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Title:
SCREENED OVERVOLTAGE SHUNTING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1981/002812
Kind Code:
A1
Abstract:
In an overvoltage shunting device enclosed in an electrically conductive, earthed housing (1), and comprising shunting elements (2) in the shape of stacked discs in at least one column and a protection and control body in order to obtain a linear distribution of the potential along the active part (3), it is possible to obtain with the aid of simple means, also in overvoltage shunting devices produced in small series, a good distribution of the electrical field. For this purpose, the protection and control body is composed of two electrically conductive layers (6) surrounding approximatively concentrically the active part (3) of the device, each one being electrically insulated from the others and wrapped in a body (5) of an insulating material. These layers are disposed parallel to the axis of the column of the active part (3) and shifted from one another at their opposite ends on the high voltage conductive side of the active part (3), so as to form a stair way on their internal side facing the active part (3). In such an overvoltage shunting device the linearisation of the voltage drop along the active part (3) is simply obtained and thus the device is not only characterized by its low production cost but also by its extreme compactness. To this must be added the possibility of partially resorting, for the production of such a device, to the technologies used for producing capacitor crossings.

Inventors:
ECKLIN G (CH)
Application Number:
PCT/CH1981/000022
Publication Date:
October 01, 1981
Filing Date:
February 26, 1981
Export Citation:
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Assignee:
BBC BROWN BOVERI & CIE (CH)
ECKLIN G (CH)
International Classes:
B23C5/22; H01C7/12; H01T4/20; (IPC1-7): H01T5/04
Foreign References:
DE1538679A11970-04-09
US3248599A1966-04-26
DE2037921A11971-02-18
FR2391583A11978-12-15
FR2395627A11979-01-19
FR2405553A11979-05-04
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Claims:
1. 7 ~ e n ä n s p r ü c h e In ein elektriεch leitfähigeε und geerdeteε Gehäuse ein geεchioεεener Ueberspannungsableiter mit : zu mindestens einer Säule übereinander gestapel tεn aktiven Ableitεrεlemεnten und mit Abschirm und Steuerungεkörpεrn zur Erzeugung einer linearen Poten¬ tialverteilung längs des säulenförmigen Ableiterak iv¬ teils, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschirm und Steuerungskörper den Abieiteraktivteil (3) annähernd konzentrisch umgebende, voneinander elektrisch isolierte und in einen Isolierkörper (5) parallel zur Säulenachse des Ableiteraktivteils (3) angeordnete, elektrisch leitende Beläge (δ) vorgesehen sind, deren von der hochspannungεführenden Seite des Ableiteraktivteils (5) abgewandten Enden derart gegeneinander versetzt angeord net sind, dass die 3eläge (6) auf den inneren, dem Abieiteraktivteil (3) zugewandten Seiten eine fein stufige Treppe bilden Ueberspannungsableiter nach Anspruch I. dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Treppe mindestens 10. stufenförmig angeordnete Beläge (6) aufweis .
2. ueberspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekenn 8 zeichnet, dass 50150 Beläge (6) ergesehen sind. ^.
3. Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 3* dadurch gekennzeichne ,dass der mit geringstem Abstand vo Abieiteraktivteil (3) angeordnete Belag (6) im Bereich der hochspannungsführendεn Sεite des Ableiter¬ aktivteils (3) angebracht ist.
4. ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (s) der Trep¬ penstufen in axialer Richtung konstant ist. β.
5. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 5* dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die in radialer Richtung durch den Ab¬ stand zweier benachbarter 3eläge (6) bestimmte Stufen¬ höhe (d) konstant ist, und dass die Länge (£) benach¬ barter Beläge in axialer Richtung von innen nach ausse: abnimmt.
6. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 5. dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Länge ( ) der Beläge (6) in axialer Richtung konstant ist, und dass die in radialer Rich¬ tung durch den Abstand zweier benachbarter Beläge (6) bestimmte Stufenhöhe (d) von innen nach aussen zunimmt.
7. Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 7* dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge (β) in einen folienförmigεn Isolierstoff wie Hart oder Weichpapier gewickelt sind.
8. 9 Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Isolierkörper (5) und Abieiteraktivteil (3) sich längs des Ableiter¬ aktivteils (3) erstreckende Kanäle (8) vorgesehen sind.
9. Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 9* dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffkörper (5) zumindest teilweise Kegelstumpfform au eist. T.~1 GEANDERTE ANSPRUCHE (beim Internationalen Büro am 20 Juli 19&1 (20.07.S 1 J eingegangen)} 1 m ein elektrisch ieitfähiges und geerdetes Gehäuse (1) eingeschlossener Ueberspannungsableiter mit scheibenförmigen, zu mindestens einer Säule überein¬ ander angeordneten aktiven Ableiterelementen (2) und mit Abschirm und Steuerungskörpern zur Erzeugung einer linearen Potentialverteilung längs des säulen¬ förmigen zwischen Hochspannungε und Erdpotential befindlichen Ableiteraktivteils (3), dadurch gekenn¬ zeichnet, dass als Abschirm und Steuerungskörper den A leiteraktiv eil (3) annähernd konzentrisch umgebende und in einem Isolierstof örper (5) parallel zur Säulenachse des Ableiteraktivteils (5) gegeneinander versetzt angeordnete, elektrisch leitende Beläge (6) vorgesehen sind, dass die Abstände (d) benachbarter Beläge (6) voneinander gleich sind, und dasε die Längeα( ) benachbarter Beläge (6) mit zunehmendem Abstand vom auf Hochspannungspotential befindlichen Teil des Ableiteraktivteils (3) abnehmen.
10. 2 Uberspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dasε mindestenε 10 Beläge (6) vorgesehen sind.
11. 3 Ueberspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dasε 50 150 Beläge (6) vorgesehen sind.
12. 4 Ueberspannungεableiter nach einem der Anεprüche 1 3, dadurch gekennzeichnεt, dass der mit geringstem Ab¬ stand vom Ableiteraktivteil (3) angeordnεte Belag (6) gegenüber dem auf Hochspannungspotential befindlichen Teil des Ableiteraktivteils (3) angebracht^is .
13. 5 Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beläge (6) in einen fclien r igen Isolierstoff wie Hart oder. eich¬ papier gewickelt sind.
14. 6 Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 5* dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Isolierkörper (5) und Ableiteraktivteil (3) sich längs des Ableiter¬ aktivteils (3) erstreckende Kanäle (8) vorgesehen sin 7 Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 6, dadurch gekennzeichnet, dasε der Isclierstcffkcrper (5) zumindest teilweise Kegelstumpf orm yfO e z e i c h n u n g s l i s t e 1 Gehäuse 2 Abieiterele ente _? Abieiteraktivteil 4 Säulenachse 5 Isolierkörper 6 Beläge 7 Kochεpannungεpotential 8 Kanale c Schirmelektrode d Abstand benachbarter Beläge Länge eineε Belags Radiuε eineε Belags Versetzung benachbarter Beiäge.
Description:
Gekapselter Ue erspannungsableiter

Die Erfindung betrifft einen in ein elektrisch leitfähiges und geerdetes Gehäuse eingeschlossenen Ueberspannungsab¬ leiter ge äss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein der¬ artiger Abieiter ist etwa aus dem Artikel "Heliability and Application of Meta Oxide Surge Arrestors for Power

Systems" von S. To inaga et al s IEEE Transactions on Power Apparaturε an Systems, Vol. ?AS-98 3 No. 3 (1979) * insbe¬ sondere S. 80 , bekannt. 5ei diesem Abieiter werden eine lineare Potentialverteilung längs des Abiei erakti teils und eine gute Spannungsfeεtigkeit durch ein elektrisch lei¬ tendes, mit einem hechspannungsführenden Teil verbundenes und sich längs der Ableiterelemente erstreckendes Schild sowie durch Abschirmringe erreicht. Der konstruktive Auf¬ wand ist bei derartigen Abieitern erheblich. Darüber hinaus können Form und Abmessungen der Abschirm- und Steuerungs¬ körper nur durch verhältniε ässig komplizierte Mess- und Rechenverfahren ermittelt werden. Insbesondere bei in kleiner Serie gebauten Abieitern ist daher mit hohen Her¬ stellungskosten zu rechnen.

Ξs ist Aufgabe der Erfindung ^ einen Abieiter der eingangs

-.-. bei dem eine lineare Verteilung

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des Potentiales längs des Ableiteraktivteils und eine opti male Spannungsfestigkeit mit einfachen Mitteln erreicht werden, und welcher sich darüber hinaus auch in kleiner Serie in rationeller eise herstellen läsεt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Beim erfindungsge äεsen Abieiter lassen sich die als S euerungs- und Aoschirmkcrper wirkenden Be¬ läge mit geringen 1 . Au ' n sehr genau berechnen. Durch die einstufige Anordnung der Beläge wird in einfacher Weise ei hoher Grad an Linea iεierung der Po en ialver eilung längs des erreicht. Das bedeutet, dass die Ab messungen des Abieiters minimalisiert werden kennen. Elektrische Feldbildεr z'cr Ermittlung der Potentialvertei¬ lung sind nicht notwendig.

Weitere vorteilhafte .Merkmale der Erfindung ergeben sich a den ünteransprüchen. So wird mit den Massnahmen gemäss An¬ spruch 2 bereits ein für die meisten Abieiter ausreichende Grad an Linearisierung erreicht, wohingegen sich der Ab¬ ieiter gemäss Anspruch 5 durch einen nahezu linearen Poten tialabbau auszeichnet. Die Ausgestaltung des erfindungsge- äsεεn Ueberεpannungsableiters gemäss Anspruch ^ weist be¬ sonders geringe Streukapazitäten im kritischen Hochspan¬ nungsbereich auf. Die er indungsgε ässen Ableiten gemäss den Ansprüchen , 6 und 7 lassen sich aufgrund der geeigne angeordneten Beläge besonde s einfach und exakt berechnen, wobei sich der Ablεiter. gemäss Anspruch 7 wegen der Ver¬ wendung gleich breiter Beläge darüber hinaus besonders leicht herstellen läss . Die Ausführungεform nach Unteran¬ spruch 8 ist sehr empfehlenswert, da beim W τ ickeln des Iso-

lierstof körpεrs die bei der Herstellung von Kondensator- Durchführungen bekannte Wickeltechnik angewandt werden kann. Darüber hinaus kann der gewickelte Isclierstoffkörper gegebenenfalls als Zugelement zur Verspannung der Ableiter- -ele ente des Aktivteilε benutzt werden. Bei der Ausführungs- fcr gemäεs Anspruch 9 wird in besonders zweckmässiger Weise die gegebenεnfalls am Abieiteraktivteil auftretende Wärme abgeführt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung Ausführungεbeispiele beschrieben.

Es zeigt :

M . "

- — 1 eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfin ungsgemäεsen Abieiters, bei dem die Beläge gleiche axiale Länge ( ) und Treppen- stufen gleicher Breite (s) aufweisen, jedoch be¬ nachbarte Beläge von innen nach aussen in zunehme: dem Masse voneinander entfernt sind, und

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgεmässen Abieiters, bei dem die Beläge gleichen Abstand (d) voneinander und

Treppenstufen gleicher Breite (s) aufweisen, je¬ doch benachbarte Beläge von innen nach aussen in zunehmendem Masεε eine geringere Axialerstreckung ( β ) aufweisen.

!r. gleichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen auch gleiche Elemente bezeichnet. Mit 2 sind zylinderεymmetri-

_ ij _

sehe, zinkoxichaitige Widerstandsscheiben bezeichnet, wel¬ che säulenförmig übereinander gestapelt sind, wobei die unterste Scheibe mit Erde und die oberste Scheibe mit Hoch¬ spannung 7 verbunden ist. Diese Scheiben bilden die Element des Aktivteils 5 eines üebersuannungsableiters und befinden sich im Inneren einer metallischen Kapselung 1, welche mit einen; Isoliermittel, etwa gasförmigem Schwefelhexafluorid (SF fi ) oder Stickstoff, gefüllt ist. Zwischen den Scheiben 2 und der Kapselung 1 befindet sich ein rotationssymmetri- scher Isolierkörper j in welchem den A leiteraktiv il 5 konzentrisch umgebende, voneinander elektrisch isolierte und parallel zur Säulenachse ü des Abieiteraktivteils 3 an¬ geordnete, elektrisch leitende Beläge 6 vorgesehen sind. Zwischen Aktivteil 3 und Isolierkörper 5 sind längs des Aktivteils sich erstreckende Kanäle 8 vorgesehen, durch die das ϊscliermittel zirkulieren und gegebenenfalls am Aktiv¬ teil 5 auftretende Wärme abführen kann. Eine auf Hochspan¬ nungspotential liegende Schirmelektrode 9 homogenisiert das elektrische Feld der im Bereich des Hochspannungspotentials 7 angeordneten innersten Beläge 6.

Die kapazitiv wirkenden 3eläge 6 sind derart im Isolierkör- pεr 5 angeordnet, dass die Spannung zwischen Hochspannungs¬ potential 7 und Erde linear über den Aktivteii 3 abgebaut wird. Dies wird dadurch erreicht, dass diε Beläge β auf ihren von der hochspannungsführenden Seite des Aktivteils 3 abgewandten Enden auf der- Innenseite mit geeigneter Stufen¬ breite s gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei die Ξlementarkapazitäten zwischen benachbarten Belägen 6 durch die richtige Wahl des AbStandes d, der Länge £ und des Radius r dieser Beläge unter Berücksichtigung der Streu¬ kapazitäten geeignet bestimmt werden. Die Beläge 6 bilden

auf ihren inneren, dem Aktivteil 3 zugewandten Seiten eine Treppe, deren Stufen im.Bereich der hochspannungsführenden Seite des Aktivteils 3 vom Aktivteil 5 den geringsten Ab¬ stand aufweise Der mit geringstem Abstand vom Aktivteil 3 angeordnete Belag im Bereich der hochspannungsführenden Seite des Aktivteils 5 ist mit Hochεpannungspotential 7 verbunden, während der den grössten Abstand vom Aktivteil 3 aufweisende Belag im Bereich des geerdeten Teils des Aktiv¬ teils 3 angebracht und mit Erde verbunden ist. Leicht zu realisierende lineare Poten ialverteilungen längs des Aktivteils 5 ergeben sich dann, wenn die Breite s der Treppenstu en und - wie in Fig. 1 - die Länge der 3eläge 6 jeweils in axialer Richtung konstant sind und die in radialer Richtung durch den Abstand zweier benachbar er Beläge 6 bestimmte Stufenhöhe von innen nach ausεen zunimmt oder - wie in Fig. 2 - die Stufenhöhe d konεtant ist und die Länge £ benachbarter Beläεe von innen nach aussen ab-

Es ist nicht notwendig, daεε die den Aktivteil 3 umgebenden Beläge 6 galvanisch " ringförmig geschlossen sind. So hat es sich als besonders zweck ässig herausgestellt, die Beläge in einen folienför igen Isolierstoff wie Hart- oder Weich- papier von ca. 0,1 mm Dicke oder irgendeinen isolierenden Kunststoff sukzessive einzuwickeln. Die 3elägε werden hier- bei als dünne Mεtallfolie eingelegt oder als einige μ dicke Leitschicht aufgedruckt. Der gewickelte Isclierstoffkörper 5 ist im -.allgemeinen zylindersymmetrisch. Um die Erdkapa∑itäte: klein zu halten, ist es jedoch vorteilhaft, Teile des Kör¬ pers 5 zwischen Belag 6 und Gehäuse 1 zu entfernen, so dass der Körper 5 - wie den Figuren zu entnehmen ist - auf der Aussensεite zumindest teilweise als

- o

Kegelstumpf ausgebildet ist. Aufgrund der Wickeltechnik weisen die Beläge 6 keine strenge Rotaticnssym etrie um die Säulenachse .auf, sondern erweitern sich entεprechenα der Foliendicke spiralförmig, doch ist diese Abweichung von der Zylindεrsymmetrie vernachläsεigbar, da der Ab¬ stand Belag 6 Aktivteil 3 verglichen mit der Schichtdicke der Folie um Grössenordnungεn höher liegt. Durch die Wicke-- tεchnik lassen sich nicht nur in einfacher Weise die Be ¬ läge 6 im Isolierstoffkörper 5 fixieren, sondern läεst sicn durch mehrfaches Wickeln der Folien in einfacher Weise dj.e Stufenhöhe d verändern.

Für den erfindungsgemässen Ueberspannungsa b leiter sine funkenstreckenfreie Ableitereiemente wie e t wa zinkoxidha-- tige ' Widerstände besonders geeignet, doch ist es möglich, auch funkenstreckenhaltige Aktivteile einzusetzen.