EP1273016A1 - Baugruppe mit überspannungsableiter für eine hochspannungsanlage - Google Patents

Baugruppe mit überspannungsableiter für eine hochspannungsanlage

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EP1273016A1
EP1273016A1 EP01919189A EP01919189A EP1273016A1 EP 1273016 A1 EP1273016 A1 EP 1273016A1 EP 01919189 A EP01919189 A EP 01919189A EP 01919189 A EP01919189 A EP 01919189A EP 1273016 A1 EP1273016 A1 EP 1273016A1
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insulator
arrester
elastomer
surge arrester
column
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Volker Hinrichsen
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Definitions

  • the invention is in the field of basic electrical components and is to be used in the structural design of an insulator which is combined with a surge arrester to form an assembly.
  • the insulator consists of a hollow housing with a shield and has a metal base and a metal head.
  • the resistance elements of the arrester arranged within the housing here form individual sections of the wall of a hollow cylinder or a blunt cone. This cylinder or cone is placed on one end on contact parts which are guided radially outwards through the wall of the insulator; at its other end the cylinder or cone is connected to the high-voltage conductor (JP 59- 207513A, JP 59-207514A).
  • the invention is based on the object of giving the assembly a simple structure and thereby a more compact design.
  • the insulator as a composite body with a solid body and a covering cast or sprayed onto the body consists of an elastomer and that the surge arrester is embedded in the elastomer covering.
  • “isolator” is understood to mean both solid and hollow insulators and synthetic resin insulating bodies (bushings) arranged around a conductor, in particular those which are used for voltage levels from 6KV.
  • the surge arrester is not within the fixed body of the insulation. tors arranged, but it is assigned to the insulator outside the fixed body.
  • the intended "back-up" assignment means that the structure of the solid body and its dimensions do not have to be changed, while the embedding in the cast or injection-molded elastomer coating of the composite body can be implemented relatively easily. This applies in particular if standard elements in the form of solid cylindrical or cuboid bodies are used as resistance elements of the conductor, which may have a central bore for assembly purposes.
  • - Composite body with a solid body made of a glass-fiber reinforced plastic tube or rod and with A cast or sprayed-on elastomer sheathing is common for high-voltage insulators.
  • the elastomer coating is usually designed as a shield.
  • the surge arrester integrated in a composite body can consist of one or more, for example two or four, arrester columns made up of resistance elements.
  • two arrester columns it is advisable to arrange the columns closely adjacent to one another or diagonally to the axis of the bushing insulator; If there are three or more arrester columns, it is advisable to divide the columns into two groups and to arrange the two column groups opposite each other diagonally to the axis of the isolator.
  • the arrester columns are preferably arranged in mirror image to a plane that receives the axis of the insulator. In all of these cases, the additional consumption of elastomer material associated with the thickening of the insulator casing can be kept as low as possible.
  • the outer contour of the elastomer covering is matched to the outer contour of the solid body and the arrester column / s.
  • the mechanical mounting of the arrester columns provided by embedding the arrester columns in the cast or sprayed-on elastomer sheath can be improved in that the for the electrical connection of the arrester columns the foot part and the head part of the insulator provided connecting elements are designed as mechanical support members.
  • the connection elements can have the shape of elongated profile bodies or slender bolts.
  • the insulator in whose elastomer sheath the surge arrester is integrated, can be used differently with its fixed body.
  • the interior can accommodate an electrical component such as a bushing - with or without capacitor control -, a cable end provided with a field control or an end closure, or a voltage divider; but it can also be penetrated by a mechanical component such as a shift rod and perform a purely support function.
  • FIGS. 1 to 5 shows an assembly with an overvoltage arrester and integrated into a cast silicone shield of a hollow composite body
  • Figure 2 is a cross-sectional view of Figure 1.
  • Figures 3 to 5 show two variants of Figure 2 with respect to the arrangement of several arrester columns.
  • FIG. 1 shows an assembly which essentially consists of a tubular high-voltage insulator 1 and an overvoltage arrester 2 exists and is arranged on a circuit board 3.
  • High-voltage insulator 1 contains an electrical component 4 in its interior, which is a high-voltage bushing in the form of an electrical conductor provided with a capacitor control.
  • the high-voltage insulator 1 of the assembly has a housing 11, which consists of a glass fiber reinforced plastic tube 12 and a shield 13 made of an elastomer applied to this tube.
  • the shielding 13 is dimensioned such that the high-voltage insulator 1 is designed for a voltage level of 145 kV.
  • the housing 11 is further provided with a metal base 14 and a metal head 15.
  • the surge arrester 2 consists of a column 21 comprising a plurality of resistance elements 22 and is electrically connected to the metal base part 14 via a lower electrical connection 23 and to the metal head part 15 via an upper electrical connection element 24.
  • the connection elements 23 and 24, which are only shown schematically, are mechanically so stable that the arrester column 21 is securely supported. Otherwise, the arrester column 21 is completely embedded in the encapsulation of the elastomer shield 13.
  • the conductor column 21 is embedded in such a way that, with an oval contour of the shields 17, the actual wall 18 of the elastomer shield 13 has a contour 16 which is adapted to the outer contour of the glass-fiber reinforced plastic tube 12 and the associated conductor column 21 and which thus has a substantially uniform wall thickness over the circumference of the glass fiber reinforced plastic tube.
  • two arrester columns 21 are arranged mirror-symmetrically to a plane E1, which receives the axis A of the high-voltage insulator 1.
  • Umbrellas 17 but also provide the wall 18 with an outer oval contour.
  • the contour 19 of the wall of the elastomer shield is matched to the outer contour of the glass fiber reinforced plastic tube 12 and the two arrester columns 21.
  • a total of four arrester columns 21 are arranged, which are combined to form two assemblies in such a way that the two assemblies are located diagonally to the axis A of the high-voltage insulator and are arranged mirror-symmetrically to both a plane E1 and a plane E2 which accommodate axis A of the high voltage insulator.
  • arrester columns are expediently arranged in such a way that an arrester column according to FIG. 2 is assigned a further arrester column on both sides. In this case too, there is a mirror-symmetrical arrangement with respect to the plane El.

Abstract

Die neue Baugruppe besteht aus einem Isolator (1), der baulich mit einem aus Widerstandselementen aufgebauten Überspannungsableiter (2) vereinigt ist. Der Isolator (1) ist hierbei als Verbundkörper mit einem festen Korpus (12), beispielsweise einem glasfaserverstärktem Kunstoffrohr, und einer aufgegossenen Elastomerumhüllung (13), beispielsweise einer Beschirmung, ausgestaltet, wobei der Überspannungsableiter (2) in den Verguss der Elasomerumhüllung (13) eingebettet ist.

Description

Beschreibung
Baugruppe mit Uberspannungsableiter für eine Hochspannungs- anlage
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der grundlegenden elektrischen Bauteile und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines Isolators anzuwenden, der mit einem Uberspannungsableiter zu einer Baugruppe vereinigt ist.
Im Bereich der Energieübertragung und -Verteilung werden als Uberspannungsableiter in neuerer Zeit Metalloxid-Widerstände auf Zinkoxid-Basis mit stark nichtlinearer Charakteristik verwendet. Das relativ kleine Bauvolumen derartiger Ableiter er- öffnet die Möglichkeit, solche Ableiter in Durchführungen, Kabelendverschlüssen und auch in das Innere von Transformatoren und Schaltanlagen zu integrieren (Z "Bulletin SEV/VSE", 7/98, Seiten 13 bis 20) . Bei einer bekannten Integration eines derartigen Abieiters in eine Durchführung für einen Hochspannung führenden elektrischen Leiter sind die einzelnen, zu einer
Säule aufgeschichteten Widerstandselemente des Abieiters innerhalb des Isolators konzentrisch zu dessen Achse und damit auch konzentrisch zu dem Hochspannung führenden Leiter angeordnet. Der Isolator besteht dabei aus einem hohl ausgebilde- ten und mit einer Beschirmung versehenen Gehäuse und weist ein metallenes Fußteil und ein metallenes Kopfteil auf. Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Widerstandselemente des Abieiters bilden hierbei einzelne Abschnitte der Wandung eines hohlen Zylinders oder eines stumpfen Kegels. Dieser Zylinder oder Kegel ist auf seinem einen Ende auf Kontaktteile aufgesetzt, die radial durch die Wandung des Isolators nach außen geführt sind; an seinem anderen Ende ist der Zylinder bzw. der Kegel mit dem Hochspannung führenden Leiter verbunden (JP 59- 207513A, JP 59-207514A) . - Eine derartige Zuordnung des Uberspannungsableiters zum Hochspannungsisolator erfordert im - auf Erdpotential liegendem - Fußbereich des Abieiters einen relativ großen Abstand zum auf Hochspannungspotential liegenden elektrischen Leiter und damit einen großen Durchmesser des Isolators wenigstens in dem Fußbereich. Die für die Kontaktie- rung des Abieiters erforderlichen KontaktierungsVorrichtungen erhöhen ebenfalls das Volumen und auch die Komplexität der Baugruppe .
Es ist weiterhin bekannt, einen Uberspannungsableiter in einen Kabelendverschluss oder in einen hohlen, von einer Antriebsstange durchsetzten Isolierstoffstützer für einen Hochspan- nungs-Leistungsschalter zu integrieren (EP 0 388 799 Bl, DE 196 47 736 Cl) .
Ausgehend von einer Baugruppe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, der Baugruppe einen einfachen Aufbau und dadurch ei- ne kompaktere Bauweise zu geben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der Isolator als Verbundkörper mit einem festen Korpus und einer auf den Korpus aufgegossenen oder aufgespritzten Um- hüllung aus einem Elastomer besteht und dass der Uberspannungsableiter in die Elastomerumhüllung eingebettet ist. - Unter "Isolator" werden im Sinne der Erfindung sowohl Voll- als auch Hohl-Isolatoren sowie um einen Leiter angeordnete Kunstharzisolierkörper (Durchführungen) verstanden, insbesondere solche, die für Spannungsebenen ab 6KV eingesetzt werden.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Baugruppe ist der Uberspannungsableiter nicht innerhalb des festen Korpus des Isola- tors angeordnet, sondern er wird dem Isolator außerhalb des festen Korpus zugeordnet. Durch die vorgesehene "back-up"- Zuordnung brauchen der Aufbau des festen Korpus und seine Abmessungen nicht verändert zu werden, während sich die Einbet- tung in die vergossene oder gespritzte Elastomerumhüllung des Verbundkörpers relativ einfach realisieren lässt. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Widerstandsele ente des Abieiters handelsübliche Standardelemente in Form massiver zylindrischer oder quaderförmiger Körper verwendet werden, die gegebenen- falls für Montagezwecke eine mittige Bohrung aufweisen können.- Verbundkörper mit einem festen Korpus aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffröhr oder -stab und mit einer gegossenen bzw. aufgespritzten Elastomerumhüllung sind für Hochspannungsisolatoren an sich gebräuchlich. Dabei ist die E- lastomerUmhüllung in aller Regel als Beschirmung ausgebildet.
Der in ein Verbundkörper integrierte Uberspannungsableiter kann aus einer oder aus mehreren, beispielsweise zwei oder vier aus Widerstandselementen aufgebauten Ableitersäulen be- stehen. Bei zwei Ableitersäulen empfiehlt es sich, die Säulen dicht benachbart zueinander oder diagonal zur Achse des Durchführungsisolators einander gegenüberliegend anzuordnen; bei drei oder mehr Ableitersäulen empfiehlt es sich, die Säulen in zwei Gruppen aufzuteilen und die beiden Säulengruppen diagonal zur Achse des Isolators einander gegenüberliegend anzuordnen. Vorzugsweise werden die Ableitersäulen spiegelbildlich zu einer die Achse des Isolators aufnehmenden Ebene angeordnet. In all diesen Fällen kann der mit der Aufdickung der Umhüllung des Isolators verbundene Mehrverbrauch an Elastomermaterial möglichst gering gehalten werden. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die äußere Kontur der Elastomerumhüllung an die äußere Kontur des festen Korpus und der Ableitersäule/n angepasst ist . Bei Baugruppen, die denen der Isolator mit einem metallenen Fußteil und einem metallenen Kopfteil versehen ist, kann die mit der Einbettung der Ableitersäulen in die aufgegossene oder aufgespritzte Elastomerumhüllung gegebene mechanische Halte- rung der Ableitersäulen dadurch verbessert werden, dass die zum elektrischen Anschluss der Ableitersäulen an das Fußteil und das Kopfteil des Isolators vorgesehenen Anschlusselemente als mechanische Tragorgane ausgebildet sind. Die Anschlussele- mente können dabei die Form gestreckter Profilkörper oder schlanker Bolzen haben.
Der Isolator, in dessen Elastomerumhüllung der Uberspannungsableiter integriert ist, kann mit seinem festen Korpus unter- schiedlich genutzt sein. Bei Ausgestaltung als Hohlisolator kann der Innenraum ein elektrisches Bauteil wie eine Durchführung - mit oder ohne Kondensatorsteuerung -, ein mit einer Feldsteuerung oder einem Endverschluss versehenes Kabelende oder einen Spannungsteiler aufnehmen; er kann aber auch von einem mechanischen Bauteil wie einer Schaltstange durchsetzt sein und eine reine Stützerfunktion wahrnehmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 eine Baugruppe mit einem in eine vergossene Silikonbeschirmung eines hohlen Verbundkörpers integrierten Uberspannungsableiter und
Figur 2 eine Querschnittsdarstellung zu Figur 1. Die Figuren 3 bis 5 zeigen zwei Varianten zu Figur 2 bezüglich der Anordnung mehrerer Ableitersäulen.
Figur 1 zeigt eine Baugruppe, die im wesentlichen aus einem rohrförmigen Hochspannungsisolator 1 und einem Überspannungs- ableiter 2 besteht und auf einer Platine 3 angeordnet ist. Der
Hochspannungsisolator 1 enthält in seinem Inneren ein elektrisches Bauteil 4, bei dem es sich um eine Hochspannungs- Durchführung in Form eines mit einer Kondensatorsteuerung ver- sehenen elektrischen Leiters handelt.
Der Hochspannungsisolator 1 der Baugruppe weist ein Gehäuse 11 auf, das aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffröhr 12 sowie einer auf dieses Rohr aufgebrachten Beschirmung 13 aus ei- nem Elastomer besteht. Die Beschirmung 13 ist so dimensioniert, dass der Hochspannungsisolator 1 für eine Spannungsebe- ne von 145 kV ausgelegt ist. - Das Gehäuse 11 ist weiterhin mit einem metallenen Fußteil 14 und einem metallenen Kopfteil 15 versehen.
Der Uberspannungsableiter 2 besteht aus einer Säule 21 aus mehreren Widerstandselementen 22 und ist über einen unteren elektrischen Anschluss 23 mit dem metallenen Fußteil 14 und über einen oberen elektrisches Anschlusselement 24 mit dem me- tallenen Kopfteil 15 elektrisch verbunden. Die lediglich schematisch dargestellten Anschlusselemente 23 und 24 sind mechanisch so stabil, dass die Ableitersäule 21 sicher abgestützt ist. Im übrigen ist die Ableitersäule 21 in den Verguss der Elastomerbeschirmung 13 vollständig eingebettet.
Gemäß Figur 2 ist die Einbettung der Ableitersäule 21 derart erfolgt, dass bei ovaler Kontur der Schirme 17 die eigentliche Wandung 18 der Elastomerbeschirmung 13 eine Kontur 16 aufweist, die an die äußere Kontur des glasfaserverstärkten Kunststoffrohres 12 und der zugeordneten Ableitersäule 21 an- gepasst ist und die somit über den Umfang des glasfaserverstärkten Kunststoffrohres eine im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind zwei Ableitersäulen 21 spiegelsymmetrisch zu einer Ebene El, welche die Achse A des Hochspannungsisolators 1 aufnimmt, angeordnet. Be- züglich der Elastomerbeschirmung sind dabei nicht nur die
Schirme 17 sondern auch die Wandung 18 mit einer äußeren ovalen Kontur versehen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist abweichend von Figur 3 die Kontur 19 der Wandung der Elastomerbeschirmung an die äußere Kontur des glasfaserverstärkten Kunststoffrohres 12 und der beiden Ableitersäulen 21 angepasst.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind insgesamt vier Ableitersäulen 21 angeordnet, die zu zwei Baugruppen derart zusammengefasst sind, dass sich die beiden Baugruppen diagonal zur Achse A des Hochspannungsisolators gegenüber liegen und dabei spiegelsymmetrisch sowohl zu einer Ebene El als auch zu einer Ebene E2 angeordnet sind, welche die Achse A des Hoch- spannungsisolators aufnehmen.
Bei Verwendung von drei Ableitersäulen als Baugruppe werden diese zweckmäßig derart angeordnet, dass einer Ableitersäule gemäß Figur 2 beidseits je eine weitere Ableitersäule zugeord- net ist. Auch in diesem Fall ist eine spiegelsymmetrische Anordnung zur Ebene El gegeben.

Claims

Patentansprüche
1. Baugruppe für eine Hochspannungsanlage, bestehend aus einem Isolator und aus einem mit dem Isolator baulich vereinigten Uberspannungsableiter, wobei der Uberspannungsableiter aus wenigstens einer Säule von Widerstandselementen besteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Isolator (11) als Verbundkörper mit einem festen Kor- pus (12) und einer auf den Korpus aufgegossenen oder aufgespritzten Umhüllung (13) aus einem Elastomer besteht und dass der Uberspannungsableiter (2) in die Elastomerumhüllung (13) eingebettet ist.
2. Baugruppe nach Anspruch 1 mit zwei oder mehr aus Widerstandselementen aufgebauten Ableitersäulen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ableitersäulen (21) spiegelsymmetrisch zu einer die Achse (A) des Isolators (1) aufnehmenden Ebene (El, E2) angeordnet sind.
3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die äußere Kontur (16) der Wandung (18) der Elastomerumhüllung an die äußere Kontur des festen Korpus (12) und der Ableitersäule/n (21) angepasst ist.
4. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der I- solator mit einem metallenen Fußteil und einem metallenen Kopfteil versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ableitersäule/n (21) mittels Anschlusselementen (23,
24) elektrisch an das Fußteil (14) und das Kopfteil (15) des
Isolators (11) angeschlossen sind und dass die Anschlusselemente (14, 15) als mechanische Trag- organe ausgebildet sind.
5. Baugruppe 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 der Verbundkörper (11) hohl ausgebildet ist und ein e- lektrisches oder ein mechanisches Bauteil (4) umgibt.
6. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elastomerumhüllung (13) als Beschirmung ausgebildet ist.
EP01919189A 2000-04-14 2001-03-06 Baugruppe mit überspannungsableiter für eine hochspannungsanlage Expired - Lifetime EP1273016B1 (de)

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