CN103137278B - 过压放电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种过压放电器，其包含：罩壳；主动部件，其具有构造成压敏电阻柱的压敏电阻元件堆垛；以及布置在罩壳之外的且与压敏电阻柱导电地相连接的用于高压设备的电流联接件。尽管空间需求小但该放电器应以高的运行安全性而出众。这通过以下方式实现，即在压敏电阻柱和电流联接件之间的导电的连接件实施成柔性的高压缆线的缆线导体，该高压缆线具有两个缆线区段，其中无屏蔽地构造有布置在罩壳的内部中的第一区段，并且布置在罩壳之外的第二缆线区段具有包围缆线导体和缆线绝缘体的且导电的屏蔽件，其一方面可与罩壳且另一方面可与高压设备的防触电的封装部导电地相连接，并且罩壳容纳用于衰减从外部引入压敏电阻柱中的振动的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的过压放电器(überspannungsableiter)，其带有防触电的(berührungsgeschützt)罩壳和布置在罩壳中的限制电压的主动部件(Aktivteil)。
对于在直至44kV的电压范围中的应用，这种防触电的过压放电器通常实施成插接式放电器(Steckableiter)。那么，这种过压放电器可借助于标准化的插接连接件联接到待受到过压保护的防触电的高压设备例如气体绝缘的开关设备或变压器处。对于在较高的电压范围中运行的设备，尤其地实施成插接连接件的标准化的电流连接件通常不可用。
背景技术
在文件EP1083579B1、文件EP1383142B1以及文件DE102007027411A1中描述了上述类型的防触电的过压放电器的实施形式。所描述的过压放电器分别具有填充有绝缘介质的、防触电的罩壳，在其中布置有限制电压的主动部件，该主动部件具有构造成柱状物的压敏电阻元件堆垛。该主动部件穿过罩壳的壁与构造成插接连接件的插接部件的电流联接件相连接。该电流联接件位于填充有绝缘介质的罩壳之外并且因此可在形成插接连接的情况下与同样构造成防触电的高压设备的插接部件相连接。
文件CN201859724U描述了一种带有放电器主体的实施成可插接的过压放电器，该放电器主体通过被屏蔽的柔性的缆线与构造成插接触头的电流联接件相连接。该插接触头为带有远离放电器主体逐渐变细的绝缘部件的插接部件的一部分。在安装过压放电器时，放电器主体实际上可任意定位在小的装配空间中并且之后插接部件可借助于夹紧装置在预紧的情况下固定在插接连接件中。
发明内容
如在权利要求中给出的那样，本发明的目的为，实现开头提及的类型的过压放电器，该过压放电器在尽管空间需求小的情况下通过高的运行安全性而出众。
根据本发明，提供这样的过压放电器，即其带有：防触电的罩壳；布置在罩壳中的限制电压的主动部件，其具有构造成压敏电阻柱的压敏电阻元件(Varistorelement)堆垛；并且带有布置在罩壳之外的且与压敏电阻柱导电地相连接的用于联接待受到过压保护的防触电的高压设备的电流联接件。在压敏电阻柱和该电流联接件之间的导电的连接件实施成柔性的高压缆线的缆线导体。该高压缆线具有两个缆线区段，其中以无屏蔽的方式构造有布置在罩壳的内部中的第一区段，并且布置在罩壳之外的第二缆线区段具有包围缆线导体和缆线绝缘体且导电的屏蔽件，其一方面可与罩壳导电地相连接并且另一方面可与高压设备的防触电的封装部导电地相连接。罩壳容纳用于衰减从外部引入压敏电阻柱中的振动的装置。
在根据本发明的过压压敏电阻中，电流联接件实际上可相对于主动部件并且由此也相对于放电器的罩壳任意地定位。因此，该过压放电器可以节省空间的方式在自由选择的部位处设置并以机械的方式固定在处于静态的高压设备的附近。通过由于高压缆线的可逆的变形而合适地定位电流联接件，现在静态的过压放电器的电流联接件可导电地与高压设备相连接。因此可节省空间。在过压放电器之外例如在高压设备中产生的作为弯曲力或振动可以机械上不允许的方式强烈地对过压放电器进行加载的冲击或振动可通过柔性的高压缆线和衰减装置的共同作用在包含有断裂风险的陶瓷的压敏电阻元件的压敏电阻柱处有效地减小且如有可能几乎完全消除。由于衰减装置此外有效地衰减从外部直接引入罩壳中的例如通过罩壳的机械的应力或通过地震产生的力，由此明显提高了过压放电器的运行安全性。
当衰减装置具有包嵌压敏电阻柱的由至少一种不可压缩的可类似橡胶地变形的材料制成的衰减主体时，实现对主动部件在不允许的机械应力方面的全面的保护。如果衰减主体具有绝缘体，则可节省否则在主动部件和罩壳之间所需的绝缘介质。那么，通过将保持在罩壳的电势上的导电的层施加到绝缘体的表面上，可同时可靠地控制在放电器运行时在其罩壳的内部中作用的强电场，由此进一步提高的放电器的运行安全性。
为了控制上述强电场，至少围绕无屏蔽地构造的第一缆线区段或压敏电阻柱引导环形地构造的第一场控制元件。为了改进运行安全性，该场控制元件包含由聚合体的基质和被嵌入到该基质中的填料形成的材料，在加载直流电场或直至100Hz的交流电场时该材料至少具有在5和45之间的介电常数或非线性的电流电压特性曲线。为了改进衰减特性并且由此进一步改进运行安全性，第一场控制元件的材料为不可压缩的且可橡胶弹性般地变形。
第一场控制元件可绕压敏电阻柱被引导并且保持在被嵌入缆线绝缘体中的缆线导体的电势上。为了改进场控制，可设置第二场控制元件，其绕第一缆线区段被引导并且保持在罩壳的电势上。
该第一场控制元件也可绕第一缆线区段被引导并且保持在罩壳的电势上。
利用布置在罩壳中的插接连接件实现可简单建立的、运行安全的电流传递，该插接连接件带有与第一缆线区段的缆线导体导电地相连接的第一插接触头和与主动部件的联接配件(Anschlussarmatur)导电地相连接的第二插接触头。有利地，该第一或第二插接触头包含带有至少一个螺旋触头的郁金香形触头(Kontakttulpe)。
通过压敏电阻柱的压敏电阻元件中的至少一个实施成强场元件(Hochfeldelement)并且在加载波形为8/20μs的10kA的浪涌电流(Stossstrom)时具有至少450V/mm的剩余电压，即使在被设计成用于高的额定电压的过压放电器中压敏电阻柱的高度也可保持很小。由此改进了在预定的额定电压时的柱的机械的强度并且相应地也改进了放电器的运行安全性。
高压缆线可具有高压缆线的可穿过封装部引导到高压设备的填充有绝缘介质的内部中的、无屏蔽地构造的第三区段，并且电流联接件可安装在该第三缆线区段的自由的端部处并且构造成用于布置在高压设备的绝缘介质中的电流连接件的连接部件。
电流联接件可构造成插接触头，该插接触头可为与高压设备连接的缆线插接连接件的保持在罩壳的电势上的、防触电的插接部件的一部分，该插接部件可具有可弹性地变形的绝缘部件，并且可将保持在罩壳的电势上的第三场控制元件嵌入到该绝缘部件中，该第三场控制元件可绕高压缆线的可引导到高压设备的封装部中的、无屏蔽地构造的第三区段环形地引导。
附图说明
从以下参考以下附图的对本发明的优选的实施形式的描述中得到本发明的这些和其它特征。
图1显示了穿过根据本发明的过压放电器的一种实施形式的沿着轴线A引导的截面的俯视图，该过压放电器可借助于柔性的高压缆线导电地与高压设备相连接，
图2显示了穿过根据图1的过压放电器与高压设备的连接部位的第一实施形式的截面的俯视图，以及
图3显示了穿过根据图1的过压放电器与高压设备的连接部位的第二实施形式的截面的俯视图。
参考标号列表
10罩壳
11套管
12底部
13盖部
14凸缘
20主动部件
21压敏电阻柱
22,23金属配件(Metallarmatur)
24导电体
25场控制元件
30高压缆线
31电流联接件，插接触头
32被屏蔽的缆线区段
33无屏蔽的缆线区段
34屏蔽件
35缆线导体
36缆线绝缘体
37,38场控制元件
39无屏蔽的缆线区段
40插接连接件
41,42插接部件
43螺旋触头
50高压设备
51封装部
52绝缘部件
53凸缘
60插接连接件
61,62插接部件
63绝缘部件
64插接触头
65绝缘部件
70衰减装置
71衰减主体
72绝缘体
73导电的层
A轴线。
具体实施方式
在图1中示出的过压放电器具有沿着轴线A取向的、主要为柱形的罩壳10。该罩壳实施成防触电的并且由金属(例如铝)、可导电的塑料(例如填充有导电炭黑(Leitf?higkeitsruss)的聚乙烯)或绝缘材料(其涂覆有可导电的材料例如金属或可导电的塑料)制成。该罩壳仅仅示意性地示出并且具有套管11，在其下部的端部处附接有底部12并且在其上部的端部处附接有盖部13。
在罩壳10的内部中布置有在轴线A的方向上取向的、柱形的主动部件20。如在开头给出的现有技术中描述的那样，主动部件20包含构造成柱形物21的压敏电阻元件(例如以金属氧化物如尤其为ZnO为基础)堆垛以及分别向上和向下封闭主动部件20的金属配件22和23以及未示出的夹紧装置，该夹紧装置夹紧两个金属配件并且由此也在形成针对压敏电阻柱21的接触力的情况下夹紧各个压敏电阻元件。金属配件23可通过如有可能绝缘地从罩壳10中引出的导电体24与地电势相连接。金属配件22通过插接连接件40而与柔性的高压缆线30(该高压缆线30穿过由盖部13确定的罩壳10的壁区段向外被引导)的缆线导体35相连接，继而与布置在罩壳之外的、在图2和3中示出的电流联接件31导电地相连接。
从图1中可看出，高压缆线30具有从罩壳10中引导出来的利用缆线屏蔽件34屏蔽的缆线区段32和布置在罩壳10的内部中的缆线区段33。屏蔽件34通常包括可弹性地变形的金属护套和缆线传导层，其被施加到包嵌缆线导体35的缆线绝缘体36上。可看出，屏蔽件34导电地与保持在地电势上的罩壳10相连接。该连接通过凸缘14实现，该凸缘14以位于中心的方式布置在盖部13处并且高压缆线30穿过该凸缘14气体密封地被引导到罩壳10中。因此，实现布置在罩壳之外的、屏蔽地构造的缆线区段32的防触电。区段33不具有屏蔽件34并且基本上由缆线导体35和包围该缆线导体的缆线绝缘体36组成。可看出，缆线导体35的下部的端部导电地固定在插接连接件40的构造成触销的插接部件41中。被集成到联接配件22中的插接部件42构造成郁金香形触头并且具有由根据超环面(Kreistorus)的方式盘绕的弹簧线制成的接触触销的螺旋触头43。
在罩壳10的内部中还布置有场控制元件25，其在放电器的运行期间控制在压敏电阻柱21和位于地电势上的套管11之间作用的电场。该场控制元件导电地与金属配件22相连接并且因此位于缆线导体35的电势上。该场控制元件基本上轴向对称地构造并且环形地绕压敏电阻柱21引导。除了保持在缆线导体35的电势上的电极之外，场控制元件还可包含其它相对于该电极保持电绝缘的金属层或导电的塑料层，其基本上以绕该电极同轴地布置的方式被引导。该场控制元件在放电器的运行时屏蔽压敏电阻元件，该压敏电阻元件经受特别强的电场。
利用保持在罩壳10的电势上的、环形的场控制元件37实现在高压缆线30的未被屏蔽的区段33和罩壳10之间的电场的控制。该场控制元件导电地与盖部13相连接并且因此与罩壳10一样通常位于地电势上。该场控制元件37可如场控制元件25那样安置并且绕未被屏蔽的缆线区段33基本上轴对称地被引导。
如可从图2和3中得到的那样，电流联接件31用于电联接待过压保护的且基本上处于静止的带有防触电的封装部51(该封装部51至少填充有气态的、液态的或固态的绝缘介质52)的高压设备50，例如典型地气体绝缘地封装的开关设备或填充有绝缘介质的设备(例如填充有绝缘油的变压器)。如果存在于高压设备50处的高压超过限定的值，则主动部件20将该存在的电压限制到该值上。之后，放电电流在包含电流联接件31、缆线导体35、主动部件20以及导电体24的电流回路中流向大地。
如在图2中示出的那样，布置在构造成无屏蔽的缆线区段33的自由的端部处的电流联接件31可构造成用于布置在填充有绝缘介质的封装部51的内部中、也就是说布置在绝缘介质52中的电流连接件的连接部件。有利地，在加工高压设备50时实现这种电流连接件，例如借助于螺旋连接件，其将被引导到封装部51的内部中的电流联接件31直接导电地固定在高压设备50的未示出的主动部件的电流联接件处。在此，高压缆线的被屏蔽的区段32气体密封地被引导到封装部51的内部中，并且借助于布置在封装部51处的凸缘53保持。保持在缆线屏蔽件34以及与其导电地相连接的封装部51的电势上的场控制元件38用于控制在封装部51的内部中在高压缆线30的不具有屏蔽件34的区段39和封装部51之间作用的电场。这种连接可以相对简单的手段建立并且以高的运行安全性而出众。
如在图3中示出的那样，布置在构造成无屏蔽的缆线区段33的自由的端部处的电流联接件31也被集成到缆线插接连接件60的两个插接部件61,62中的一个中。可看出，以虚线示出的电流联接件31构造成触销并且为构造成插头的插接部件61的一部分。该插接部件具有可弹性地变形的绝缘部件63，其保证在插接触头31和缆线区段32的屏蔽件34或封装部50之间的高压绝缘。保持在罩壳10的电势上的环形的场控制元件38被嵌入绝缘部件63中。
在连接时，包含电流联接件31的插接部件61利用构造成插接触头的电流联接件31首先穿过高压设备50的导电的接地的封装部51的未绘出的开口被引导到实施成插槽的插接部件62中。该插接部件具有实施成郁金香形件的插接触头64和绝缘部件65。在将插接部件61插入设备50或插槽62中时，两个绝缘部件63,65在锥形的支承面处如此强地弹性变形，即在其之间以介电方面有利的方式不保留气隙。代替由两个锥形的支承面形成的内锥，该插接连接也可具有外锥。
插接连接件60的特别的优点在于，可以简单的方式在现场进行高压设备的电压检查。在移除插接部件61之后，可在插接部件62处施加检查电压并且之后可容易地进行不同的电压检查。
在将过压放电器安装到高压设备50中时，首先将过压放电器以机械的方式固定在合适的部位处并且紧接着使电流联接件31导电地与高压设备50的导电体相连接。由于实际上电流联接件通过高压缆线30的弹性的变形可相对于罩壳10任意地定位，放电器可以节省空间的方式在可自由选择的位置处设置并以机械的方式固定在通常处于静止的高压设备的附近。
利用布置在罩壳10的内部中的装置70衰减通过高压缆线的强烈的弯曲或通过高压缆线的过度的振动运动引起的且由缆线区段32传递到缆线区段33上的力。该衰减装置包含包围压敏电阻柱21的由至少一种不可压缩的、可类似橡胶地变形的材料制成的衰减主体71。
衰减主体71具有填充罩壳10的大部分的绝缘体72。该绝缘体包含如有可能填充有一种或多种添加剂的弹性体，例如硅酮或EPDM。该绝缘体72包嵌主动部件20并且使其相对于罩壳10电绝缘。被施覆在绝缘体72的表面上的由导电的材料(例如典型地为导电漆)制成的保持在罩壳的电势上的层73用于，不会在绝缘体72和罩壳10之间建立电场。
通过柔性的高压缆线30和衰减装置70的共同作用有效地减小了来自高压设备50的力，其例如可作为弯曲力或振动以在机械方面不允许的方式过强地加载过压放电器，并且那么在包含有断裂风险的陶瓷的压敏电阻元件的压敏电阻柱21处几乎完全消除该力。由于此外衰减装置70有效地衰减从外部直接被引入罩壳10中的力(其例如通过罩壳的机械的应力或通过地震产生)，由此明显提高了过压放电器的运行安全性。
通过以下方式实现衰减的改进和由此运行安全性的进一步提高，即场控制元件25和37被嵌入绝缘体72中。当通常由金属形成的场控制元件由不可压缩的可类似橡胶地变形的材料(该材料包含聚合体的基质和被嵌入该基质中的填料并且在加载有直流电场或直至100Hz的交流电场时该材料至少具有在5和45之间的介电常数或非线性的电流电压特性曲线)制成时，实现尤其良好的衰减。合适的填料典型地为导电炭黑、钛酸盐例如钛酸钡，或者微型压敏电阻(Mikrovaristor)，例如掺杂金属氧化物的且烧结的氧化锌。由于压敏电阻柱21的断裂应力随着柱长度增加明显提高，尤其有效地在这样的过压放电器中使来自高压设备50中的或以其它方式产生的力衰减，即其具有相对高的压敏电阻柱21并且设计成用于高于44kV、优选地高于100kV的电压。
通过压敏电阻柱21的压敏电阻元件中的至少一个为所谓的强场元件，也就是说为这样的压敏电阻元件即其在加载有波形为8/20μs的10kA的浪涌电流时具有至少450V/mm的剩余电压，附加地缩短压敏电阻柱21并且由此进一步提高放电器的运行安全性。
Claims (15)
1.一种过压放电器，带有：防触电的罩壳(10)；布置在所述罩壳中的限制电压的主动部件(20)，所述主动部件(20)具有构造成压敏电阻柱(21)的压敏电阻元件堆垛；并且带有布置在所述罩壳之外的且与所述压敏电阻柱(21)导电地相连接的用于联接待受到过压保护的防触电的高压设备(50)的电流联接件(31)，其特征在于，在所述压敏电阻柱(21)和所述电流联接件(31)之间的导电的连接件实施成柔性的高压缆线(30)的缆线导体(35)，所述高压缆线(30)具有两个缆线区段(32,33)，其中以无屏蔽的方式构造有布置在所述罩壳(10)的内部中的第一缆线区段(33)，并且布置在所述罩壳(10)之外的第二缆线区段(32)具有包围缆线导体(35)和缆线绝缘体(36)且导电的屏蔽件(34)，该屏蔽件一方面可与所述罩壳(10)导电地相连接并且另一方面可与所述高压设备的防触电的封装部(51)导电地相连接，并且所述罩壳容纳有用于衰减从外部引入所述压敏电阻柱(21)中的振动的衰减装置(70)。
2.根据权利要求1所述的过压放电器，其特征在于，所述衰减装置(70)具有包嵌所述压敏电阻柱(21)的由至少一种不可压缩的可类似橡胶变形的材料制成的衰减主体(71)。
3.根据权利要求2所述的过压放电器，其特征在于，所述衰减主体(71)具有绝缘体(72)。
4.根据权利要求3所述的过压放电器，其特征在于，在所述绝缘体(72)的表面上施加保持在所述罩壳(10)的电势上的导电的层(73)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的过压放电器，其特征在于，至少围绕所述第一缆线区段(33)或所述压敏电阻柱(21)引导环形地构造的第一场控制元件(25,37)。
6.根据权利要求5所述的过压放电器，其特征在于，所述第一场控制元件(25,37)包含由聚合体的基质和被嵌入到所述基质中的填料形成的材料，在加载有直流电场或直至100Hz的交流电场时该材料至少具有在5和45之间的介电常数或非线性的电流电压特性曲线。
7.根据权利要求5所述的过压放电器，其特征在于，所述第一场控制元件(25,37)的材料不可压缩且可橡胶弹性般地变形。
8.根据权利要求5所述的过压放电器，其特征在于，所述第一场控制元件(25)绕所述压敏电阻柱(21)被引导并且保持在被嵌入所述缆线绝缘体(36)中的缆线导体(35)的电势上。
9.根据权利要求8所述的过压放电器，其特征在于，设置有第二场控制元件(37)，该第二场控制元件绕所述第一缆线区段(33)被引导并且保持在所述罩壳(10)的电势上。
10.根据权利要求5所述的过压放电器，其特征在于，所述第一场控制元件(37)绕所述第一缆线区段(33)被引导并且保持在所述罩壳(10)的电势上。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的过压放电器，其特征在于，在所述罩壳(10)中设置插接连接件(40)，该插接连接件带有与所述第一缆线区段(33)的缆线导体(35)导电地相连接的第一插接触头(41)和与所述主动部件(20)的联接配件(22)导电地相连接的第二插接触头(42)。
12.根据权利要求11所述的过压放电器，其特征在于，所述第一插接触头(41)或所述第二插接触头(42)包含带有至少一个螺旋触头(43)的郁金香形触头。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的过压放电器，其特征在于，在加载波形为8/20μs的10kA的浪涌电流时所述压敏电阻柱(21)的压敏电阻元件中的至少一个具有至少450V/mm的剩余电压。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的过压放电器，其特征在于，所述高压缆线(30)具有所述高压缆线(30)的可穿过所述封装部(51)引导到所述高压设备(50)的填充有绝缘介质(52)的内部中的、无屏蔽地构造的第三缆线区段(39)，并且所述电流联接件(31)可安装在所述第三缆线区段(39)的自由的端部处并且构造成用于布置在所述高压设备(50)的绝缘介质(52)中的电流连接件的连接部件。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的过压放电器，其特征在于，所述电流联接件(31)构造成插接触头，所述插接触头(31)为与所述高压设备(50)连接的缆线插接连接件(60)的保持在所述罩壳(10)的电势上的、防触电的插接部件(61)的一部分，所述插接部件(61)具有可弹性地变形的绝缘部件(63)，并且将保持在所述罩壳(10)的电势上的第三场控制元件(38)嵌入到所述绝缘部件(63)中，所述第三场控制元件(38)绕所述高压缆线(30)的可引导到所述高压设备(50)的封装部(51)中的、无屏蔽地构造的第三缆线区段(39)环形地引导。
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