DE2831543A1

DE2831543A1 - Schutzspalt-einrichtung fuer unterbrecherschalter

Info

Publication number: DE2831543A1
Application number: DE19782831543
Authority: DE
Inventors: Shinichi Menju; Iwao Ohshima; Shigeru Takahashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-07-19
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-02-08
Also published as: US4232352A; JPS5421556A; CA1102406A; DE2831543C2

Description

Firma TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72, Horikawa-Cho, Saiwai-Ku, Kawasaki-Shi, Kanagawa-Ken, Japan

Schutzspalt-Einrichtung für Unterbrecherschalter

Die Erfindung betrifft einen überspannungsableiter für elektrische Übertragungsleitungen und insbesondere eine Schutzspalt-Einrichtung zum Schutz eines gasgefüllten Unterbrecherschalters gegen steile Stoßwellen von Lichtbogen.

Bei bekannten gasgefüllten Unterbrecher schalter?] wird zum Zweck der Isolation ein Luftspalt verwendet, jedoch steigt bei diesen, bekannten Unterbrecherschaltern die über die Zeit genommende Entladungsspannungskennlinie (V-T-Kennlinie) an der steilen Wellenfront der ankommenden Stoßwellenspannung an, so daß die V-T-Kennlinie veränderlich ist, und zwar in Abhängigkeit von der Steilheit der ankommenden Wellenfront. Aus diesem Grund war es bisher schwierig, einen gasgefüllten Unterbrecherschalter mit vergleichsweise flacher V-T-Kennlinie gegen Spannungsstoßwellen steiler Wellenfront zu schützen.

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Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer vorbekannten Schutzspalt-Einrichtung für gasgefüllte Unterbrecherschalter. Die Schutzspalt-

Einrichtung besteht dabei aus einer Metallhülse 1, die mit einem gute Lichtbogen-Löscheigenschaften aufweisenden Gas gefüllt ist, aus einer Hochspannungselektrode 3 und aus einer Niederspannungselektrode 12, wobei sich die beiden Elektroden 3, 12 innerhalb der Hülse 1 gegenüberstehen. Diese Schutzspalt-Einrichtung weist eine Entladungskennlinie mit vergleichsweise flacher V-T-Kennlinie auf und besitzt keinai Polaritätseffekt. Um jedoch den gasgefüllten Unterbrecherschalter ausreichend gegen eine steile Lichtbogenwelle zu schützen und den Unterbrecherschalter ausreichend abzuschirmen, ist es notwendig, daß die V-T-Kennlinie stets höher ist als die flache Wellenfront der Entladungs-Startspannung der Schutzspalt-Einrichtung und außerdem niedriger ist als der Grund-Impulspegel, welcher für die Schutzspalt-Einrichtung vorgegeben ist. Bei der Schutzspalt-Einrichtung nach Fig. 1 ist zwar eine Triggerelektrode 13 im Mittelpunkt der Niederspannungselektrode vorgesehen, infolge der tragen Betriebsweise der Triggerelektrode und einer geringen Anzahl von durch die Triggerelektrode erzeugten und zwischen die Elektroden 3 und 12 eingebrachten Ionen wird jedoch die Entladung zwischen den Elektroden 3 und 12 der ankommenden Spannungsstoßwelle geringfügig nacheilen, so daß es schwierig ist, die gewünschte flache V-T-Kennlinie des Gases zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Schutzspalt-Einrichtung zu schaffen, die bei flacher V-T-Kennlinie ausgezeichnete Entladungseigenschaften gewährleistet und einen derartigen Triggereffekt auslöst, daß eine im wesentlichen konstante Entladungsspannung gesichert ist.

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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schutzspalt-Einrichtung zum Schutz eines Unterbrecherschalters, bestehend aus einer Metallhülse, die mit einem Löschmedium gefüllt ist, aus einer Hochspannungselektrode und aus einer Niederspannungselektrode, wobei beide Elektroden sich innerhalb der Metallhülse gegenüberstehen, wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hochspannungselektrode aus einer Hauptelektrode, die an
einem das eine Ende der Hülse abdeckenden Isolierstoffkörper angebracht ist, und aus einer Triggerelektrode besteht, die an der Hauptelektrode über einen Isolierstoffkörper befestigt ist, und
daß die Niederspannungselektrode aus einer zweiten Triggerelektrode, die an einer das andere Ende der Metallhülse abdeckenden, geerdeten Metallplatte befestigt ist, aus einer zweiten Hauptelektrode, die an der Metallplatte über einen Isolierstoffkörper befestigt ist, und aus einem Metallzylinder besteht, der elektrisch leitend mit der Niederspannungs-Hauptelektrode verbanden ist und von der Metallhülse einen Abstand einhält.

Auf der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine Schutzspalt-Einrichtung
zum Schutz eines gasgefüllten Unterbrechers nach dem
Stand der Technik,

Fig. 2: einen Längsschnitt durch eine Schutzspalt-Einrichtung
nach der Erfindung, und

Fig. 3: eine grafische Darstellung der Spannungs-Zeit-Charakteristiken a und b der Schutzspalt-Einrichtungen nach den Fig. 1 bzw. 2.

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Gemäß Fig. 2 weist die Schutzspalt-Einrichtung nach der Erfindung eine Metallhülse 1, eine mit dem einen offenen Ende der Metallhülse verbundene Hochspannungselektrode und eine mit dem anderen offenen Ende der Metallhülse verbundene Niederspannungselektrode auf. Die Hochspannungselektrode besteht aus einer Hauptelektrode 3, die mit dem Innenende 2a eines hohlen, konischen, isolierenden Abstandhalter 2 über einen Drahtkörper 19 verbunden ist, und außerdem aus einer Triggerelektrode 5_f die innerhalb der Hauptelektrode angeordnet und mit dieser über einen Isolierstoffstab 4 verbunden ist, und schließlich aus einer kurzen, zylindrischen Elektrodenplatte 6, die elektrisch an die Triggerelektrode 5 angeschlossen ist und einen vorgegebenen Abstand zur Hauptelektrode 3 einhält. Eine horizontale, stabförmige Elektrode 8 ist nahe dem freien Ende der Triggerelektrode 5 an dieser befestigt und bildet einen Entladungsspalt 7 zwischen der Hauptelektrode 3 und der Triggerelektrode 5. Die Hauptelektrode istniit einer Vielzahl von Durchbohrungen 9a versehen, durch welche Leiter 9 zum Verbinden der Elektrodenplatte 6 mit der Triggerelektrode 5 hindurchgehen.

Die Niederspannungselektrode besteht aus einer zylindrischen Hauptelektrode 12, die über einen Isolierstoffträger 11 mit einer metallischen, das untere Ende der Metallhülse 1 abschließenden Platte 10 verbunden ist, aus einer Triggerelektrode 13, die an der Endplatte 10 befestigt ist und sich somit innerhalb der Hauptelektrode 12 befindet, und aus einer zylindrischen Elektrodenplatte 14, welche die Hochspannungs-Elektrodeneinheit sowie die Hauptelektrode 12 der Niederspannungs-Elektrodeneinheit umgibt. Die Elektrodenplatte 14 ist so angeordnet, daß sie einen vorgegebenen Abstand zur Metallhülse 1 einhält, derart, daß zwi-

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sehen der Elektrodenplatte 14 und der Metallhülse 1 ein koaxialer, zylindrischer, elektrostatischer Kondensator entsteht. Die Elektrodenplatte 14 ist außerdem elektrisch mit der Hauptelektrode 1 2 verbunden. Eine horizontale, stabförmige Elektrode 16 ist an der Triggerelektrode 13 nahe deren oberemEnde befestigt, so daß ein Entladungsspalt 15 zwischen der Triggerelektrode 13 und der Hauptelektrode 12 der Niederspannungs-Elektrodeneinheit entsteht. Eine Spule 17 zum Feststellen eines Entladungsstromes kann um die Triggerelektrode 13 herum angeordnet sein, je nach den Erfordernissen, und außerdem ist ein Erdungsleiter 18 an der Aussenf lache der metallischen Endplatte 10 angebracht.

Vorteilhafterweise bestehen die Hauptelektroden 3, 12, die Triggerelektroden 5, 13 und die stabförmigen Elektroden 8, 16 aus einem gegenüber einem Lichtbogen widerstandsfähigen Material, wie etwa Graphit oder Kupfer-Wolfram-Legierung. Das Innere des durch

die MetallhülSQ', den Isolierkörper 2 und die metallische Endplatte 10 begrenzten Hauptkörpers wird mit einem Gas gefüllt, das ausgezeichnete Lichtbogen-Löscheigenschaften aufweist, wie etwa Schwefelhexafluorid

Die Schutzspalt-Einrichtung arbeitet folgendermaßen.

Bei der Schutzspalt-Einrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, werden koaxiale, zylindrische, elektrostatische Kapazitäten zwischen der Hauptelektrode 3 und der Elektrodenplatte 6 sowie zwischen der Metallhülse 1 und der Elektrodenplätte 14 gebildet. Wenn somit eine Überspannung an der Hauptelektrode 3 auftritt, so wird diese überspannung auf den Triggerspalt 7, den zwischen den Hauptelektroden 3 und 12 bestehenden Spalt 20 und den Trigger-

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spalt 15 aufgeteilt. Die geometrischen Dimensionen der Elektrodenplatten 6 und 14 sind derart festgelegt, daß an Spalte 20 zwischen den Hauptelektroden 3 und 12 eine Entladung auftritt, und zwar durch die ursprünglichen Entladungen, welche gleichzeitig an den Triggerspalten 7 und 15 auftreten. Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen Schutzspalt-Einrichtung besteht deshalb darin, daß bei einer Überspannung die Entladung zwischen den Hauptelektroden 3 und 12 durch die Triggerentladungen an den Spalten 7 und 15 induziert wird.

Wenn auch in Fig. 2 die Hochspannungselektrodeneinheit mit einer elektrisch mit der Triggerelektrode 5 verbundenen, ringförmigen Elektrodenplatte 6 versehen ist, so kann trotzdem die Elektrodenplatte 6 weggelassen werden, wenn die Leitungsspannung nicht zu hoch ist, wobei dann die Entladung zwischen den Hauptelektroden 3 und 12 durch die beiden Triggerentladungen an den Spalten 7 und 15 in ausreichender Weise induzierbar ist.

Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, bei der die Kurve a die V-T-Kennlinie (Spannungs-Zeit-Kennlinie) der vorbekannten Schutzvorrichtung nach Fig. 1 darstellt, die Kurve b diejenige der Schutzvorrichtung nach der Erfindung. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, steigt die Kurve a an der steilen Wellenfront der Stoßwellenspannung an, während die Kurve b im wesentlichen flach bleibt, was bedeutet, daß die Veränderung der Entladungsspannung wesentlich vermindert worden ist. Weiterhin wird bei der Schutzspalt-Einrichtung nach der Erfindung der Triggereffekt wesentlich verstärkt, weil die Hauptentladung durch die Ionen oder die ultraviolette Strahlung der Triggerentladungen induziert wird. Weil jedoch die ringförmige Metallelektrode 6 die Spannungsverteilung zwischen

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den Hauptelektroden und zwischen den Haupt- und Triggerelektroden wesentlich verbessert, kann darüberhinaus die Zeitverzögerung der Arbeit der Triggerelektroden wesentlich vermindert werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Schutzspalt-Einrichtung zum Schutz von Unterbrecherschaltern, bestehend aus einer zylindrischen Metallhülse, die mit einem Lichtbogen-Löschmedium gefüllt ist, einer Hochspannungselektrode und mit einer Niederspannungselektrode, wobei die beiden Elektroden sich innerhalb der Metallhülse einander gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode aus einer Hauptelektrode (3), die an einem das eine Ende der Metallhülse (1) abdeckenden Isolierstoffkörper (2) angebracht ist, und aus einer Triggerelektrode (5) besteht, die an der Hauptelektrode (3) über einen Isolierstoffkörper (4) befestigt ist, und daß die Niederspannungselektrode aus einer Triggerelektrode (13), die an einer das untere Ende der Metallhülse (1) abdeckenden, geerdeten Metallplatte (10) befestigt ist, aus einer zweiten Hauptelektrode (12), die an der Metallplatte (10) über Isolierstoffträ ger (11) befestigt ist und aus einem Metallzylinder (14) besteht, der elektrisch mit der Niederspannungs-Hauptelektrode (12) elektrisch verbunden ist und zur Metallhülse (1) einen vorgegebenen Abstand einhält.
2.

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Schutzspalt-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungs-Triggerelektrode (5) mit einer

Bankhaus Merck, Flnck & Co.. München (BLZ 7OO304CX)) Konto-Nr. 254649

Bankhaus H. Aufhäuser. München (BLZ 7003O6O0) KontoNr. 2613OO

Telegrammadresse: Patentsenior

Postscheck: München

(BLZ 70010080) Konto-Nr 2Ο9Ο4-8ΟΟ

ORIGINAL INSPECTED

stabförmigen Elektrode (8) versehen ist, derart, daß ein erster Entladungsspalt (7) zwischen der Hochspannungs-Triggerelektrode (5) und der Hochspannungs-Hauptelektrode (3) gebildet ist, und daß auch die Niederspannungs-Triggerelektrode (13) mit einer stabförmigen Elektrode (16) versehen ist, derart, daß zwischen der Niederspannungs-Triggerelektrode (13) und der Niederspannungs-Hauptelektrode (12) ein zweiter Entladungsspalt (15) gebildet ist.
3. Schutzspalt-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode einen die Hochspannungs-Hauptelektrode umgebenden, ringförmigen Metallkörper (6) aufweist, der elektrisch mit der Hochspannungs-Triggerelektrode (5) über Leiter (9) verbunden ist, welche sich durch Durchbohrungen (9a) der Hochspannungs-Hauptelektrode (3) erstrecken.
4. Schutzspalt-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtbogen-Löschmedium Schwefelhexafluorid-Gas verwendet ist.

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