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Die
Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter
mit einem Ableitstrompfad und einer den Ableitstrompfad umgebenden
Isolierhülle.
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Ein
derartiger Überspannungsableiter
ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 28 968 A1 bekannt.
Dort ist ein Überspannungsableiter
für Hoch-
oder Mittelspannung beschrieben, welcher einen Ableitstrompfad innerhalb einer
als Teil eines gasdichten Kapselungsgehäuses ausgebildeten Isolierhülle aufweist.
Innerhalb des Kapselungsgehäuses
ist ein Sensor angeordnet, welcher eine Temperatur überwacht.
Zur Übertragung
von Informationen aus dem Inneren des Kapselungsgehäuses ist
bei der bekannten Anordnung vorgesehen, eine Antenne in den Ableitstrompfad
zu integrieren. Die Antenne wirkt mit dem Sensor zusammen. Um den
Sensor zu betreiben bzw. um mittels der Antenne Informationen zu übertragen,
ist eine Versorgung mit einer Hilfsenergie nötig. Der Sensor, die Antenne
sowie Einrichtungen zur Hilfsenergieversorgung stellen vergleichsweise
komplexe elektrische Anordnungen dar. Zwar können über die Antenne übertragene
Informationen automatisiert beispielsweise in Leitsystemen verarbeitet
werden, jedoch ist dies bei einer vergleichsweise großen Zahl von
Anwendungen nicht nötig.
Vielmehr kommt es bei einer Vielzahl von Anwendungen darauf an,
eine einfache Überwachung
eines Überspannungsableiters
vorzusehen und Informationen über
den Zustand des Überspannungsableiters
zu erhalten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Überspannungsableiter der eingangs
genannten Art anzugeben, welcher eine kos tengünstige Übertragung von Informationen
aus seinem Inneren ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird dies
bei einem Überspannungsableiter
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Isolierhülle zumindest
einen Bereich aufweist, welcher optisch transparent ist.
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Erfindungsgemäße Überspannungsableiter finden
in vielen Netzebenen von Elektroenergieübertragungsnetzen Anwendung.
So können Überspannungsableiter
beispielsweise im Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsbereich
eingesetzt werden. Überspannungsableiter
dienen dabei im Wesentlichen dem Abbau von in dem jeweiligen Abschnitt
des Elektroenergieübertragungsnetzes
auftretenden Überspannungen.
Derartige Überspannungen
können beispielsweise
durch Schaltvorgänge,
Blitzeinschläge
usw. hervorgerufen werden. Während
eines Ableitvorganges kann es im Innern des Überspannungsableiters zu erhöhten Temperaturen
kommen. Dies ist insbesondere durch Stromwärmeeffekte bedingt. Darüber hinaus
unterliegen Überspannungsableiter
auch klimatischen Belastungen, so dass auch dadurch Vorschädigung an
einem Überspannungsableiter
auftreten kann.
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Die
Erfindung ist beispielsweise an Überspannungsableitern
nutzbar, bei denen die Isolierhülle
des Überspannungsableiters
Teil eines gasdichten Kapselungsgehäuses ist, wobei zwischen dem
Ableitstrompfad und der Isolierhülle
ein fluidbefülltes Volumen
zu Isolationszwecken vorgesehen ist. Aufgrund von Alterungsvorgängen kann
das Fluid Zerfallserscheinungen aufweisen oder im Laufe der Jahre
können
durch Undichtigkeiten Fremdstoffe in das Fluid eingedrungen sein.
Typischerweise werden für Fluide
elektronegative Gase wie Schwefelhexafluorid, Stickstoff oder ähnliches
eingesetzt. Darüber
hinaus ist es jedoch auch möglich,
Flüssigkeiten
wie Isolier öle
zu verwenden. Durch das Vorsehen eines Bereiches in der Isolierhülle, welcher
optisch transparent ist, ist eine Möglichkeit gegeben, beispielsweise das
Fluid mit optischen Hilfsmitteln zu inspizieren. So können beispielsweise
Ausfällungen
in flüssigen
Isoliermedien von außen
optisch erfasst werden. Weiterhin ist es beispielsweise auch möglich, bei
dem Einsatz von gasförmigen
Isoliermedien eine Ansammlung von Flüssigkeiten, beispielsweise
Kondenswasser, zu erkennen.
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Weiterhin
ist auch die Möglichkeit
gegeben, den Ableitstrompfad in Augenschein zu nehmen. So können beispielsweise
Korrosionserscheinungen, Haarrisse usw. an dem Ableitstrompfad erkannt
werden. Durch den optisch transparenten Bereich hindurch kann beispielsweise
mittels geeigneter Aufnahmegeräte,
beispielsweise Kameras oder ähnliches,
eine Überwachung
des Inneren des Überspannungsableiters
in einfacher Weise vorgenommen werden. Dabei sollte vorgesehen sein,
dass die optische Transparenz im Bereich des als optische Strahlung
bekannte Wellenlängenbereiches
liegt. Als optische Strahlung wird die Strahlung von ultravioletter Strahlung über das
sichtbare Licht bis zur Infrarotstrahlung verstanden.
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Insbesondere
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Bereich für sichtbares
Licht transparent ist.
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Die
Verwendung eines Bereiches, der für sichtbares Licht transparent
ist, das heißt,
für elektromagnetische
Strahlung mit Wellenlängen
von ca. 400 nm bis ca. 700 nm gestattet es, mit dem menschlichen
Auge, das Innere des Überspannungsableiters zu
erfassen und Veränderungen
festzustellen. Dadurch ist es möglich,
auch kostengünstige Überspannungsableiter
einer routinemäßigen Überwachung
zu unterziehen, ohne aufwendige Prüf- und Überwachungsvorrichtungen vorhalten
zu müssen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass bezüglich einer
den Bereich schneidenden Achse auf einer dem Ableitstrompfad zugewandten
Seite der Isolierhülle
ein Indikator einer Überwachungseinrichtung
angeordnet ist.
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Auf
der Innenseite der Isolierhülle,
das heißt, bezüglich einer
den Bereich schneidenden Achse auf der Seite der Isolierhülle, welche
dem Ableitstrompfad zugewandt ist, kann ein Indikator eine leichtere Wahrnehmung
von Veränderungen
im Innern der Isolierhülle
ermöglichen.
Als Indikatoren können
beispielsweise Feuchteindikatoren, Wärmeindikatoren, Druckindikatoren,
Erschütterungsindikatoren
usw. vorgesehen sein. Als Feuchteindikator kann beispielsweise ein
Filtermaterial im Innern der Isolierhülle angeordnet sein, welches
mit zunehmender Sättigung
eine Farbänderung
aufweist. Der Farbumschlag kann durch den Bereich hindurch wahrgenommen
werden, so dass auf einen Feuchtigkeitsgehalt im Innern der Isolierhülle geschlossen
werden kann. In einem solchen konstruktiv einfachen Fall sind der
Indikator und die Überwachungseinrichtung zusammengefasst.
Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die Temperatur im Innern
der Isolierhülle überwacht
wird. Dazu können
als Indikatoren temperaturempfindliche Beschichtungen angeordnet
werden. Die Beschichtungen können
beispielsweise unmittelbar auf Abschnitte des Ableitstrompfades
aufgebracht werden. Je nach Temperatur können unterschiedliche Anzeigen
des Indikators erfolgen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass
bei Erreichen einer Grenztemperatur eine dauerhafte Farbveränderung
des Indikators erfolgt. Im einfachsten Falle kann der Ableitstrompfad
bei einer Überhitzung an
seiner Oberfläche
entsprechende Strukturveränderungen
aufweisen, oder es kann dort eine entsprechende Beschichtung vorgesehen
sein.
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Eine Überwachung
hinsichtlich Erschütterungen
ist insbesondere während
eines Transports von Vorteil. Für
den Ableitstrompfad eingesetzte Materialien können beispielsweise durch Sinterprozesse eine
Formgebung erfahren. Derartige Körper
können unter
Umständen
bruchempfindlich sein, so dass durch das Auftreten von Stößen eine
Gefährdung
der Wirksamkeit des Ableitstrompfades eintreten kann. Durch das
Anordnen eines entsprechenden Indikators im Innern der Isolierhülle sind
Manipulationen am Indikator kaum möglich. Weiterhin kann ein derartiger Indikator
dauerhaft auch während
des Betriebes in dem Überspannungsableiter
verbleiben. Somit können
auch während
des Betriebes auf den Überspannungsableiter
einwirkende mechanische Kräfte überwacht
werden.
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Neben
so genannten passiven Überwachungseinrichtungen
und entsprechenden Indikatoren können
auch aktive Überwachungseinrichtungen Verwendung
finden. Aktive Überwachungseinrichtungen
können
beispielsweise elektronische Schaltungen sein, die als Indikator
entsprechende optische Melder, wie Leuchtdioden oder LCD-Displays,
aufweisen. Vorteilhaft können
derartige optische Indikatoren selbst zumindest Teil des optisch
transparenten Bereiches sein und insbesondere gasdicht in die Isolierhülle eingesetzt
sein.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass die Überwachungseinrichtung
ein den Ableitstrompfad umgebendes Medium hinsichtlich eines Feuchtigkeitsgehaltes überwacht.
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Überspannungsableiter
mit einem Ableitstrompfad und einer den Ableitstrompfad umgebenden
Isolierhülle
können
derart konstruktiv ausgestaltet sein, dass die Isolierhülle beabstandet
zu dem Ableitstrompfad angeordnet ist. Um die Isolationsfestigkeit
zwischen Isolierhülle
und Ableitstrompfad zu gewährleisten,
kann der Raum mit einem elektronegativem Gas, wie vorstehend beschrieben,
befüllt
sein. Die Isolierhülle
kann in diesem Fall Teil eines gasdichten Kapselungsgehäuses sein.
Trotz sorgfältigster
Konstruktion sowie Herstellungsprozesse ist durch Alterungserscheinungen
ein Eindringen von Feuchtigkeit nicht auszuschließen. Die
eingedrungene Feuchtigkeit beeinflusst das Isoliervermögen des Gases
negativ, so dass die dielektrische Festigkeit des Überspannungsableiters
gefährdet
ist. Daher ist es besonders vorteilhaft, bei derartigen Konstruktionen
das den Ableitstrompfad umgebende Medium hinsichtlich seines Feuchtigkeitsgehaltes
zu überwachen.
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Vorteilhafterweise
kann vorgesehen sein, dass der Bereich ein in die Isolierhülle eingesetztes Schauglas
aufweist.
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Ein
Schauglas ermöglicht
es, auch an bestehenden Konstruktionen sowie bestehenden Überspannungsableitern
einen optisch transparenten Bereich zu schaffen. Das Schauglas kann
beispielsweise in eine Ausnehmung eingepasst werden und so eine
Sichtachse in das Innere des Überspannungsableiters
freigeben. Das Schauglas sollte dabei möglichst gasdicht mit der Isolierhülle verbunden sein.
Dazu können
entsprechende Fassungsarmaturen Verwendung finden. Je nach konstruktiver
Gestalt des Überspannungsableiters
können
auch mehrere Schaugläser
in die Isolierhülle
eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, beispielsweise mehrere Indikatoren
im Innern der Isolierhülle
anzuordnen, welche der Erfassung unterschiedlicher physikalischer
Größen dienen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Isolierhülle optisch
transparent ist.
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Durch
eine optisch transparente Ausgestaltung der Isolierhülle kann
auf den separaten Einbau von Schaugläsern verzichtet werden. Dadurch
ist es möglich,
größere Bereiche des
Inneren eines Überspannungsableiters
von außen
sichtbar zu machen. Somit ist neben der Überwachung von physikalischen
Größen auch
eine Möglichkeit
gegeben, eine Qualitätskontrolle
hinsichtlich des Zusammenbaus des Überspannungsableiters durch
die Isolierhülle durchzuführen. Je
nach Einsatzzweck kann der Absorbtionsgrad der optisch transparenten
Isolierhülle verschieden
sein. So kann es auch vorgesehen sein, dass die optisch transparente
Isolierhülle
einen vergleichsweise großen
Absorbtionsgrad aufweist und an bestimmten Punkten zusätzlich Schaugläser mit einem
geringeren Absorbtionsgrad in die optisch transparente Isolierhülle eingesetzt
sind.
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Vorteilhafterweise
kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Isolierhülle zumindest
teilweise aus Silikon besteht.
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Isolierhüllen können aus
flüssigem
Silikon geformt werden, welches nach Erreichen seiner Endform aushärtet. Dabei
ist vorteilhaft, Gaseinschlüsse in
der Isolierhülle
zu vermeiden. Derartige Gaseinschlüsse können die Isolationsfestigkeit
der Isolierhülle
beeinträchtigen.
Durch das Vorsehen eines entsprechend optisch transparenten Silikons
können derartige
Einschlüsse
von Außen
erkannt werden. Dadurch ist zusätzlich
die Möglichkeit
gegeben, die Fertigungsqualität
von Isolierhüllen
zu überwachen. Es
kann vorgesehen sein, dass die Isolierhülle aus Silikon auf den Ableitstrompfad
aufgebracht wird. In diesem Falle sollten im Innern des Überspannungsableiters
im Idealfall keinerlei Gaseinschlüsse zu finden sein. Es kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass die Isolierhülle auf ein Tragelement, beispielsweise
ein glasfaserverstärktes
Rohr aufgebracht wird. In diesem Falle kann es vorgesehen sein,
dass Indikatoren beispielsweise in das glasfaserverstärkte Rohr
integriert sind. Durch die entsprechende trans parente Ausgestaltung
der Isolierhülle aus
Silikon ist eine optische Erfassung der Indikatoren von außen ermöglicht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorgesehen, dass die Isolierhülle auf
einer von dem Ableitstrompfad abgewandten Seite mit einer Verrippung
versehen ist.
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Durch
das Vorsehen einer Verrippung an der Außenfläche der Isolierhülle ist
der Überspannungsableiter
für eine
Aufstellung unter Freiluftbedingungen vorbereitet. Durch die Verrippung
wird auf der Oberfläche
eine Kriechstrecke für
sich gegebenenfalls einstellende Kriechströme verlängert bzw. unterbrochen. Die
Verrippung kann dabei beispielsweise aus einer Vielzahl von axial
beabstandeten Rippen ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen
sein, dass eine einzige Rippe nach Art einer Wendel um die Isolierhülle umläuft.
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Vorteilhafterweise
kann dabei vorgesehen sein, dass die Isolierhülle eine rohrartige Struktur
aufweist.
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Eine
rohrartige Struktur der Isolierhülle
ermöglicht
es, einen lang gestreckten Ableitstrompfad auszubilden und diesen
koaxial mit einer Isolierhülle zu
ummanteln. Durch diese Konstruktion entsteht eine dielektrisch vorteilhafte
Anordnung.
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Weiterhin
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Isolierhülle ein
eigenstabiler Korpus ist.
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Ein
eigenstabiler Korpus kann beispielsweise durch die Verwendung von
endfest aushärtenden Materialien,
wie beispielsweise Porzellanen oder Harzen, gebildet sein. Es kann
jedoch auch vorgesehen sein, dass dauerelastische Materialien, wie
Silikone, Kautschuke usw., in entsprechender Stärke einge setzt werden, so dass
diese elastisch bleiben und dabei einen weitgehend stabilen Formkörper ausbilden.
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Durch
die Verwendung eines eigenstabilen Korpus kann die Gesamtanordnung
eines Überspannungsableiters
stabilisiert werden. Weiterhin kann die Isolierhülle dazu genutzt werden, einen
Ableitstrompfad zu positionieren.
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Weiter
kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Ableitstrompfad zumindest
ein Varistorelement aufweist.
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Überspannungsableiter
sind im Regelfall in einen Erdschlussstrompfad, welcher von einem
elektrischen Leiter, der zur Übertragung
elektrischer Energie innerhalb eines Elektroenergieübertragungsnetzes
dient, und zu einem Erdpotential verläuft, eingebunden. Um auszuschließen, dass
ein dauerhafter Erdschlussstrompfad ausgebildet ist, können Varistorelemente
eingesetzt werden, um den Ableitstrompfad bedarfsweise zu schalten.
In Abhängigkeit
einer entsprechend gewählten
Grenzspannung kann der Überspannungsableiter
nun nach Art eines Ventils, das Fließen eines Ableitstromes ermöglichen
bzw. einen Ableitstrom unterbrechen. Dadurch ist es möglich, ein
System innerhalb eines Elektroenergieübertragungsnetzes anzuordnen,
welches selbsttätig
auf auftretende Überspannungen
reagiert und diese durch das Einleiten eines Ableitstromes abbaut. Nach
dem dauerhaften Abbau der Überspannung wird
der Erdschlussstrompfad unterbrochen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung schematisch in Figuren gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
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Dabei
zeigt die
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1 eine
Außenansicht
einer ersten Variante eines Überspannungsableiters
mit einem Schauglas, die
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2 einen
Schnitt durch die erste Variante eines Überspannungsableiter mit Schauglas,
die
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3 eine
Außenansicht
einer zweiten Variante eines Überspannungsableiters
und die
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4 einen
Schnitt durch die zweite Variante eines Überspannungsableiters.
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Die 1 zeigt
eine erste Variante eines Überspannungsableiters 1 in
einer Außenansicht. Der Überspannungsableiter 1 weist
eine Isolierhülle 2 auf.
Die Isolierhülle 2 ist
im vorliegenden Fall durch einen eigenstabilen Korpus gebildet,
welcher aus einem Porzellan gefertigt ist. Es kann jedoch auch vorgesehen
sein, statt des Einsatzes eines Porzellans ein Kunststoffverbundkörper Verwendung
findet. Ein derartiger Kunststoffverbundkörper kann beispielsweise ein
glasfaserverstärktes
Tragrohr aufweisen, auf welches eine Beschirmung aus gegebenenfalls optisch
transparentem Silikon aufgebracht ist.
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Die
Isolierhülle 2 ist
im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und weist in ihrem
Innern einen zylindrischen Aufnahmeraum auf. Endseitig ist die Isolierhülle mit
Anschlussarmaturen 3a, 3b versehen. Die Anschlussarmaturen 3a, 3b sind
aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Aluminium- bzw.
Kupferguss gefertigt und dienen der elektrischen Kontaktierung mit
einem Erdpunkt bzw. einem Überspannungsableitseil.
Die Isolierhülle 2 radial
durchgreifend ist ein Schauglas 4 in die Isolierhülle 2 eingesetzt.
Das Schauglas 4 ist mittels einer Fassung gasdicht in die
Isolierhülle 2 eingebracht.
Dadurch wird die Gasdichtigkeit der Isolier hülle 2 nicht beeinträchtigt.
Ebenso wie das Schauglas 4 gasdicht mit der Isolierhülle 2 verbunden
ist, so verschließen die
Anschlussarmaturen 3a, 3b die Isolierhülle 2 gasdicht.
Dadurch ist im Innern der Isolierhülle 2 der zur Verfügung gestellte
Aufnahmeraum gegenüber äußeren Einflüssen gasdicht
abgeschottet.
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In
der 2 ist ein Schnitt durch die in der 1 in
einer Außenansicht
dargestellte erste Variante des Überspannungsableiters 1 dargestellt.
Zwischen den Anschlussarmaturen 3a, 3b ist ein
Ableitstrompfad 5 angeordnet. Der Ableitstrompfad 5 weist mehreren
Varistorelemente auf, die mittels federelastischer Elemente zwischen
den Anschlussarmaturen 3a, 3b eingespannt sind.
Durch das Schauglas 4 ist ein Blick in den Aufnahmeraum
ermöglicht.
Zum einen kann so das den Ableitstrompfad 5 umgebende Isoliermedium
einsehbar sein, weiterhin kann auch der Ableitstrompfad 5 zumindest
abschnittsweise selbst in Augenschein genommen werden. Im vorliegenden
Fall ist weiterhin eine Überwachungseinrichtung 6 mit
einem Indikator vorgesehen, welcher ebenfalls durch das als optisch
transparenter Bereich dienende Schauglas 4 einsichtig ist.
Die Überwachungseinrichtung 6 nebst
Indikator ist im vorliegenden Falle an der Isolierhülle 2 befestigt.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass alternative Befestigungen
vorgesehen sind. So kann die Überwachungseinrichtung 6 beispielsweise
unmittelbar auf den Ableitstrompfad 5 aufgebracht sein.
Mittels einer oder mehrerer Überwachungseinrichtungen 6 sind verschiedene
physikalische Größen im Innern
des Überspannungsableiters 2 überwachbar.
Beispielhaft seien hier Feuchtigkeit, Temperatur und Druck genannt.
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Die
in den 3 und 4 gezeigte zweite Variante eines Überspannungsableiters 1a weist
einen von der ersten Variante abweichenden konstruktiven Aufbau
auf. Bei der zweiten Aus gestaltungsvariante des Überspannungsableiters 1a bildet
ein Ableitstrompfad 5a einen mechanisch tragfesten Kern aus,
welcher mit einer Isolierhülle 2a umgeben
ist. Wie in der Schnittdarstellung der 4 erkenntlich, weist
der Ableitstrompfad 5a wiederum eine Vielzahl von Varistorelementen
auf, wobei endseitig Anschlussarmaturen 3c, 3d angeordnet
sind. Im Regelfall sind die Anschlussarmaturen 3c, 3d durch
Verspannelemente miteinander verbunden, wobei die Verspannelemente
unter Zwischenlage der Varistorelemente des Ableitstrompfades 5a gegeneinander verpresst
sind. So entsteht ein eigenstabiler Kern. Auf den Ableitstrompfad 5a ist
eine Isolierhülle 2a möglichst
einschlussfrei aufgebracht. Die Isolierhülle 2a ist im Wesentlichen
aus einem transparenten Silikon gebildet, so dass, wie in der 3 gezeigt,
durch die Isolierhülle 2a hindurch
der Ableitstrompfad 5a sowie die von der Isolierhülle 2a umgebenen
Abschnitte der Anschlussarmaturen 3c, 3d erkennbar sind.
Zur Erhöhung
der Wetterfestigkeit ist die Isolierhülle 2a mit einer Verrippung
versehen.
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Im
Auflagebereich der Isolierhülle 2a auf dem
Ableitstrompfad 5a ist eine Überwachungseinrichtung 6a angeordnet.
Die Überwachungseinrichtung 6a ist
beispielsweise während
eines Umgusses des Ableitstrompfades 5a mit der Isolierhülle 2a in diese
eingebettet worden. Die Überwachungseinrichtung 6a kann
dabei verschiedenste physikalische Größen, wie zur ersten Variante
des Überspannungsableiters 1 beschrieben, überwachen.
Da die Isolierhülle 2a aus
einem transparenten Silikon gefertigt ist, kann die Überwachungseinrichtung 6a aus verschiedenen
Blickwinkeln wahrgenommen werden. Dadurch ist es möglich, dass Überwachungseinrichtungen 6a und
Indikatoren an verschiedenen Orten an Überwachungseinrichtungen positionierbar sind.
Wie bereits zur ersten Variante des Überspannungsableiters 1 beschrieben,
können
verschiedenartigste Konstruktionen für die Überwachungseinrichtung zum
Einsatz gelangen.
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Dabei
können
sowohl aktive (eine Hilfsenergie benötigende) als auch passive Überwachungseinrichtungen
mit entsprechenden Indikatoren eingesetzt werden.