CH666574A5 - Ueberspannungsableiter. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Überspannungsabieiter nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Mit diesem Oberbegriff nimmt diese Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der US-PS 4 100 588 beschrieben ist.

Dort sind Varistoren innerhalb eines hohlen Porzellanisolators aufeinandergestapelt und zumindest abschnittsweise in ein wärmeleitendes Kunststoffmaterial eingebettet, welches seinerseits wiederum in direktem wärmeleitenden Kontakt mit der Innenwandung des Porzellanisolators steht. Die Varistorsäule ist in den einzelnen gezeigten Ausführungsbeispielen exzentrisch im Hohlraum des Porzellanisolators angeordnet. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, einen Druckentlastungskanal anzuordnen, um bei einem eventuellen Störungsfall im Überspannungsabieiter den durch das auftretende Plasma entstehenden Gasdruck ohne Schadenverursachung am Überspannungsablei-ter aus dem Inneren des Porzellanisolators kommutieren zu können.

Diese exzentrische Anordnung der Varistorsäule im Hohlraum des Porzellanisolators hat aber zur Folge, dass die Varistoren nur im partiellen wärmeleitenden Kontakt mit dem Porzellanisolator stehen, und die Wärme zu einem Teil über die benachbarte, schlecht wärmeleitende Lufthülle an den Porzellanisolator abgegeben werden muss. Dadurch wird der Wärmeübergang von den Varistoren zum Porzellanisolator herabgesetzt. Da zudem der Wärmeübergang von den Varistoren zum Isoliergehäuse, sowohl im stationären Betriebszustand des Überspannungsabieiters als auch in dessen nichtstationären Betriebszustand — bei Überspannungen — hauptsächlich in radialer Richtung erfolgt, ist in den Varistoren ein verzerrtes Temperaturprofil vorhanden, welches die Verlustleistung und das Energieaufnahmevermögen in nachteiliger Weise beeinflusst.

Bei dem bekannten Überspannungsabieiter gemäss US-PS 4 100 588 wird der durch ein eventuell sich bildendes Plasma entstehende Gasdruck am oberen und/oder unteren Ende des Porzellanisolators ins Freie kommutiert. Dies hat aber den Nachteil, dass je nach Stärke des Plasmas die Gasdruckentladung Beschädigungen an, in der Nähe des Überspannungsablei-ters befindlichen elektrischen stossempfindlichen Apparaten hervorrufen kann.

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 2 definiert ist, löst die Aufgabe, einen elektrischen Überspannungsabieiter anzugeben, mit dem im Störungsfall auftretende Schäden verhindert oder vermindert werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der gesamte Aktivteil des Überspannungsabieiters, unabhängig von der Nennspannung in einem einstückigen Isoliergehäuse untergebracht werden kann. Dadurch wird selbst bei sehr starker Verschmutzung der äusseren Oberfläche des Isoliergehäuses ein Kommutieren von Kriechströmen zu den Varistoren hin verhindert und damit eine Spannungsfehlverteilung, verbunden mit partieller Überlastung des Überspannungsabieiters vermieden.

Durch eine zentrische Anordnung der Varistoren innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses wird die Wärmeableitung von den Varistoren zum Isoliergehäuse sich in radialer Richtung gleichmässiger vollziehen, was sich wiederum günstig auf deren Verlustleistung auswirkt. Das bei etwaiger Plasmabildung im Störfall innerhalb des Überspannungsabieiters entstehende Gas wird am Ort des Entstehens des Plasmas durch ein auf diesen Ort begrenztes Aufbrechen des elastischstabilen Isoliergehäuses ins Freie kommutiert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das durch ein eventuell auftretendes Plasma hervorgerufene Gas unter kontrollierten Bedingungen vom Druckentlastungskanal in einem Druckentlastungsbehälter kommutiert wird. Damit wird eine Unfallgefahr ausgeschlossen und Beschädigung von in

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der Nähe des Überspannungsabieiters sich befindenden stoss-empfindlichen elektrischen Anlagen vermieden.

Der Vorteil gemäss Anspruch 3 besteht darin, dass ein eventuell auftretendes Plasma in den Endbereichen des Überspannungsabieiters und das dabei entstehende Gas unter kontrollierten Bedingungen in den Druckentlastungsbehälter geführt werden kann.

Die Lösung nach Anspruch 4 bietet den Vorteil, dass mit den verwendeten Werkstoffen für den Verbundkörper des Isoliergehäuses eine relativ grosse Formstabilität gepaart mit gleichzeitig hohen Elastizitätseigenschaften erreicht werden kann.

Die Anordnung einer Berstscheibe zwischen dem Druckentlastungskanal im Isoliergehäuse und dem Druckentlastungsbehälter gemäss Anspruch 5 verhindert ein Übertreten von eventuell vorhandenem Isoliergas vom Kanal in den Behälter und ermöglicht zugleich einen vorher bestimmbaren Druckausgleich zwischen Kanal und Behälter durch Bersten der Scheibe nach Überschreiten eines kritischen Druckes.

Die Anordnung des Druckentlastungsbehälters im wesentlichen unterhalb des Isoliergehäuses entsprechend Anspruch 6 gewährleistet eine relativ hohe mechanische Stabilität des Über-spannungsableiters, indem der Behälter gleichzeitig als Fundament für den Überspannungsabieiter dienen kann.

Das Volumen des Druckentlastungsbehälters, das gemäss Anspruch 7 mindestens gleich gross gewählt ist wie das Innen-volumendes Isoliergehäuses, stellt sicher, dass auch relativ grosse Gasmengen in den Behälter entladen werden können.

Der Vorteil nach Ansprüchen 8 und 9 besteht darin, dass mehrere Varistorsäulen innerhalb des Hohlraumes des- Isoliergehäuses in die Wärmeleitschicht eingebettet sind und dass zwecks Ersparnis des die Wärmeleitschicht bildenden Werkstoffes Hohlräume entstehen, welche gleichzeitig als Druckentlastungskanäle dienen können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Überspannungsabieiters in einer ersten Ausführungsart,

Fig. 2 einen vergrösserten, teilweisen Vertikalschnitt gemäss Fig. 1,

Fig. 3 einen teilweisen Vertikalschnitt eines erfindungsgemässen Überspannungsabieiters in einer zweiten Ausführungsart, und

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch einen Überspannungsabieiter gemäss Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemässen einstückig ausgebildeten Überspannungsabieiters. Mit I ist der äussere Teil des Isoliergehäuses und mit 1' Schirme am Isoliergehäuse 1 bezeichnet. Der Überspannungsabieiter 1, 1' ist auf einem Druckentlastungsbehälter 2 angeordnet, welcher sich auf einem Fundament 16 abstützt.

Fig. 2 zeigt einen vergrösserten, teilweisen Vertikalschnitt gemäss Fig. 1. Das Isoliergehäuse 1, 3 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Verbundkörper, der aus zwei Werkstoffen aufgebaut ist, und zwar aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr 3, welches den inneren Teil des Isoliergehäuses 1, 3 bildet und aus einem Silikonelastomer 1,1', welches den äusseren Teil des Isoliergehäuses 1, 3 bildet. Der äussere Teil 1, 1' des Isoliergehäuses 1, 3 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet und weist Schirme 1' zur Vergrösserung der wärmeabstrahlenden Oberfläche auf. Das Kunststoffrohr 3 ist formstabil, während das Silikonelastomer 1,1' elastisch und elektrisch isolierend ist. Wie in Fig. 1 und insbesondere in Fig. 2 in vergrösser-ter Darstellung ersichtlich, wird der Überspannungsabieiter in einem Metallflansch 7 gehalten, welcher mittels einer Schraube 8 und Mutter 9 auf der Abschlussplatte 2' des Druckentlastungsbehälters 2 befestigt ist. Die Varistoren 5 sind aufeinan-dergestapelt und durch Kontaktscheiben 6 elektrisch miteinander verbunden. Im unteren Teil des Abieiters ist eine Schraubenfeder 12 angeordnet, welche sich über ein Halteblech 13 auf einer Berstscheibe 11 abstützt. Die Schraubenfeder 12 presst die Varistoren 5 gegeneinander, so dass in jedem Betriebszustand eine einwandfreie elektrische Kontaktierung der Varistoren 5 gewährleistet ist.

In der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 ist kein sich über die gesamte axiale Höhe des Überspannungsabieiters erstreckender Druckentlastungskanal zwischen der Mantelfläche der Varistoren 5 und dem Isoliergehäuse 1, 3 vorhanden, da die Varistoren 5 einschliesslich der Wärmeleitschicht 4 den gesamten Querschnitt des Hohlraumes des Isoliergehäuses I, 3 ausfüllen und eingebettet in die Wärmeleitschicht 4 eng an der Innenwandung des Isoliergehäuses 1, 3 anliegen. Das bei etwaiger Plasmabildung im Störfall innerhalb des Überspannungsabieiters entstehende Gas wird am Ort des Entstehens des Plasmas durch ein auf diesen Ort begrenztes Aufbrechen des elastischstabilen -Isoliergehäuses durch den Gasentladungsdruck ins Freie kommutiert. Der Druckentlastungsbehälter 2 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 lediglich für den Fall vorgesehen, wenn sich ein Plasma im Bereich des Flansches 7 ausbilden sollte. Der damit verbundene Gasdruck wird die Berstscheibe 11 durchbrechen und das Gas wird sich durch die Öffnung 10 der Abschlussplatte 2' in den Druckentlastungsbehälter 2 entladen.

Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 sind zwei Varistorsäulen 5A, 5B innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses 1, 3 in die Wärmeleitschicht 4 eingebettet. Zwecks Ersparnis des die Wärmeleitschicht 4 bildenden Werkstoffes entsteht ein Hohlraum, welcher als Druckentlastungskanal 15 dient. Im etwaigen Störungsfall des Überspannungsabieiters kann das durch ein Plasma sich bildende Gas durch den Druckentlastungskanal 15 nach Durchbrechen der Berstscheibe 11 in den Druckentlastungsbehälter 2 kommutiert werden. Der Druckentlastungsbehälter ist in Fig. 3 nur teilweise dargestellt. Sein Volumen ist jedoch derart bemessen, dass auch grosse Gasmengen aufgenommen werden, d.h. es ist mindestens gleich gross gewählt wie das Innenvolumen des Isoliergehäuses 1,3. Mit der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsart des erfindungsgemässen Überspannungsabieiters wird kein Gas in dessen nähere Umgebung kommutiert, so dass eine Unfallgefahr sowie eine Zerstörung oder Beschädigung der in unmittelbarer Nähe des Überspannungsabieiters sich befindenden stossempfindlichen elektrischen Apparate mit Sicherheit ausgeschlossen ist.

Es können auch mehr als zwei Varistorsäulen 5A, 5B innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses 1, 3 angeordnet sein.

Anstelle eines elastischen formstabilen Isoliergehäuses kann beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 selbstverständlich auch ein Porzellangehäuse verwendet werden. Es ist dann vorteilhaft, die Innenwandung des Porzellangehäuses vollständig mit der Wärmeleitschicht 4 zu bedecken, da dann nämlich im Störfall durch die Plasmabildung lokal entstehende Wärme nicht unmittelbar auf das Porzellangehäuse einwirken kann. Die Wärmeleitschicht 4 erfüllt dann die Funktion eines Wärmeschutzschildes.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Elektrischer Überspannungsabieiter mit wenigstens einem scheibenförmig ausgebildeten Varistor (5), welcher innerhalb eines hohlen Isoliergehäuses (1, 3) über seine beiden Stirnflächen mit endseitigen Anschlüssen in elektrischer Verbindung steht und mit einer Wärmeleitschicht (4) aus einem elastischen, wärmeleitenden Werkstoff, welche zumindest abschnittsweise zwischen dem Varistor (5) und der Innenwandung des Isoliergehäuses (1, 3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliergehäuse (1, 3) ein Verbundkörper ist, welcher wenigstens zwei Werkstoffe aufweist, wobei ein innerer Teil (3) des Isoliergehäuses (1,3) aus einem elastischen und formstabilen Werkstoff und ein äusserer Teil (1) aus einem elastischen und elektrisch isolierenden Werkstoff besteht, dass der Varistor (5) mitsamt der Wärmeleitschicht (4) den gesamten Hohlraum des Isoliergehäuses (1,3) ausfüllt, dass das Isoliergehäuse (1, 3) an seinen beiden Stirnseiten hermetisch verschlossen ist und dass das Isoliergehäuse (1, 3) einstückig ausgebildet ist und an seiner Aussenseite mehrere Schirme (1') aufweist.

2. Elektrischer Überspannungsabieiter mit wenigstens einem scheibenförmig ausgebildeten Varistor (5), welcher innerhalb eines hohlen Isoliergehäuses (1, 3) über seine beiden Stirnflächen mit endseitigen Anschlüssen in elektrischer Verbindung steht, mit einer Wärmeleitschicht (4) aus einem elastischen, wärmeleitenden Werkstoff zwischen dem Varistor (5) und der Innenwandung des Isoliergehäuses (1, 3) und mit einem Druckentlastungskanal (15), der zwischen dem wenigstens einen Varistor (5) und dem Isoliergehäuse (1, 3) vorgesehen ist und der sich von einem Ende des Varistors (5) bis zu dessen anderem Ende erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskanal (15) an mindestens einem Ende des Isoliergehäuses (1, 3) in einen Druckentlastungsbehälter (2) mündet und dass das Isoliergehäuse (1, 3) einstückig ausgebildet ist und an seiner Aussenseite mehrere Schirme aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Ende des Isoliergehäuses (1, 3) ein Druckentlastungsbehälter (2) angeschlossen ist.

4. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil (3) des Isoliergehäuses (1, 3) aus einem Kunststoffrohr, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr, und dass der äussere Teil (1) des Isoliergehäuses (1,3) aus einer elastischen Kunststoffbeschichtung, insbesondere aus einem Silikonelastomer, besteht.

5. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckentlastungskanal (15) des Isoliergehäuses (1, 3) und dem Druckentlastungsbehälter (2) wenigstens eine Berstscheibe (11) angeordnet ist.

6. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungsbehälter (2) im wesentlichen unterhalb des Isoliergehäuses (1, 3) angeordnet ist.

7. Überspannungsabieiter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Druckentlastungsbehälters (2) mindestens gleich gross gewählt ist wie das Innenvolumen des Isoliergehäuses (1, 3).

8. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Isoliergehäuses (1,3) mindestens zwei Varistorsäulen (5A, 5B) angeordnet sind.

9. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Isoliergehäuses (1, 3) mindestens zwei Varistorsäulen (5A, 5B) angeordnet sind, und dass der Druckentlastungskanal (15) sich abschnittsweise von der Varistormantelfläche bis zur Wärmeleitschicht (4) erstreckt.

10. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliergehäuse (1,3) aus Porzellan besteht und auf der Innenwandung vollständig mit der Wärmeleitschicht (4) bedeckt ist.