Typ ASI ASI
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Typ ASI ASI
SURGE ARRESTERS ÜBERSPANNUNGSABLEITER ASI surge arresters acting as tension insulator for outdoor applications in medium voltage networks - significant simplification of construction on the pillars - high tensile strength - no risk breaking the power line in case of damage of surge arrester - proven in operation Überspannungsableiter Typ ASI als Abspannisolator für den Freiluftbereich in Mittelspannungsnetzen - wesentliche Vereinfachung der Mastkonstruktion - hohe Zugfestigkeit - keine Leitungsbruchgefahr im Fall der Beschädigung des Überspannungsableiters - hohe Betriebssicherheit SAFELY SWITCHED ENERGY SICHER GESCHALTETE ENERGIE SURGE ARRESTERS ÜBERSPANNUNGSABLEITER ASI 44 1 APPLICATION / EINSATZBEREICH ASI type surge arresters are intended for protection of power engineering a.c. devices against destructive operation of lighting and switching overvoltages. They operate as outdoor tension insulators for overhead medium voltage power lines They are used for simplification of construction of device on existing pillar transformer stations and as components of new medium voltage overhead lines.(for instance PAS). ASI type surge arresters on newly built power line with disconnector controlled by radio Überspannungsableiter Typ ASI an einer neu errichteten Leitung mit einem funkgesteuerten Trennschalter 2 Überspannungsableiter Typ ASI sind fur den Schutz der Isolation der Wechselstrom-Elektroanlagen gegen Blitzeinwirkungen und Schaltüberspannungen vorgesehen. Sie können auch gleichzeitig als Abspannisolatoren für den Freiluftbereich in Mittelspannungsnetzen eingesetzt werden. Das Ziel dieser Lösung ist es, die Masttrafostationen sowie die blanken oder isolierten Mittelspannungsfreileitungen einfacher zu gestalten. simplified pillar transformer station with ASI vereinfachte Masttrafostation unter Einsatz der Überspannungsableiter Typ ASI modernization of transformer station – ASI application parallel to tension insulators Modernisierung einer Trafostation – gleichzeitiger Einsatz der Überspannungsableiter Typ ASI und der Abspannisolatoren OPERATING CONDITIONS / BETRIEBSBEDINGUNGEN outdoor conditions (temperate climate), operating and storage temperature from -45°C up to +55°C, altitude up to 1000 meters above sea level, the power frequency of the system should not be lower than 48 Hz and higher than 62 Hz, the r.m.s. value of alternating voltage applied to the clamps should not exceed its continuous operating voltage Uc, tensile force should not exceed nominal tensile strength SML . für den Freiluftbereich (gemäßigtes Klima) Betriebs- und Lagerungstemperatur von -45ºC bis +55ºC, Höhe bis 1000 m ü. NN, Spannungsfrequenz des Stromnetzes darf 48 Hz nicht unterschreiten und 62 Hz nicht überschreiten, Der wirksame Wert der an den Klemmen des Überspannungsleiters dauerhaft angelegten Wechselspannung darf die Dauerbetriebsspannung des Überspannungsableiters Uc nich überschreiten, Die Zugkraft darf die Nennzugfestigkeit (SML) nicht überschreiten. SAFELY SWITCHED ENERGY SICHER GESCHALTETE ENERGIE 3 DESIGN AND PRINCIPLE OF OPERATION / AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP 3 5 2 4 1 ASI Basic part of surge arrester is the pile of varistors (1) made of zinc oxide with other metal oxide additives. Rod (2) made of epoxy resin with glass fibre, which carries mechanical stresses, is placed axially in the centre of varistors pile. Hot galvanized steel ferrules (3) are clamped at both sides of the rod. An electrical contact between varistors and ferrules is obtained by suitable pressure of disc springs (4). Current paths (6) of rectangular cross section in surge arrester to connect power lines are fixed by bolts (5) to the inlet joints. Connection clip shaped current paths consist of two parts adjusted to external diameter of inlet joints. LSR silicone housing (7) is directly adhered to the interior of surge arrester in the process of direct injection and vulcanization of silicone. It provides very good tightness of surge arrester and guarantees stability of electrical properties during operation and therefore its protection parameters. 7 6 3 ASI 18 type surge arrester Überspannungsableiter Typ ASI 18 Das Herz des Überspannungsableiters ist der Varistorenstapel (1) aus Zinkoxid mit Zugabe von anderen Metalloxiden. In der Mitte des Varistorenstapel befindet sich ein axial angeordneter Epoxidstab (2), der mechanische Spannungen überträgt. Beidseitig gibt es ein verzinktes Stahlanschlüssestück (Ösen) (3), abgeschlossen mit einer ovalen Öffnung. Der Kontakt zwischen den Varistoren und Beschlägen wird mittels der Tellerfeder zugedrückt (4). An den Stahlanschlüssen wurden die Stromstränge des Überspannungsableiters (6) mit einem rechteckigen Querschnitt mittels der Schrauben (5) lösbar angeschraubt, eingesetzt für den elektrichen Anschluss der Leitungen. Die schellenartigen Stromkreise bestehen aus zwei Teilen, die auf den Außendurchmesser der Anschlüsse abgestimmt sind. Das äußere Gehäuse des Überspannungsableiters (7) wird aus LSR-Silikon unmittelbar am Varistorenkern im Vulkanisierungsverfahren hergestellt. Dies gewährleistet die Dichtheit des Überspannungsableiters und somit auch die Stabilität elektrischer Parametr während des Betriebs und der Schutzparameter. The principle of operation is the following: active current of order of microamps flows through an arrester at operating voltage. Each rise of voltage on overhead line, therefore on the terminals of a surge arrester causes prompt rise of current. Conductivity of varistors increases according to their voltage-current characteristic and the overvoltage is carried away to the ground by the surge arrester. The drop of voltage in surge arresters called residual voltage does not exceed the withstand value of protected insulation in the case of proper selection of surge arrester to the operating conditions. Return to operating voltage completes the operation of surge arrester which comes to standby position waiting for the next overvoltage and the heat is carried out to the environment. Operation of a surge arrester does not cause any interference in the operation of systems. 45 Bei Betriebsspannung fließt der Mikroamper-Wirkstrom durch den Überspannungsableiter durch. Jeder Spannungsanstieg an der Leitung, also auch an den Klemmen des Überspannungsableiters, verursacht den sofortigen Anstieg des fließenden Stromes. Die Leitfähigkeit der Varistoren steigt gemäß der Spannungs- Strom-Kennlinie an und die Überspannungsladung wird durch den Überspannungsableiter bis zur Erde abgeleitet. Der Spannungsabfall an den Überspannungsableitern, sog. Restspannung, überschreitet den zulässigen Wert für die zu schützende Isolation, wenn der Überspannungsableiter auf die Betriebsbedingungen richtig abgestimmt wird. Der Betrieb des Überspannungsableiters bewirkt keine Störungen im Stromnetz. SURGE ARRESTERS ÜBERSPANNUNGSABLEITER 4 COMPLIANCE WITH THE STANDARDS / NORMENKONFORMITÄT EN 60099-4: 2004/A2: 2009 “Surge arresters Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems”, PN-EN 61109: 2008 „Composite insulators for a. c. overhead lines with a nominal voltage greater than 1000 V”, IEC 60060-1: 1989 “High-voltage test techniques. General definitions and test requirements”, PN-EN 60071-1: 2008 “Insulation co-ordination. Part 1: Definitions, principles and rules”. 5 DIN EN 60099-4:2009:A2:2009 „Überspannungsableiter – Teil 4: Metalloxidableiter ohne Funkenstrecken für Wechselspannungsnetze”. IEC 61109:2008 Isolatoren für Freileitungen mit einer Nennspannung über 1 kV IEC 92/E-04060 „Hochspannungs-Entnahmetechnik. Bestimmungen und Anforderungen”, IEC 60071-1:2008 „Isolationskoordination – Teil 1: Begriffe, Grundsätze und Anforderungen”. ADVANTAGES / VORTEILE significant simplification of construction of the pillars – ASI replaces three separate devices: expulsion type lightning arrester (1), tension insulator (2) and support insulator (3), stability of the characteristics in time, high resistance to environmental conditions, inexplosive design, high tensile strength – after surge arresters have been damaged - no risk of mechanical rupture of line substitute for porcelain tension insular in mounting wesentlich vereinfachte Mastkonstruktion – Der Überspannungsableiter Typ ASI ersetzt drei separate Einrichtungen: Löschrohrableiter (1), Abspannisolator (2) und Stützenisolator (3), Stabilität der Zeit-Kennlinien, hohe Gehäusebeständigkeit gegen Umweltbedingungen, explosionsgeschützte Konstruktion, hohe Zugfestigkeit – keine Leitungsbruchgefahr im Fall der Beschädigung des Überspannungsableiters ersetzt den Abspannisolator aus Porzellan Typ LP60/5U. 1 3 ASI 2 transformer station15/0,4 after modernization with application of ASI tension insulatorsurge arresters Trafostation 15/0,4 nach der Modernisierung unter Einsatz der Überspannungsableiter Typ ASI transformer station15/0,4 before modernization Trafostation 15/0,4 vor dem Umbau Überspannungsableiter Typ bolt and bow clamp Schrauben-Bügel-Halter EXAMPLE OF MOUNTING EINBAUBEISPIEL ASI 46 tension and bow clamp Zug-Bügel-Halter loop clamp Schleifenhalter current clamp AI 16/95 Stromklemme Al 16/95 ASI bolt and bow holder Schraubenbügel SAFELY SWITCHED ENERGY SICHER GESCHALTETE ENERGIE 6 ESSENTIAL PRINCIPLES OF SELECTION OF SURGE ARRESTERS AUSWAHLKRITERIEN ERMITTLUNG DER DAUERBETRIEBSSPANNUNG UC Continuous operating voltage Uc has to be selected as the most important parameter of surge arrester. Generally, two basic conditions have to be met: Bei der Ermittlung der Dauerbetriebsspannung müssen grundsätzlich zwei Voraussetzungen erfüllt werden: Uc should be higher than voltage in the system which may occur for a longer time on terminals of surge arrester during operating conditions temporary overvoltage withstand of surge arrester should be higher than temporary ovevoltages expected in the system. It means that voltage versus time characteristic of T withstand of surge arrester should go above the value of expected overvoltages that may occur in the system5). Der Wert Uc soll höher als Netzspannung sein, die unter Betriebsbedingungen an den Klemmen des Überspannungsableiters dauerhaft vorkommen kann, Beständigkeit des Überspannungsableiters gegen langsam wechselnde Überspannungen soll höher als erwartete langsam wechselnde Überspannungen im Stromnetz sein, dh. die Spannungs-Zeit-Kennlinie des Überspannungsableiters T soll unterhalb der erwarteten Überspannungen im Stromnetz liegen. In significant majority of events, the continuous operating voltage of the surge arrester is selected as not lower than maximum voltage value in the system. In den meisten Fällen ist die Dauerbetriebsspannung nicht niedriger als max. Netzspannung. SELECTION OF CONTINUOUS OPERATING VOLTAGE UC ERMITTLUNG DES NENNABLEITSTROMES In medium voltage overhead lines in case of lack of lighting arrester conductors it is likely to strike by direct lighting to power line. Discharge current as a general rule is lower than the current of lighting. Current wave flows in line in two directions from the place of striking. Moreover, the occurrence of lighting spark over on insulation of the power line causes the flow of significant part of the current to the ground and current wave during the course along the line is defeated by strong suppression. Extreme values of discharge current in the surge arrester may occur in case of the strike of lighting close to the surge arrester. Probability of the occurrence of the defined discharge current value caused by direct strike of the lighting to the power line depends on several factors such as; the level of line insulation, isoceraunic level in the region of the line, the distance between the place of lighting strike and surge arrester etc. It is assumed that surge arresters with rated discharge current of 10 kA provide sufficient effective protection of distribution transformers in medium voltage overhead lines, without making any detailed analysis of the system. Bei Mittelspannungsfreileitungen besteht das Risiko des direkten Blitzeinschlages in die Leitung, wenn es keinen ausreichenden Überspannungschutz gibt. Der Ableitstrom am Überspannungsableiter ist in der Regel geringer als Blitzstrom. Die Stromwelle fließt in der Leitung in beiden Richtungen von dem Blitzeinschlagort. Ferner leitet der an der Isolation entstandene Überschlag einen wesentlichen Teil des Blitzstromes bis zur Erde ab und die Stromwelle wird auf dem Ableitungsweg stark gedämpft. Die maximalen Ableitstromwerte können am Überspannungsableiter während eines Blitzeinschlages in die Leitung in der unmittelbaren Nähe des Überspannungsableiters auftreten. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Ableitstromes infolge des Blitzschlages hängt von mehreren Faktoren ab: Isolationspegel, isokeraunischer Pegel im Leitungsbereich, Entfernung des Blitzeinschlages vom Überspannungsableiter. Für den Schutz der Trenntransformatoren in Mittelspannungsnetzen wird vorausgesetzt (ohne genaue Stromnetz-Analyse), dass die Überspannungsableiter mit einem Nennableitstrom von 10 kA einen ausreichenden Schutz gewährleisten können. In medium voltage networks, temporary overvoltages occur mostly with single phase earth faults and their values and duration depend on protection system applied and the method of grounding of the neutral point in the network 5) In den Mittelspannungsnetzen kommen die langsam wechselnden Überspannungen am häufigsten bei einphasigen Erdschlüssen vor und deren Wert und Dauerzeit hängen vom eingesetzten Erdschlussschutz und der Erdung des Nullpunktes des Stromnetzes ab. 5) ASI THE SELECTION OF RATED DISCHARGE CURRENT 47 SURGE ARRESTERS ÜBERSPANNUNGSABLEITER 48 7 TECHNICAL DATA / TECHNISCHE DATEN CONTINUOUS OPERATING VOLTAGE Uc Dauerbetriebsspannung Uc VOLTAGE PROTECTION LEVEL Up NOT HIGHER THAN Schutzpegel Up nicht größer als MINIMUM CREEPAGE DISTANCE L Kriechweg L TYPE Typ RATED VOLTAGE Ur Bemessungsspannung Ur kVsk kVsk kVmax mm ASI 18 21,0 17,5 68,0 600 Nominal discharge current 8/20 μs / Nennableitstrom 8/20 μs............................................................10 kA Line discharge class / Klasse der Leitungsentladung.....................................................................................1 Energy absorption capability / Energieaufnahmevermögen..........................................................2 kJ/1 kV Ur Nominal tensile strength (SML) / Nennzugfestigkeit (SML)....................................................................70 kN Lightning impulse withstand voltage / max. zul. Blitzeinschlagspannung...........................................125 kV Power frequency voltage withstand / max. zul. Spannung mit einer Netzfrequenz...............................50 kV Mass / Gewicht.......................................................................................................................................ok. 6 kg 8 DIMENSIONAL DRAWING / ABMESSUNGEN 133 280 Ø1 3 Ø140 530 490 Ø43,8 50 3 Ø1 50 ASI Table 7. TECHNICAL DATA / TECHNISCHE DATEN 26 9 ORDERING SYSTEM / WIE KANN MAN BESTELLEN The order should specify: the name of the product, type, number of units. Bei der Bestellung silnd folgende Informationen anzugeben: Produktbezeichnung, Typ und Stückzahl. SAFELY SWITCHED ENERGY SICHER GESCHALTETE ENERGIE 10 49 THE EXAMPLE OF ORDERING / BESTELLBEISPIEL ASI 18 ASI designation / Bezeichnung 18 continuous operating voltage / Dauerbetriebsspannung CAUTION: Surge arresters are packed in the system of 1 unit. ANMERKUNG: In der Verpackung befindet sich jeweils 1 Stück Überspannungsableiter. ASI ASI