DE1189636B

DE1189636B - Surge arrester of reduced height with extinguishing spark gap and voltage-dependent resistors

Info

Publication number: DE1189636B
Application number: DEL35018A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Willy Rabus
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-12-28
Filing date: 1959-12-28
Publication date: 1965-03-25
Also published as: CH387763A; GB966760A

Description

Überspannungsableiter erniedrigter Bauhöhe mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen Es sind überspannungsableiter mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen bekanntgeworden, bei denen, insbesondere bei Ableitern sehr hoher Nennspannung, die Bauhöhe dadurch reduziert werden konnte, daß für den Aufbau des Widerstandsstapels sogenannte Widerstandsverbundscheiben verwendet wurden. Diese Verbundscheiben besitzen etwa die gleiche Höhe wie die vordem verwendeten einfachen Widerstandsscheiben, sie werden aber mit einem wesentlich größeren Durchmesser und im allgemeinen mit einer Bohrung ausgeführt, wobei durch entsprechend geformte, mit gegenseitigem Abstand aufgebrachte metallische Kontaktbeläge auf den Scheiben elektrisch praktisch unabhängige nebeneinanderliegende Teilwiderstände erzielt werden, die mittels durch die Mittelbohrung geführter Schaltbänder in Serie geschaltet werden. Die Verbundscheiben können hierbei aus zwei verschiedenen Stoffen hergestellt sein, aus dem Widerstandsmaterial und einem die Teilwiderstände trennendem Isolierstoff, oder aus homogenem Widerstandsmaterial, wobei durch die Wahl der Abstände der auf den Oberflächen liegenden Kontaktflächen der Leckstrom zwischen den nebeneinanderliegenden Kontaktflächen auf ein zulässiges Maß begrenzt wird.Surge arrester of reduced height with extinguishing spark gap and voltage-dependent resistors They are surge arresters with a quenching spark gap and voltage-dependent resistors have become known, in which, in particular in Arresters of very high nominal voltage, the overall height could be reduced as a result, that so-called composite resistor disks for the construction of the resistor stack were used. These composite panes have about the same height as the previous ones used simple resistance disks, but they are essential with one larger diameter and generally executed with a bore, being through appropriately shaped, mutually spaced metallic contact pads on the panes electrically practically independent partial resistances lying next to one another can be achieved by means of switching strips guided through the central bore in series be switched. The composite panes can be made of two different materials be made of the resistor material and a separating the partial resistances Insulating material, or from homogeneous resistance material, whereby by the choice of the distances of the contact surfaces lying on the surfaces, the leakage current between the adjacent ones Contact areas is limited to a permissible level.

Mit der Höhe einer Widerstandsscheibe alter Bauart erhält man auf diese Weise zwei in Serie geschaltete Teilwiderstände, so daß die Höhe der Widerstandsstapel etwa auf die Hälfte des früheren Wertes reduziert werden konnte. Eine Verringerung dieser Höhe auf genau 50% war dabei nicht zu erzielen, da die übereinandergeschichteten Widerstandsverbundscheiben gegeneinander durch Isolierscheiben distanziert werden mußten. Die Serienschaltung der einzelnen, übereinanderliegenden Widerstandsverbundscheiben erfolgte dann durch Schaltbänder, die in geeigneter Weise innerhalb der isolierenden Distanzscheiben untergebracht waren.With the height of an old type of resistance disk, you get up this way two series-connected partial resistors, so that the height of the resistor stack could be reduced to about half of the previous value. A decrease this height of exactly 50% could not be achieved because the stacked one on top of the other Resistance composite disks are spaced apart from one another by insulating disks had to. The series connection of the individual, superimposed composite resistor disks was then carried out by switching tapes, which are suitably located within the insulating Spacers were housed.

Die Gesamthöhe der Überspannungsableiter ergab sich nun aus der Höhe der erwähnten, aus Verbundscheiben aufgebauten Widerstandsstapel und der noch vorzusehenden Löschfunkenstrecke, die etwa zwei Drittel bis drei Viertel der Höhe des Widerstandsstapels besaß.The total height of the surge arrester now resulted from the height the mentioned resistance stack made up of composite panes and the one to be provided Extinguishing spark gap, which is about two thirds to three quarters of the height of the resistor stack owned.

Obgleich die nach dieser Konstruktion ausgeführten Ableiter in ihrer Bauhöhe wesentlich niedriger sind als die vordem hergestellten Ableiter gleicher Spannung, so sind diese Höhenabmessungen immer noch wesentlich größer als die sonstiger Hochspannungsgeräte, wie sie etwa Stützisolatoren oder auch Durchführungen gleicher Nennspannung darstellen. Daraus ergibt sich in Höchstspannungsschaltanlagen unter Umständen ein verhältnismäßig großer Raumbedarf für deratige Überspannungsableiter.Although the arresters made according to this design in their Overall height are significantly lower than the same arresters made previously Voltage, these height dimensions are still much larger than the others High-voltage devices such as post insulators or bushings of the same type Represent nominal voltage. This results in high voltage switchgear under Under certain circumstances, a relatively large space requirement for such surge arresters.

Des weiteren ist bereits die Konstruktion eines Überspannungsableiters bekannt, die, ebenfalls unter Anwendung von Widerstandsverbundscheiben, eine nochmalige Reduzierung der Bauhöhe ermöglichte, und zwar dadurch, daß die Löschfunkenstrecke der Überspannungsableiter unterteilt in die Bohrung der Widerstandsverbundscheiben eingebaut wurde. Im allgemeinen ist diese Unterteilung so weit durchgeführt, daß jede Widerstandsverbundscheibe auch einen Löschfunkenstreckenanteil, im einfachsten Fall eine Löschfunkenstrecke erhielt. Bei der bekanntgewordenen Ausführung der nunmehr aus einer Verbundscheibe und einer Bohrungslöschfunkenstrecke bestehenden Ableitereinheit ist die Anordnung so getroffen, daß die Widerstandsverbundscheibe durch den zwischen den Kontaktbelägen liegenden Steg, der aus isolierendem oder aus dem Widerstandsmaterial bestehen kann, in zwei Scheibenhälften abgeteilt und die Löschfunkenstrecke in die Bohrung, und zwar in die Verbindungsleitung zwischen den beiden Widerstandshälften eingeschaltet wurde.Furthermore, the construction of a surge arrester is already under way known, which, also using composite resistance disks, a repeated Reduction of the overall height made possible, namely by the fact that the quenching spark gap the surge arrester divided into the bore of the composite resistor disks was installed. In general, this subdivision is carried out to such an extent that Each composite resistor disk also has a quenching spark gap, in the simplest case Case received a quenching spark gap. In the now known execution of the An arrester unit consisting of a composite pane and a hole-extinguishing spark gap the arrangement is made so that the composite resistor disc by the between the web lying on the contact surfaces, the one made of insulating or the resistance material can exist, divided into two halves and the quenching spark gap in the Hole in the connecting line between the two resistor halves has been switched on.

Ein überspannungsableiter für höhere Nennspannungen wurde dann so gebildet, daß eine entsprechende Anzahl der eben beschriebenen Elementarableiter unter Zwischenlage von Isolierscheiben übereinandergeschichtet wurde, wobei wieder Schaltbänder, die zweckmäßigerweise in den Isolierscheiben angeordnet sind, für die Serienschaltung der einzelnen Elementarableiter sorgten. Auf die eben angegebene Weise kann die Höhe der Ableiter mit Bohrungsfunkenstrecke auf etwa 70% oder weniger der Höhe jener Ableiter mit einfachen Verbundscheiben reduziert werden. Es ergeben sich damit Bauhöhen, die jenen der Stützer gleicher Nennspannung etwa entsprechen.A surge arrester for higher rated voltages then became like this formed that a corresponding number of the elementary arresters just described was stacked with the interposition of insulating washers, again Switching bands, which are expediently arranged in the insulating washers, for the series connection of the individual elementary arresters. To the one just given Way, the height of the arrester with bore spark gap can be about 70% or less the height of those arresters can be reduced with simple composite panes. It surrendered yourself with it Construction heights that match those of the supports with the same nominal voltage roughly correspond.

Eine besonders einfache konstruktive Ausführung eines überspannungsableiters für höchste Nennspannung nüt erniedrigter Bauhöhe infolge der Verwendung von Widerstandsverbundscheiben mit Mittenbohrung ergibt sich dann, wenn die jeweils in Verbindungsleitungen eingeschalteten Bohrungs-Löschfunkenstrecken erfindungsgemäß in die Verbindungsleitungen zwischen den übereinandergestapelten Widerstandsverbundscheiben eingeschaltet und konstruktiv mit den jeweiligen Isolierscheiben verbunden sind, die zur Isolierung der Verbundscheiben gegeneinander dienen.A particularly simple structural design of a surge arrester for the highest nominal voltage but reduced overall height due to the use of composite resistor disks with a center hole is obtained when the connected lines are connected Hole extinguishing spark gaps according to the invention in the connecting lines between the stacked resistance composite disks switched on and constructive are connected to the respective insulating washers, which are used to isolate the composite panes serve against each other.

Beim Zusammenbau derartiger Ableiter müssen dann nur noch abwechselnd die Widerstandsverbundscheiben und die Zwischenelemente übereinandergestapelt werden. Wenn man auch im allgemeinen bei überspannungsableitem jede Widerstandsverbundscheibe mit einer Bohrungsfunkenstrecke nach der Erfindungsidee ausrüsten wird, so ist eine derartige Unterteilung der Löschfunkenstrecke doch nicht unbedingt notwendig, es ist ohne weiteres auch ein Aufbau denkbar, bei dem etwa jede zweite Widerstandsverbundscheibe eine Bohrungsfunkenstrecke erhält. In solchen Fällen sind dann zwischen den einzelnen Widerstandsscheiben abwechselnd Isolierscheiben mit Bohrungsfunkenstrekken und Isolierscheiben mit durchgehenden Serienschaltbändern anzuwenden. Bei diesen durchgehenden Serienschaltbändem bestehen die Kontaktfahnen 7 und 9 nach F i g. 1 und 2 aus einem zusammenhängenden durchgehenden Band.When assembling such arresters, the composite resistor disks and the intermediate elements then only have to be stacked one on top of the other. Even if, in general, with surge arresters, each composite resistor disk is equipped with a bore spark gap according to the idea of the invention, such a subdivision of the quenching spark gap is not absolutely necessary; a structure is readily conceivable in which approximately every second composite resistor disk has a bore spark gap. In such cases, alternating between the individual resistance disks, insulating washers with borehole spark gaps and insulating washers with continuous series switching strips should be used. In these continuous series switching bands, there are contact lugs 7 and 9 according to FIG. 1 and 2 from one continuous band.

Für die Wirkungsweise der Erfindung ist es gleichgültig, ob Widerstandsverbundscheiben mit isolierendem Mittelsteg Verwendung finden oder Widerstandsverbundscheiben aus homogenen Widerstandsmaterial mit in entsprechendem Abstand aufgebrachten metallischen Kontaktflächen eingesetzt werden. Aus preislichen Gründen ist wohl im allgemeinen der letzteren der Vorzug zu geben. Zur Platzeinsparung ist es vorteilhaft, wenn das zur elektrischen Verbindung der Widerstandsabschnitte einer Verbundscheibe eingesetzte Schaltband der Kontur der Mittelbohrung weitgehend angepaßt und entlang ihrer Wandung verlegt wird. Dasselbe gilt wenn zwei parallel geschaltete, einander diametral gegenüberliegende Schaltbänder verwendet werden.For the mode of operation of the invention, it does not matter whether composite resistance disks with an insulating middle bar or composite resistor disks homogeneous resistance material with metallic Contact surfaces are used. For reasons of price is probably in general to give preference to the latter. To save space, it is advantageous if the one used for the electrical connection of the resistor sections of a composite pane Switching band largely adapted to the contour of the central bore and along its wall is relocated. The same applies if two parallel connected, diametrically opposite one another Switching bands are used.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 1 ist dabei die in Draufsicht und ohne Isolierscheibe dargestellte Widerstandsverbundscheibe bezeichnet, die durch aufmetallisierte Kontaktbeläge 2 und 3 in zwei etwa halbmondförmige Teilwiderstände unterteilt ist. Diese beiden Teilwiderstände sind durch zwei parallelliegende, durch die Mittenbohrung 5 geführte Schaltbänder 4 in Serie geschaltet. In der Mittenbohrung 5 ist eine Bohrungsfunkenstrecke, bestehend aus der Elektrode 6 mit der Anschlußfahne 7 und der Elektrode 8 mit der Anschlußfahne 9, auf einem Tragring 10 befestigt untergebracht. Durch eine Isolierscheibe 11 wird nun nach der Erfindung, wie die S c h n i t t f i g. 2 erkennen läßt, die Widerstandsverbundscheibe 1 gegen die nach oben folgende Widerstandsverbundscheibe 12, die genauso aufgebaut ist wie jene nach F i g. 1 und meist wohl auch eine Bohrungsfunkenstrecke besitzt, isoliert, wobei durch die entsprechend angeordneten Anschlußfahnen 7 und 9 eine Serienschaltung der übereinanderliegenden Bauelemente eines Ableiters für höhere Spannungen beim Ansprechen der Löschfunkenstrecke mit ihren Elektroden 6 und 8 erfolgt. Die Anschlußfahne 7 verbindet gemäß F i g. 2 den oberen Kontaktbelag 2 des rechten Teilwiderstandes 1 mit der Löschfunkenstreckenelektrode 6 und die Anschlußfahne 9 den unteren Kontaktbelag 13 der Widerstandsverbundscheibe 12 mit der Elektrode 8 der Löschfunkenstrecke. Solange die Löschfunkenstrecke nicht angesprochen hat, werden die Verbundscheiben 1 und 12 durch die Isolierscheibe 11 gegeneinander isoliert. Sinngemäß ist die Anschlußfahne 14 als Kontaktband zu einer Löschfunkenstrecke der unter der Scheibe 1 liegenden Verbundscheibe zu denken und 15 die Isolierscheibe zu dieser tiefer liegenden Verbundscheibe. Der Stromweg bei Ansprechen der Löschfunkenstrecken ist in F i g. 2 durch die Pfeile 16, 17, 18, 19, 20 und 21 gekennzeichnet.In the F i g. 1 and 2 show an embodiment of the invention. 1 with the resistance composite disk shown in plan view and without an insulating disk is referred to, which is divided into two approximately crescent-shaped partial resistances by metallized contact linings 2 and 3. These two partial resistances are connected in series by two parallel switching bands 4 guided through the central bore 5. In the central bore 5, a bore spark gap, consisting of the electrode 6 with the connection lug 7 and the electrode 8 with the connection lug 9, is housed on a support ring 10. By means of an insulating washer 11 , according to the invention, as the S chnittfi g. 2 shows the composite resistor disk 1 against the composite resistor disk 12 following upwards, which is constructed in the same way as that according to FIG. 1 and usually also has a bore spark gap, insulated, with the correspondingly arranged terminal lugs 7 and 9 connecting the superposed components of an arrester for higher voltages in series when the quenching spark gap with its electrodes 6 and 8 responds. The terminal lug 7 connects according to FIG. 2 the upper contact layer 2 of the right partial resistor 1 with the quenching spark gap electrode 6 and the connecting lug 9 the lower contact layer 13 of the composite resistor disk 12 with the electrode 8 of the quenching spark gap. As long as the quenching spark gap has not responded, the composite panes 1 and 12 are insulated from one another by the insulating washer 11. Correspondingly, the connecting lug 14 is to be thought of as a contact strip to an extinguishing spark gap of the laminated pane below the pane 1 and 15 the insulating pane to this lower laminated pane. The current path when the quenching spark gaps respond is shown in FIG. 2 indicated by arrows 16, 17, 18, 19, 20 and 21.

Wie aus F i g. 1 bzw. 2 hervorgeht, werden die nebeneinanderliegenden Teilwiderstände einer Widerstandsverbundscheibe zweckmäßig, wie bereits bekannt, dadurch gebildet, daß auf einer homogenen Scheibe mit einer Mittenbohrung durch im Metallspritzverfahren aufgebrachte übereinanderliegende Kontaktflächen Scheibenabschnitte gebildet werden, die gegeneinander durch einen durchgehenden, nicht metallisierten Steg 22 getrennt sind. Dadurch wird erreicht, daß vor dem Ansprechen der Löschfunkenstrecken, solange als die über den Ableiter fließenden Ströme sehr klein, in der Größenordnung etwa eines oder weniger Milliampere sind, die Widerstandsverbundscheibe nach außen praktisch als ein Körper einheitlichen Potentials, d. h. als Äquipotentialfläche wirkt. Diese Tatsache ergibt sich daraus, daß die genannten sehr kleinen Ströme in der Widerstandsverbundscheibe praktisch keinen Spannungsabfall hervorrufen; solange die Löschfunkenstrecken nicht angesprochen haben, fällt die am Ableiter anliegende Spannung über den Löschfunkenstrecken ab.As shown in FIG. 1 or 2, the adjacent ones become Partial resistances of a composite resistor disk appropriate, as already known, formed in that on a homogeneous disc with a center hole through Contact surfaces placed one on top of the other using a metal spraying process, disc sections that are formed against each other by a continuous, non-metallized Web 22 are separated. This ensures that before the quenching spark gaps respond, as long as the currents flowing through the arrester are very small, of the order of magnitude are about one or less milliamperes, the composite resistor disk to the outside practically as a body of unified potential, d. H. as an equipotential surface works. This fact arises from the fact that the aforementioned very small currents cause practically no voltage drop in the composite resistor disk; so long the quenching spark gaps have not responded, the one connected to the arrester drops Voltage across the quenching spark gaps.

In dem Betriebszustand jedoch, der durch die durchgeschlagenen, d. h. angesprochenen Löschfunkenstrecken des Ableiters gekennzeichnet ist, ergibt sich durch den beschriebenen Aufbau der Widerstandsverbundscheibe die Wirkung von zwei elektrisch unabhängigen und in Serie geschalteten Teilwiderständen, da hierbei Ströme in dem Bereich von etwa 100 bis 20 000 A auftreten, wobei die in den kontaktfreien Stegen 22 fließenden »Leckströme« gegen die durch die Teilscheibe fließenden Ableitströme vemachlässigbar sind.In the operating state, however, which is caused by the broken through, i. H. addressed quenching spark gaps of the arrester is indicated due to the structure of the composite resistor disk described, the effect of two electrically independent and series-connected partial resistances, as currents occur in the range from about 100 to 20,000 A, with those in the non-contact Bars 22 flowing "leakage currents" against the leakage currents flowing through the graduated disk are negligible.

Im Laufe der vorhergehenden Ausführungen ist schon wiederholt darauf hingewiesen worden, daß überspannungsableiter für höchste Nennspannungen aus einer entsprechend großen Anzahl von Widerstandsscheiben und Löschfunkenstrecken aufgebaut werden. Das bedeutet, daß ein solcher Ableiter für höchste Nennspannung aus einer entsprechend großen Zahl von Verbundscheiben mit Bohrungsfunkenstrecken nach der Erfindungsidee zusammengesetzt wird. Um nun eine gleichmäßige Aufteilung der am Ableiter liegenden Spannung, vor allem der anliegenden Wechselspannung zu erreichen, wird zweckmäßig eine Widerstandssteuerung der Funkenstrecken vorgesehen. Im vorliegenden Fall wird diese dann zweckmäßig ebenfalls innerhalb der Mittenbohrung 5 untergebracht; bei entsprechender Wahl des Materials, aus dem der Tragkörper 10 hergestellt ist, kann auch dieser als Steuerwiderstand für die Löschfunkenstrecke mit den Elektroden 6 bzw. 8 verwendet werden.In the course of the preceding statements, this has already been mentioned repeatedly it has been pointed out that surge arresters for the highest nominal voltages from a built according to a large number of resistance disks and extinguishing spark gaps will. This means that such an arrester for the highest nominal voltage from a correspondingly large number of composite panes with hole spark gaps according to the Invention idea is composed. In order to ensure an even distribution of the am Arrester lying voltage, especially the applied alternating voltage, a resistance control of the spark gaps is expediently provided. In the present In this case, it is also expediently housed within the central bore 5; with appropriate Choice of the material from which the support body 10 is established, this can also be used as a control resistor for the quenching spark gap can be used with electrodes 6 and 8, respectively.

Claims

Claims: 1. Surge arrester with reduced overall height Quenching spark gap and voltage-dependent resistors, the latter as Stacked resistance composite disks with adjacent resistance sections and are designed with a central hole in which the connecting lines switched-on extinguishing spark gaps are housed, characterized that the hole spark gaps in the connecting lines between the stacked Resistance composite disks switched on and structurally with the respective insulating disks are connected, which serve to isolate the composite panes from each other. 2. Surge arrester according to Claim 1, characterized in that the composite resistance disks disks known per se and consisting entirely of homogeneous resistance material are used without an insulating bar. 3. Surge arrester according to claim 1 and 2, characterized in that the electrical connection of the resistor sections a composite pane known per se switching band directly along the wall the center hole and thus the largest possible volume of this hole to accommodate the spark gap remains free. -4. Surge arrester according to claim 1 to 3, characterized in that two parallel, diametrically opposed opposing switching bands are used. 5. Surge arrester according to claim 1 to 4, characterized in that the resistors for an approximately required Spark gap control are housed in the center bore. Considered Publications: German Auslegeschrift No. 1007 866.