DE10136617C1 - Überspannungsableiter zum Einsatz in Energieübertragungsnetzen - Google Patents

Abstract

Um bei einem Umspannungsableiter (1), welcher eine Ableitstrombahn mit zumindest einem Varistorblock (4a, 4b, 4c) aufweist, bei Vorliegen eines inneren Fehlers und damit verbundenem Auftreten eines Lichtbogens ein Zerbersten der Varistorblöcke (4a, 4b, 4c) zu verhindern, ist vorgesehen, im Mantelbereich zumindest eines Varistorblockes (4a, 4b, 4c) eine Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einem Werkstoff anzuordnen, die bei Überschreiten einer kritischen Temperatur der Varistorblöcke (4a, 4b, 4c) einen elektrischen Überschlag einleitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter zum Einsatz in Energieübertragungsnetzen mit einer Ableitstrombahn, die wenigstens einen Varistorblock aufweist, wobei der Varistorblock zwei Kontaktbereiche und einen Mantelbereich aufweist.

Bei einem bekannten Überspan­ nungsableiter dieser Art sind mehrere die Ableitstrombahn des Überspannungsableiters bildende Varistorblöcke hintereinander angeordnet und zwischen zwei Endarmaturen eingespannt. Derar­ tige Überspannungsableiter werden in Energieübertragungsnet­ zen verschiedener Spannungsebenen eingesetzt. Zwischen den Endarmaturen, die Varistorblöcke mantelseitig umgebend, ist ein Isolierstoffgehäuse angeordnet. Die Varistorblöcke sind mit nichtleitenden Fasern umwickelt. - Innere Fehler solcher Varistorblöcke können zum Auftreten von Lichtbögen führen. Um die mit dem Zünden des Lichtbogens entstehenden heißen Gase aus dem Innern des Überspannungsableiters heraustreten zu lassen, sind zwischen den nichtleitenden Fasern Öffnungen vorgesehen. Darüber hinaus halten die nicht leitenden Fasern die Varistorblöcke mechanisch zusammen, so dass die im Feh­ lerfall bei einem Bersten der Varistorblöcke entstehenden Bruchstücke zusammengehalten werden (EP 0 335 480 A2).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art so auszubil­ den, dass das Risiko eines Zerberstens der Varistorblöcke bei einem auftretenden Fehler vermindert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in wenigstens einem Teilbereich des Mantelbereiches des wenigstens einen Va­ ristorblockes eine Beschichtung angeordnet ist, die bei Über­ schreitung einer kritischen Temperatur des Varistorblockes dem Einleiten eines elektrischen Überschlages dient.

Mithilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen Beschichtung wird im Fehlerfall durch frühzeitiges zünden eines Lichtbogens im Mantelbereich ein Durchschlag im Innern des Varistorblockes verhindert. Somit wird die Gefahr des Zersplitterns des Va­ ristorblockes wesentlich gemindert.

Als Werkstoff für die Beschichtung kann vorteilhaft ein Heiß­ leiterwerkstoff eingesetzt werden. Ein solcher Werkstoff ver­ mindert bei der kritischen Temperatur der Varistorblöcke sei­ nen elektrischen Widerstand in einem solchen Maße, dass die Überschlagfestigkeit der Ableiterstrecke unterschritten ist und so ein elektrischer Überschlag eingeleitet wird. Ein der­ artiger Heißleiterwerkstoff lässt sich mit den gleichen Fer­ tigungsmaßnahmen herstellen, wie sie bei der Fertigung von Varistorblöcken üblich sind, nämlich sintern und glasieren. Das Aufbringen der Beschichtung kann also in die für die Her­ stellung von Varistorblöcken üblichen Fertigungsschritte problemlos integriert werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann alternativ vorgesehen sein, für die Ausbildung der Bechichtung eine pyrotechnische Substanz in Betracht zu ziehen.

Bei einer Zündung der pyrotechnischen Substanz infolge der kritischen Temperatur des Varistorblockes wird ein leitfähi­ ger Pfad aus ionisiertem Gas erzeugt. Dieser leitfähige Pfad dient dem Einleiten eines elektrischen Überschlages entlang des Mantelbereiches des Varistorblockes. Der leitfähige Pfad leitet sofort einen Lichtbogen außerhalb des Varistorblockes ein. - Die Verwendung einer pyrotechnischen Substanz zur Aus­ bildung der Beschichtung stellt eine besonders zuverlässige Ausgestaltungsvariante dar. Bezüglich des Schichtmaterials kann man auf handelsübliche pyrotechnische Substanzen auf Nitrozellulosebasis zurückgreifen.

Pyrotechnische Substanzen auf Nitrozellulosebasis lassen sich in einfacher Weise auf den Mantelbereich eines Va­ ristorblockes aufbringen. Beispielsweise bietet sich zum Auf­ bringen der Beschichtung eine pastenförmige Lösung von Nitro­ zellulose in Aceton an. Das Lösungsmittel verdampft nach dem Auftragen und die Nitrozellulose ist hinreichend dauerhaft auf der Mantelfläche fixiert. Die Zündtemperatur von Nitro­ zellulose entspricht etwa der kritischen Temperatur der Va­ ristorblöcke, so dass vor einer Überlastung der Varistorblö­ cke der erwünschte äußere Überschlag eintritt. Nitrozellulose ist darüber hinaus kostengünstig zu beschaffen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtung - unabhängig von dem jeweils gewählten Werk­ stoff - sich längs einer Mantellinie wenigstens eines Varis­ torblockes erstreckt.

Dabei kann die Schicht auf die äußere Oberfläche der Va­ ristorblöcke aufgebracht oder in eine Nut eingelassen sein. Ist im Mantelbereich eine Nut vorgesehen, in welcher die Be­ schichtung angeordnet wird, so ist es möglich, die Beschich­ tung einem Varistorblock zuzuordnen ohne dessen äußere Kontur zu verändern.

Eine sich längs einer Mantellinie erstreckende Beschichtung erfasst bei mehreren hintereinander angeordneten Varistorblöcken jeden einzelnen Varistorblock, so dass unabhängig davon, in welchem Varistorblock ein Fehler vorliegt, ein schnelles Wirksamwerden der Schutzmaßnahme gewährleistet ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schicht ringförmig ausge­ bildet ist.

Wird die Beschichtung ringförmig um einen Varistorblock auf­ getragen, ist eine kleinstmögliche Ansprechzeit gewährleis­ tet. Eine ringförmige Schicht ist ggf. auch mit einer entlang einer Mantellinie verlaufenden Schicht kombinierbar. - Eine ringförmige Anordnung der Schicht hat allerdings einen höhe­ ren Verbrauch an Beschichtungsmaterial zur Folge. Im äußers­ ten Fall kann die gesamte Mantelfläche eines Varistorblockes beschichtet sein.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Dabei zeigt die

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Überspannungsableiter mit einer längs einer Mantellinie verlaufenden Schicht, die

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Überspannungsableiter mit mehreren ringförmig um die Ableitstrombahn verlaufenden Schichten und die

Fig. 3 eine Ansicht eines einzelnen Varistorblockes mit einer Nut.

Der in der Fig. 1 im Schnitt dargestellte Überspannungsab­ leiter 1 weist eine erste Endarmatur 2 und eine zweite Endar­ matur 3 auf. Zwischen den Endarmaturen 2 und 3 ist eine aus drei Varistorblöcken 4a, 4b, 4c bestehende Ableitstrombahn angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Halterung des Überspannungsableiters 1 ist an der ersten End­ armatur ein erster Anschlussbolzen 5 sowie an der zweiten Endarmatur ein zweiter Anschlussbolzen 6 angeordnet. Die drei Varistorblöcke 4a, 4b, 4c sind zur mechanischen Stabilisie­ rung mit isolierenden Stäben 7 verspannt. Zum Schutz vor äu­ ßeren Einwirkungen weist der Überspannungsableiter 1 ein Iso­ lierstoffgehäuse 8 auf. Längs einer Mantellinie der Va­ ristorblöcke 4a, 4b, 4c ist eine Beschichtung 9 aus einem Werkstoff angeordnet, die bei Überschreitung einer kritischen Temperatur der Varistorblöcke dem Einleiten eines elektri­ schen Überschlages dient. Die Beschichtung 9 kann beispiels­ weise aus einem heißleitenden Werkstoff oder einer pyrotech­ nischen Substanz bestehen. Die Wirkungsweise der Beschichtung 9 soll beispielhaft an einer Ausgestaltungsvariante der Schicht als pyrotechnische Beschichtung erläutert werden.

Bei einem inneren Fehler in dem Überspannungsableiter, bei­ spielsweise bei einem fehlerhaften Varistorblock 4a oder 4b oder 4c kommt es aufgrund eines durch die Ableitstrombahn fließenden Fehlerstromes zu einer Erwärmung der Varistorblö­ cke. Bei dem Erreichen einer kritischen Temperatur von ca. 200°C kommt es zum Zünden der Beschichtung 9 und zum Entste­ hen von ionisiertem Gas. Dieses ionisierte Gas bildet nunmehr zwischen der ersten Endarmatur und der zweiten Endarmatur ei­ nen leitfähigen Pfad aus. Aufgrund der zwischen den beiden Endarmaturen anliegenden hohen Potentialdifferenz entsteht sofort ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen brennt außerhalb der Varistorblöcke 4a, 4b, 4c; ein Durchschlag im Innern der Va­ ristorblöcke 4a, 4b, 4c ist auf diese Weise verhindert. Der durch den brennenden Lichtbogen im Innern des Überspannungs­ ableiters 1 entstehende Gasüberdruck ist durch ein entspre­ chendes Aufplatzen des Isolierstoffgehäuses 8 abbaubar.

Der Überspannungsableiter 1a gemäß Fig. 2 weist prinzipiell denselben Aufbau wie der in der Fig. 1 dargestellte Über­ spannungsableiter 1 auf. Auf den Varistorblöcken 4a, 4b, 4c sind lediglich die Beschichtungen 9a, 9b, 9c ringförmig um­ laufend angeordnet. Das Aufbringen der pyrotechnischen Sub­ stanz kann in verschiedenen Varianten erfolgen. Wie bereits erwähnt kann die pyrotechnische Substanz als pastenartige Lö­ sung verwendet werden. Im vorliegenden Fall die pyrotechni­ sche Substanz in Form einer bandartigen Struktur auf den je­ weiligen Varistorblock aufgewickelt.

Gemäß der Fig. 3 ist ein einzelner Varistorblock 4d längs einer Mantellinie mit einer Nut 10 versehen. Diese Nut ist mit dem Material befüllbar, welches bei Überschreiten einer kritischen Temperatur dem Einleiten eines elektrischen Über­ schlages dient.

Claims (7)

1. Überspannungsableiter (1, 1a) zum Einsatz in elektrischen Energieübertragungsnetzen mit einer Ableitstrombahn, die we­ nigstens einen Varistorblock (4a, 4b, 4c) aufweist, wobei der Varistorblock (4a, 4b, 4c) zwei Kontaktbereiche und einen Mantelbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Teilbereich des Mantelbereiches des we­ nigstens einen Varistorblockes (4a, 4b, 4c) eine Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) angeordnet ist, die bei Überschreitung einer kritischen Temperatur des Varistorblockes dem Einleiten eines elektrischen Überschlages dient.

2. Überspannungsableiter (1, 1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einem Heißleiterwerk­ stoff besteht.

3. Überspannungsableiter (1, 1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einer pyrotechnischen Substanz besteht.

4. Überspannungsableiter (1, 1a) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9, 9a, 9b, 9c) aus einer Substanz auf der Basis von Nitrozellulose besteht.

5. Überspannungsableiter (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) sich längs einer Mantellinie wenigstens eines Varistorblockes erstreckt.

6. Überspannungsableiter (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9a, 9b, 9c) ringförmig ausgebildet ist.

7. Überspannungsableiter (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) in einer Nut angeordnet ist.