DE2311281A1 - Gekapselter ventilableiter - Google Patents

Description

Gekapselter Ventilableiter

Die Erfindung betrifft einen gekapselten Ventilableiter, der in ein dichtes äußeres Gehäuse aus vorzugsweise elektrisch leitendem Material eingeschlossen und mit mehreren im Gehäuse konzentrisch um den Ableiter angeordneten Abschirmringen versehen ist, sowie mit einer feld- und spannungssteuernden Kette aus kapazitiven Elementen, die zwischen den Abschirmringen angeschlossen sind.

Gekapselte Ventilableiter werden dort verwendet, wo die Gefahr einer Verschmutzung besonders groß ist. Gekapselte Ve-ntilableiter haben in Hochspannungsanlagen außerdem den Vorteil, daß ihre spannungsführenden Teile gegen Berührung geschützt sind und dadurch der Raumbedarf des Ableiters geringer wird. Den Berührungsschutz erhält man durch Erdung des Gehäuses, das aus diesem Grund aus elektrisch leitendem Material besteht. In solchen gekapselten Anlagen werden als elektrisch isolierendes Mittel zwischen den spannungsführenden Teilen und dem geerdeten Gehäuse entweder bekannte Isolierflüssigkeiten, wie

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ORIGINAL INSPECTED

Ol oder Isoliergas, wie Luft, Stickstoff oder elektronegative Gase verwendet, vorzugsweise mit bestimmten Lberdruck_e Die feld- und spannungssteuernde Kette des eingangs genannten Ventilableiters hat den Zweck, ein zufriedenstellendes Feldbild zu sichern, d.h. eine akzeptierbare Spannungsfestigkeit für das Gerät zu garantieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilableiter der eingangs erwähnten Art derart weiterzuent- wickeln, daß sich der Bedarf an Steuerkettenmitteln verringert, jedoch durch deren Anordnung die Potentialverteilung leicht beeinflußt werden kann und die Zündspannung des Ableiters mit großer Genauigkeit bemessen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Ventilableiter der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ventilableiter in einem Rohr aus Isoliermaterial in dem Gehäuse angeordnet ist und daß die Abschirmringe um das Rohr angeordnet und an diesem befestigt sind. Der Ableiter kann aus mehreren Moduleinheiten bestehen, die aneinandergefügt sind, und die Kette von Abschirmringen außerhalb des Rohres kann an den Fugen des Ableiters angeschlossen werden. Die Abschirmringe können mit konstantem oder veränderlichem Abstand voneinander angeordnet sein. Im letztgenannten Fall ändert sich der Abstand zwischen den Abschirmringen im wesentlichen umgekehrt proportional zur Spannung gegenüber der

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Erde. Die äußere Steuerkette, die aus den Kondensatoren zwischen den Abschirmringen gebildet wird, kann dadurch gradiert werden, daß die Kapazität der Kondensatoren mit abnehmender Spannung zwischen den Ringen und der Erde abnimmt.

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung kann der Ventil- ableiter zusätzlich mit einer an sich bekannten inneren Steuer kette aus Kondensatoren, die zwischen den Führungsblechen des Ableiters angeschlossen sind, versehen sein. Auch diese innere Steuerkette ist gradiert, und zwar entweder innerhalb jeder Moduleinheit oder konstant innerhalb der Moduleinheiten, aber gradiert zwischen den verschiedenen Moduleinheiten. Die innere Steuerkette hat hauptsächlich die, Aufgabe, die Spannung zwischen den sukzessiven Teilfunkenstrecken zu steuern, aus denen der Ableiter besteht. Die äußere feldsteuernde Kette kann entweder völlig frei von der inneren sein oder sie kann, zumindest über eine der Fugenverbindungen zwischen den verschiedenen Moduleinheiten mit der inneren Kette verbunden sein. Abhängig vom Impedanzniveau der äußeren Steuerkette kann diese Verbindung entweder direkt oder über ein Impedanzelement hergestellt werden.

Ein gekapselter Ventilableiter nach der Erfindung, bei dem das Innere des Ableiters nicht in direkter Verbindung mit dem Isoliermittel steht, das die Spannungsfestigkeit zur Erde garantiert, hat mit seinen zwei prinzipiell getrennten Steuersystemen für die Feld- bzw. Spannungsverteilung folgende Vorteile:

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Dadurch, daß das äußere System mit Rücksicht auf das Feldbild dimensioniert wird, verringert sich der gesamte Bedarf an Steuerkondensatoren. Zwei getrennte Steuersysteme ermöglichen es, große Kapazitäten direkt parallel zu den Zündstrecken des Ableiters zu vermeiden. Dies ist von Vorteil für das Erreichen einer gut definierten Zündspannung· Zwei getrennte Steuersysteme gestatten es ferner, verschiedene PotentialVerteilungen für die äußere und die innere Steuerkette zu wählen. Hierdurch wird das Feldbild ohne entsprechende Steigerung des Bedarfs an Steuerkondensatoren verbessert.

Durch die Staffelung des Abstandes zwischen benachbarten Abschirmringen wird erreicht, daß der für die Feldsteuerung erforderliche Bedarf an Abechirmringen klein wird und die Ringe effektiv ausgenutzt werden, wodurch man im wesentlichen ein und dieselben Abmessungen für die Ringkonstruktion verwenden kann. Parameter, wie Ring- und Rohrdurchmesser, bekommen eine sekundäre Bedeutung für die Verkleinerung des Steuerkondensatorenbedarfes.

Durch die Verbindung der beiden Steuersysteme über Impedanzelemente, wie Kondensatoren, nichtlinearen Widerständen oder Kombinationen aus beiden Schaltelementen an den Fugenverbindungen zwischen den Moduleinheiten erhält man folgende Vorteile: Das niedrige Impedanzniveau für die äußere Abschirmkette beeinflußt die Zündspannungsfunktion nur unbedeutend. Die Spannun-gs-

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verteilung in den beiden Steuerketten folgt einander, auch wenn die Temperatur im Ableiter selbst nicht dieselbe ist wie im Isoliermittel. Dies ist von Bedeutung, da der Temperaturkoeffizient in Hochspannungskondensatoren groß ist. Schon eine Temperaturerhöhung von etwas über 10 C kann zu bedeutenden radialen Spannungen führen. Da besonders die innere Steuerkette praktisch schwer mit einer angemessenen Anzahl vorrätiger Kondensatortypen an die gewünschte Spannungsverteilung angepaßt werden kann, erhält man eine wesentlich größere Wahlmöglichkeit beim Verbinden der beiden Ketten über Impedanzelemente. In angemessenen Grenzen kann nämlich ein Stromaustausch zwischen dem inneren und dem äußeren System die gewünschte Potentialverteilung ergeben, ohne nennenswerte Nachteile zu bewirken. Durch das Einfügen einer Wirkkomponente in der Schaltimpedanz kann man auch die Abhängigkeit der Zündspannung von der Kurvenform der anliegenden Spannung regeln. Es kann z.B. vorteilhaft sein,

des
das Innere/Ableiters kapazitiv etwas zu untersteuern. Bei Netzfrequenz wird dann von der äußeren Kette ein ausreichender Steuerstrom für die lineare Spannungsverteilung dazugeliefert. In Verbindung mit einem schnellen Uberspannungsverlauf kommt kein solcher Steuerstromzuschuß hinzu, so daß die Zündspannung des Ableiters relativ gesehen sinkt.

Durch die Ausbildung der Fugenbefestigung zwischen den Moduleinheiten als feldsteuernde Elektroden brauchen Abschirmringe nur im Anschluß an aktiv spannungsführende Teile des Ableiters

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selbst angeordnet zu werden. Es werden somit der Mechanik dienende Konstruktionsteile als Hilfselektroden verwendet. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform des äußeren Abschirmringsystems mit seinen reihen- und parallelgeschalteten Steuerkondensatoren erhält man automatisch Schaltpunkte mit wohl definiertem Potential. Einige von ihnen können zweckmäßigerweise so ausgeführt werden, daß sie das Feldbild günstig beeinflußen. Da diese sogenannten Hilfselektroden näher am Zentrum des Ableiters liegen, eind für diese Feldverbesserung keine komplizierten Elektrodenformen erforderlich. Vorhandene Befestigungen für Abschirmringe werden zweckmäßiger— weise als konzentrische, leitende Flächen zwischen Abschirmring und äußeren Isolierrohr ausgeführt.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Abschirmringe mit konstantem Abstand voneinander angeordnet sind,

Fig. 2 eine Ausführungsform, bei der die Abschirmringe mit unterschiedlichem Abstand angeordnet sind,

Fig. 3 im Detail einen Teil eines Ableiters gemäß Fig.

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Der in Fig. 1 gezeigte Ableiter 1 ist ein Standardtyp mit Porzellangehäuse, der in dem gezeigten Beispiel aus vier zusammengesetzten Moduleinheiten besteht. An seinem oberen Ende ist der Ableiter an den spannungsführenden Leiter 2 angeschlossen, der ebenfalls in Rohre 3 und 4.eingekapselt und mit Isolatorelementen versteift ist. Der Ventilableiter ist in ein äußeres Gehäuse 7 aus elektrisch leitendem Material, z.B. Eisenblech, eingekapselt und geerdet. Im vorliegenden Fall, in dem auch der spannungsführende Leiter gekapselt ist, sind zweckmäßigerweise sämtliche Verkapseiungen zusammenge—. schaltet. Der Ventilableiter ist an seinem unteren Ende mit dem geerdeten Gehäuse 7 verbunden. Mit 5, b und 8 sind Flansche in der Verkapselung bezeichnet, welche die Montage der Anlage erleichtern.

Der Ventilableiter 1 wird von einem Rohr 9 aus Isoliermaterial, z.B. aus glasfaserarmiertem Polyester umgeben; es können aber auch Porzellanrohre verwendet werden. Das Rohr ist mittels eines oberen bzw. eines unteren Deckels 10 bzw. 11 verschlossen. Der untere Deckel ist mit einem Überdruckventil 12 ausgerüstet, das sich bei einem eventuellen Schaden des Ableiters öffnet und somit ein Sprengen des Isolierrohres verhindert. Der Deckel kann auch mit einem nicht dargestellten Hahn versehen sein, durch den öl abgelassen werden kann, das sich in dem Rohr infolge Undichtigkeiten angesammelt haben kann«. Der Ableiter kann auch mit einem Ölstandsrohr versehen sein, so daß man von außen fest-

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stellen kann, ob sich im Rohr Öl befindet«

Der Ventilableiter ist außerdem von mehreren Abschirmringen umgeben, die zwischen dem Isolierrohr 9 und dem äußeren Gehäuse 7 angeordnet sind. Zwischen den Abschirmringen sind Kondensatoren 14 angeordnet, um eine lineare Spannungsverteilung längs des Isolierrohres 9 zu bewirken. Da der gesamte Verschiebungsstrom zwischen den Ringen und dem Gehäuse eine beachtliche Größe hat, gibt man den Kondensatoren verschiedene Kapazitätswerte, d.h. man erreicht eine gradierte Steuerung, so daß man eine zweckmäßige Spannungsverteilung erhält. Die Abschirmringe sind zumindest an den Enden des Ableiters an diesen angeschlossen. Wenn es zweckmäßig ist, können jedoch auch mehrere Anschlüsse vorgesehen sein. Solche Anschlüsse können dann beispielsweise

Moduleinheiten des Ableiters

dort vorgenommen werden, wo die iüiiiUÜfc&XSdiStxifOiiddEÄ zusammentreffen.

Der Raum zwischen dem geerdeten Gehäuse 7 und dem Isolierrohrjc 9 ist mit einem Isoliermittel gefüllt, welches, wie bereits erwähnt, eine beliebige isolierende Flüssigkeit oder ein isolierendes Gas sein kann. Der Raum zwischen dem Isolierrohr und dem Porzellangehäuse des Ableiters kann Luft, ein anderes isolierendes Gas, wie z.B, ein elektronegatives Gas oder eine Isolierflässigkeit enthalten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Raum mit der Atmosphäre über eine Öffnung in dem

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Ventil 12 in Verbindung steht,

Nach einer Abwandlung der Erfindung kann das Isolierrohr 9 fehlen,- wobei das Isoliermittel im äußeren Gehäuse 7 den ganzen Raum bis an das Porzellangehäuse ausfüllt. Dabei werden die Abschirmringe direkt auf dem Porzellangehäuse montiert. Wenn das Porzellangehäuse in der hier angenommenen Weise zusammengesetzt ist, so ist darauf zu achten, daß durch Dichtungen in den Fugen ein Eindringen des Isoliermittels in den Ableiter verhindert wird. Das überdruckventil 12 ist in diesem Fall zv/ischen dem Porzellangehäuse und der Atmosphäre eingesetzt.

Durch das Anordnen der Abschirmringe und deren Spannungssteuerung mit Hilfe der Kondensatoren wird praktisch die ganze radielle Spannung von dem Isoliermittel zwischen Abschirmringen und dem äußeren Gehäuse 7 aufgenommen. Dadurch wird sowohl in dem Ableiter als auch in dem Raum zwischen dem Ableiter und dem Isolierrohr 9 das Auftreten von Glimmen verhindert.

Die Abschirmringe sind in dem beschriebenen Beispiel als geschlossene Ringe mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt. Der Querschnitt der Ringe kann natürlich auch eine andere Form, z.B. eine elliptische, haben. Außerdem können die Abschirmringe aus zum Ableiter hin offenen Schalen bestehen.

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Der ganze Ableiter ist gas- und flüssigkeitsdicht in dem geerdeten äußeren Gehäuse eingeschlossen und somit gegen Berührung und Verschmutzung geschützt»

Bei dem Ableiter gemäß Fig. 2 und 3 ist das äußere metallische Gehäuse, das die Verkapselung des Ableiters bildet, mit 7 bezeichnet. Der Ableiter selbst, ein Standardtyp mit vier gleichen Moduleinheiten, ist mit 1 bezeichnet. Jede Moduleinheit enthält mehrere Ableiterelemente 15, von denen jedes in bekannter Weise aus mehreren Funkenstrecken 16 in Reihe mit einem nichtlinearen Ventilwiderstand 17 besteht. Alternativ können die Ableiterelemente 15 nur aus Funkenstrecken oder nur aus Ventilwiderständen bestehen. Jedes Ableiterelement ist zwischen Führungsblecheη 18 befstigt. Die Moduleinheiten sind an jedem Ende mit einer Fugenverbina-ing 19 versehen, mit deren Hilfe sie in bekannter Weise aneinaniergesetzt werden. Für die Spannungssteuerung innerhalb einer Moduleinheit ist eine Steuerkette vorhanden, die aus mehreren in Reihe geschalteten Kondensatoren 20 besteht, welche zwischen den Führungsblechen 18 Befestigt sind. Die Enden der Kette sind an den Fugenverbindungen angeschlossen, die aus Metall bestehen. Der gesamte soweit beschriebene innere Aufbau ist in ein Polyesterrohr 21 eingeschlossen, welches mit seinen Enden gasdicht an den Fugenverbindungen befestigt ist, z.B. durch Einpassung in eine kreisförmige Nut 22. Ein zweites Polyesterrohr 23, das konzentrisch zu dem Rohr 21 angeordnet ist, umgibt das letztgenannte

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Rohr und ist auf ähnliche V/eise an den Fugenverbindungen befestigt, Zwischen den beiden Rohren entsteht ein ringförmiger Raum 24. Diese Räume sind durch Löcher 25 in den Fugenverbindungen miteinander verbunden. Am Ende des Ableiters ist eine Ventilanordnung 12 vorgesehen, die sich dann öffnet, wenn der Druck in den Räumen steigt, was z.B. aufgrund einer Explosion in einer der Moduleinheiten des Ableiters geschehen kann. Das Innere jeder Moduleinheit steht mit dem Raum über Kanäle und Überdruckventile in den Fugenverbindungen in Verbindung. Diese Konstruktionen sind bekannt und werden daher in den Figuren nicht gezeigt.

Die äußere Steuerkette besteht aus mehreren ringförmigen Abschirmringen 13t die über Kondensatoren 14 miteinander verbunden sind. Die Abschirmringe sind mit unterschiedlichem Abstand angeordnet und liegen am Kopf des Ableiters, wo die Spannung gegenüber der Erde am höchsten ist, am dichtesten zueinander. Je tiefer die Ringe liegen, desto größer ist der Abstand zwischen ihnen, d.h., der Abstand zwischen zwei benachbarten Ringen ist im wesentlichen umgekehrt proportional zur Spannung der Ringe gegenüber der Erde. Die Ringe sind an dem Isolierrohr 23 befestigt und werden daher von diesem getragen. Die äußere Steuerkette ist an die Fugenverbindungen elektrisch leitend angeschlossen und damit auch an die innere Steuerkette über Impedanzelemente 26. Diese Impedanzelemente können aus Kondensatoren, Widerständen oder aus Kondensatoren und Widerständen bestehen· Die zwischen zwei Ringen vorhandenen Kondensatoren 14 bestehen

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aus bekannten Gründen aus mehreren Teilkondensatoren. Dadurch wird es möglich, die Kapazität zwischen jedem Ring auf die beste Weise zu bestimmen und den Anschlußpunkt für die Impedanzelemente 2b so zu wählen, daß man die beste Balance zwischen den beiden Steuerketten erhält.

Das Innere des Ableiters, also der Raum in dem inneren Isolierrohr 21, kann mit Stickstoff oder einem elektronegativen Gas gefüllt sein. Der Raum zwischen dem Gehäuse 7 und dem äußeren Isolierrohr 23 kann mit einem anderen Isoliermittel, z.B. Transformatoröl, gefüllt sein. Dadurch, daß der Raum 24 zwischen den beiden Isolierrohren 21 und 23 eine Barriere zwischen den beiden Isoliermitteln bildet, und daudurch, daß dieser Raum bei auftretendem überdruck leicht mit der Atmosphäre verbunden werden kann, erhält man eine große Sicherheit dagegen, daß das eine Isoliermittel in den Raum für das andere Isoliermittel eindringen kann. Die Konstruktion läßt außerdem die größtmögliche Freiheit bei der Wahl von Isoliermitteln»

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Claims (14)

Patentansprüche;

1.J Gekapselter Ventilableiter, der in ein dichtes äußeres Gehäuse aus vorzugsweise elektrisch leitendem Material eingeschlossen und mit mehreren im Gehäuse konzentrisch um den Ableiter angeordneten Abschirmringen verseherjist, sowie mit einer feld- und spannungssteuernden Kette aus kapazitiven Elementen, die zwischen den Abschirmringen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilableiter (1) in einem Rohr (9, 23) aus Isoliermaterial in dem Gehäuse angeordnet ist und daß die Abschirmringe (13) um das Rohr angeordnet und an diesem befestigt sind.

2. Ventilableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil die Abschirmringe an dem in dem Rohr (9, 23) angeordneten Ableiter angeschlossen sind.

3. Ventilableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ableiter aus mehreren Moduleinheiten besteht, die aneinandergefügt sind, und daß die Kette von Abschirmringen außerhalb des Rohres (9, 23) an den Fugen des Ableiters angeschlossen ist.

4. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmringe (13) mit konstantem Abstand voneinander angeordnet sind.

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5. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmringe (13) mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, der von der hochspannungsführenden Seite des Ableiters aus gesehen zunimmt.

6. Ventilableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Abstand zwischen den Abschirmringen (13) im wesentlichen umgekehrt proportional zur Spannung gegenüber der Erde zunimmt,

7. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch

gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Abschirmringen (13) für jede Moduleinheit im wesentlichen umgekehrt proportional zur Spannung gegenüber der Erde zunimmt und daß der Abstand zwischen sukzessiven Ringen innerhalb der Moduleinheit im wesentlichen konstant ist.

8. Ventilableiter nach den Ansprüchen 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anordnen der Abschirmringe im Anschluß an aktiv spannungsführende Elemente im Inneren des Ableiters erfolgt.

9. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Steuerkette, die aus den Kondensatoren (14) zwischen den Abschirmringen (13) gebildet wird, dadurch gradiert ist, daß die Kapazität der Kondensatoren mit abnehmender Spannung zwischen den Ringen und Erde abnimmt.

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10. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer an sich bekannten inneren Steuerkette aus Kondensatoren, die zwischen den Führungsblechen des Ableiters angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß auch die innere Steuerkette gradiert ist, und zwar entweder innerhalb jeder Moduleinheit oder konstant innerhalb der Moduleinheit, aber gradiert zwischen den verschiedenen Maduleinheiten, und daß die äußere und die innere Steuerkette miteinander an mehreren Punkten über die Flansche der Moduleinheit verbunden sind.

11. Ventilableiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der äußeren und der inneren Steuerkette über ein Impedanzelement (26) geschieht.

12. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungen für die Abschirmringe (13) aus konzentrischen feldsteuernden Elektroden bestehen.

13. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungspunkte für reihengeschaltete Kondensatoreinheiten, die zwischen den Abschirmringen (13) angeschlossen sind, als Hilfselektroden mit feldifordernder Wirkung ausgeführt sind.

14. Ventilableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (16) und der nichtlineare Widerstand (17) des Ableiters in einem inneren Isolierrohr (21)

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angeordnet sind, das von einem äußeren Isolierrohr (23) umgeben ist, und daß der Raum zwischen den beiden Rohren über eine Ventilanordnung (12) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

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