig. 2: eine schematische Darstellung von der Verwendung von einem Überspannungsableiter pro Phase,

Fig. 3: eine schematische Darstellung von der Verwendung von einem Überspannungsableitergehäuse für drei Phasen,

Fig. 4: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspan

nungsableiters mit einer zusätzlichen Buchse, die weiterverwendet oder Blind abgeschlossen werden kann.

Fig. 5: eine Reihenschaltung des Überspannungsableiters von

Fig. 4 mit einer mobilen, steckbaren Hochspannungs- durchführung, und

Fig. 6: eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspan

nungsableiters als Kombination von Überspannungsab leiter und Hochspannungsdurchführung.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters 1. Dieser ist über eine Kabelverbin dung 8 mit einem Transformator 2 verbunden. Der Transformator 2 umfasst nicht dargestellte Wicklungen und einen magneti sierbaren Kern (figürlich nicht dargestellt) . Der Kern ist aus Stahlblechen zusammengesetzt und bildet Schenkel aus, die von einer Unter- und einer Oberspannungswicklung umschlossen sind. Die Schenkel sind über ein oberes und unteres Joch mit einander verbunden. Zur Isolation und Kühlung der Wicklungen sind diese in einem Kessel 3 mit einem Isolierfluid, bei spielsweise einem mineralischen oder einem Esteröl, angeord net. Oberhalb des Kessels 3 ist ein Ausdehnungsgefäß 4 plat ziert, welches mit dem Inneren des Kessels 3 verbunden ist, so dass temperaturbedingte Volumenschwankungen des Isolier fluids von dem Ausdehnungsgefäß 4 sicher aufgenommen werden können . Der Transformator 2 verfügt ferner über einen oder zwei Gerä tekabelanschlüsse 5, wobei der zweite Geräteanschluss übli cherweise für den Anschluss an das Stromnetz dient, für eine Verbindung mittels eines Kabels 8. Das Kabel 8 besteht zweck mäßigerweise aus einem Innenleiter, der von einem elektrisch isolierenden Feststoff ummantelt ist. Der Kabelanschluss 5 sorgt für die elektrische Verbindung des isolierten Innenlei ters des Kabels 8 mit einer der Wicklungen des Transformators 2. Das Kabel 8 erstreckt sich von dem Gerätekabelanschluss 5 zu einem Einsteckende 9, das in einen Geräteanschluss (Ka belsteckbuchse) 10 des Überspannungsableiters 1 eingeführt ist. Dabei kann die Kabelbuchse 10 eine Arretierungsvorrich tung aufweisen, mit der ein gestecktes Kabel 8 in Position gehalten wird. Diese Arretierungsvorrichtung ist dann vor zugsweise auch mit einem Mechanismus zum Lösen der Arretie rung ausgestattet. Die Kabelbuchse 10 ist mit einem Kabelbe festigungsabschnitt 11 an einem Gehäuse 12 des Überspannungs ableiters 1 mechanisch befestigt. Von dem Kabelbefestigungs abschnitt 11 erstreckt sich ein aus Isolierstoff bestehender Kabeleinführabschnitt 27 zu einem Kabelendkontakt 13 zur elektrischen Kontaktierung eines eingesteckten Kabels 8. Der Kabelendkontakt 13 ist über einen elektrisch leitenden Ver bindungsleiter 28, der sich nicht zwangsläufig innerhalb ei ner Abschirmelektrode bzw. Schirmelektrode 14 erstreckt, mit einem Ende eines Varistorenstapels bzw. Spannungsableitungs- systematik 6 verbunden. Über die Schirmelektrode 14 und den Varistorenstapels 6 wird Überspannung über eine mit dem ande ren Ende des Varistorenstapels 6 verbundene Erdungsdurchfüh rung 7 abgeleitet. Der Varistorenstapel 6 kann z.B. aus Zin koxid mit Zugabe von anderen Metalloxiden bestehen. Die Vari storen werden dann z.B. aus Keramik hergestellt und weisen eine hohe Nichtlinearität der Spannungs-Strom-Kennlinie und hohe Strombelastbarkeit auf.

Das innen hohle Gehäuse 12 ist zwecks Isolierung mit einem Isolierfluid 20, beispielsweise einem mineralischem Öl, einem Esteröl, einem pflanzlichen Öl oder dergleichen, befüllt, das die notwendige Isolierung zwischen dem auf Erdpotenzial lie- genden Gehäuse 12 und den bei Betrieb mit Hochspannung beauf schlagten Bauteilen, wie dem Verbindungsleiter 28, der Ab schirmelektrode 14, dem Kontaktteil 13 und dem Innenleiter des Kabels 8, bereitstellt. Zudem ist ein mit dem ölgefüllten Innenbereich des Überspannungsableiters verbundenes Ölausdeh nungsgefäß 29, d.h. eine Aufnahmevorrichtung zur Kompensation einer etwaigen Ausdehnung des Fuids, auf dem Überspannungsab leiter 1 angeordnet.

Das Gehäuse 12 ist ferner auf einem Rollenwagen 23 abge stützt, der auf einer Bodenfläche 24 abrollende Rollen 25 aufweist. Die gesamte Vorrichtung 1 ist somit über die Rollen 25 an dem Boden 24 abgestützt und kann daher leicht verscho ben werden.

Für einen dreiphasigen Transformator 2 kann - wie in Fig. 2 gezeigt - für jede Phase ein Überspannungsableiter 110, 120 und 130 vorgesehen sein. Jeder dieser Überspannungsableiter 110, 120 und 130 verfügt dann über eine Steckbuchse 101, 102 und 103 und kann dann darüber mittels separaten Kabeln 81, 82 und 83 mit dem Transformator 1 verbunden werden.

Alternativ ist - wie in Fig. 3 schematisch gezeigt - der Überspannungsableiter 1 für drei Phasen ausgelegt. Er weist dann drei Buchsen 101, 102 und 103 für die drei Phasen auf, die wiederum mittels Kabeln 81, 82 und 83 mit dem Transforma tor 2 verbunden sind. Es wäre auch denkbar, dass in dieser Konstellation ein Transformator pro Phase vorgesehen wäre, d.h. die drei Kabel 81, 82 und 83 zu unterschiedlichen Trans formatoren führen. D.h., dann wäre ein Überspannungsableiter für drei verschiedene einphasige Transformatoren zuständig.

In dem Überspannungsableiter 1 sind drei Verbindungsleitungen 281, 282 und 283 über Varistoren vorgesehen, die zu einem Sternpunkt 31 führen.

Gemäß einer in Fig. 4 gezeigten Weiterbildung ist der Über spannungsableiter 1 mit einer weiteren Buchse 104 versehen, die mit der anderen gezeigten Buchse 10 in elektrischen Kon- takt steht und eine Leitung von Strom über den Überspannungs ableiter 1 bzw. über die Buchsen 10 und 104 und die Kabel 8 und 84 zum Transformator 2 erlaubt. Die zusätzliche Buchse ist vorzugsweise analog der anderen Buchse 10 ausgestaltet. Die Verbindungsleitung 28 verbindet die Buchsen 10 und 104, wobei eine Verzweigung zum Varistorenstapel 6 vorgesehen ist.

Die Weiterbildung gern. Fig. 4 erlaubt es z.B. den steckbaren Überspannungsableiter 1 mit einer mobilen, steckbaren Vor richtung 32 zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz in Reihe zu schalten (Fig. 5). Die Hochspannungsanschlussvorrichtung 32 ist ähnlich wie der Überspannungsableiter 1 aufgebaut, weshalb im Folgenden nur dazu abweichende bzw. neue Elemente erläutert werden.

Bei der Hochspannungsanschlussvorrichtung 32 ist der Verbin dungsleiter 28 mit einem Hochspannungsleiter 15 einer Hoch spannungsdurchführung 16 verbunden, wobei sich der Hochspan nungsleiter 15 durch einen elektrisch nichtleitenden Durch führungsisolator 17 erstreckt. Der Durchführungsisolator 17 ist von einem ringförmig ausgebildeten Befestigungsabschnitt 18 umschlossen, der einen Flansch 19 ausbildet, mit dem der Befestigungsabschnitt 18 und somit die gesamte Hochspannungs- durchführung 16 fest an dem Gehäuse 12 montiert ist. Das in nen hohle Gehäuse 12 weist einen hier kastenförmigen Unterbau auf, an dem sich ein kreiszylindrischer Durchführungsanbau 20 anschließt. Darüber hinaus ist ein Abschirmring 21 zur Ab steuerung von elektrischen Feldstärken angedeutet, die bei Betrieb des Transformators 2 entstehen können. An der dem Ge häuse 12 abgewandten Ende weist die Hochspannungsdurchführung 16 einen Freiluftanschluss 22 auf, der zum Anschluss eines luftisolierten Hochspannungsleiters vorgesehen ist.

Eine andere Weiterbildung - in Fig. 6 schematisch gezeigt - sieht vor, dass die Überspannungsableitung 1 zusätzlich für die Funktion der Hochspannungsanschlussvorrichtung 32 aus Fig. 5 ausgebildet wird. D.h. die separaten Vorrichtungen 1 und 32 von Fig. 5 werden in einer mobilen, mit Rändern 25 versehenen Vorrichtung 32/1 vereinigt, die sowohl eine Span nungsableitung 100 als auch einen Hochspannungsanschluss 320 bereitstellt . Dabei ist wieder zumindest eine steckbare Ka belverbindung 8 - wie anhand der Figuren 1, 4 und 5 näher be schrieben - zu einem Transformator 2 vorgesehen.