DE102009006545A1 - Überspannungsableiter und Anordnung von mehreren Überspannungsableitern zu einem Array - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Überspannungsableiter angegeben, der einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (1) aufweist, der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2) und zwei voneinander beabstandete Elektroden (3) gebildet ist. Im Innenraum (4) des Ableiterkörpers (1) ist ein vom ersten Keramikkörper (2) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5) angeordnet, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2).
Description
- Aus der Druckschrift
DE 10 2005 036 265 A1 ist ein Überspannungsableiter bekannt. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfachen, kostengünstig herzustellenden Überspannungsableiter anzugeben, der eine hohe Folgestrombelastbarkeit aufweist.
- Die Aufgabe wird durch einen Überspannungsableiter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Überspannungsableiters sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Es wird ein Überspannungsableiter angegeben, der einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper aufweist, der durch einen ringförmigen Keramikkörper und zwei voneinander beabstandete Elektroden gebildet ist. Im Innenraum des Ableiterkörpers ist ein vom ersten Keramikkörper beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper angeordnet. Der zweite Keramikkörper weist eine Bauhöhe auf, die geringer ist als die Bauhöhe des ersten Keramikkörpers.
- In einer Ausführungsform des Überspannungsableiters ist wenigstens eine Innenseite der Elektroden des Ableiters teilweise innerhalb eines zylindrischen Raums angeordnet, der durch die Innenabmessung des zweiten Keramikkörpers bestimmt ist.
- Wenigstens eine Innenseite der Elektrode, der innerhalb des zylindrischen Raums angeordnet ist, ist vorzugsweise als plane Fläche ausgebildet, die eine Waffelung umfassen kann.
- In einer Ausführungsform des Überspannungsableiters sind die Elektroden als Stiftelektroden ausgebildet.
- In einer weiteren Ausführungsform sind die Innenseiten der Elektroden derart ausgebildet, dass sie wenigstens zwei zueinander parallel angeordnete plane Flächen aufweisen.
- Auf den Innenseiten der Elektroden kann bereichsweise eine Aktivierungsmasse aufgebracht sein. Die Aktivierungsmasse ist vorzugsweise im Bereich der planen Flächen der Innenseiten der Elektroden angeordnet und bedeckt diese teilweise beziehungsweise vollständig.
- In einer Ausführungsform des Überspannungsableiters sind auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers ein oder mehrere Zündstriche angeordnet beziehungsweise aufgebracht.
- Durch die Verwendung von Zündstrichen auf den Innenflächen des ersten Keramikkörpers sowie das Aufbringen einer Aktivierungsmasse auf den Elektroden können das Zündverhalten und die Belastbarkeit des Überspannungsableiters optimiert beziehungsweise beeinflusst werden.
- Der zweite Keramikkörper des Überspannungsableiters ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich Abdampfungen von Elektrodenmaterial beziehungsweise von Materialien der Aktivierungsmasse oder der Zündstriche, die in Folge einer Strombelastung des Überspannungsableiters auftreten können, größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers ablagern. Dadurch wird eine Bedampfung beziehungsweise Ablagerung der Abdampfungsrückstände auf der Innenwand des ersten Keramikkörpers vermieden, so dass ein ausreichend hohes Isolationsniveau und eine hinreichend niedrige Zündspannung des Überspannungsableiters über seine gesamte Lebensdauer gewährleistet ist. Abdampfungsrückstände auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers könnten zu Isolationsfehlern sowie zu einer Deaktivierung der Zündstriche führen, wodurch sich das Ansprechverhalten des Überspannungsableiters verschlechtern würde.
- Das Material des ersten und zweiten Keramikkörpers umfasst in einer Ausführungsform eine Aluminiumoxidkeramik (Al2O3).
- Die Elektroden des Überspannungsableiters weisen vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Schmelztemperatur auf. In einer bevorzugten Ausführungsform des Überspannungsableiters bestehen die Elektroden aus Wolframkupfer (WCu).
- Vorzugsweise weisen die Elektroden einen Durchmesser von weniger als 10 mm auf.
- In einer Ausführungsform weist der Ableiter eine Leistungsdichte von größer als 130 W/mm3 im Folgestromfall auf.
- Die zuvor beschriebenen Überspannungsableiter können in einem Array angeordnet werden, das wenigstens zwei zuvor beschriebene Überspannungsableiter umfasst, wobei zwei direkt benachbarte Überspannungsableiter des Arrays eine gemeinsame Elektrode aufweisen.
- In einer Ausführungsform ist die Anordnung derart ausgebildet, dass die gemeinsame Elektrode als beidseitig genutzte Stiftelektrode ausgebildet ist.
- Die Überspannungsableiter sind mechanisch fest miteinander verbunden. Nach der Schlusslötung, bei der bevorzugt ein Gasgemisch hoher Wärmeleitfähigkeit und druckabhängig leicht einstellbarer Durchschlagfestigkeit verwendet wird, liegen somit hermetisch dichte, gasgefüllte Überspannungsableiter mit definiert eingestellten, statischen und dynamischen Zündeigenschaften, hoher Brennspannung und sehr hoher Leistungsdichte bei Folgestrombelastung vor.
- Ein wie zuvor beschriebenes Array kann beispielsweise bei einer Anzahl von 18 Überspannungsableitern, die in Reihe geschaltet sind oder zusammen eine kompakte Reihenschaltung bilden, prospektiv ein Folgestromvermögen der Gesamtanordnung von ≥ 30 kA aufweisen.
- Durch die Verwendung einfacher, leicht aneinander reihbarer Grundelemente und eines wie zuvor beschriebenen Aufbaus des Überspannungsableiters kann somit eine erhebliche Kosten- und Volumenreduzierung der Gesamtanordnung gegenüber vergleichbaren Überspannungsableitern ohne einem zweiten, inneren Keramikkörper erreicht werden. Eine Volumenreduzierung von größer als 40% ist möglich.
- Die zuvor beschriebene Anordnung von mehreren Überspannungsableitern wird vorzugsweise in Hauptstromversorgungssystemen baulicher Anlagen zwischen einem Außenleiter und einem Neutralleiter eingesetzt.
- Die oben beschriebenen Gegenstände sowie die Anordnung werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert.
- Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen, vielmehr können die Darstellungen in einzelnen Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
- Es zeigen:
-
1 einen schematischen Aufbau eines einzelnen Überspannungsableiters, -
2 eine Anordnung von mehreren Überspannungsableitern, die eine gemeinsame Elektrode aufweisen. - In der
1 ist ein schematischer Aufbau eines Überspannungsableiters gezeigt. Der Überspannungsableiter weist einen Ableiterkörper1 auf, der einen ersten Keramikkörper2 umfasst. Der Überspannungsableiter weist zwei Elektroden3 auf, die in der dargestellten Ausführungsform als Stiftelektroden ausgeführt sind. Jede der Elektroden3 weist einen Elektrodenkörper auf, der eine Außenseite10 und eine Innenseite7 aufweist. Die Innenseite7 der Elektroden3 ist teilweise mit einer Aktivierungsmasse9 beschichtet. Die Innenseiten7 der gegenüber angeordneten Elektroden3 weisen vorzugsweise parallel zueinander angeordnet Flächen auf. Die Außenseite10 der Elektroden3 ist in der Figur außerhalb des Überspannungsableiters angeordnet. Jeder der Elektrodenkörper umfasst an seiner Außenseite10 die Form der Innenseite7 der Gegenelektrode und eignet sich deshalb besonders gut für eine Reihenschaltung von Überspannungsableitern. Die Elektrodenkörper sind dadurch identisch und einstückig. Im Innenraum4 des Überspannungsableiters, der durch die Innenabmessungen des ersten Keramikkörpers2 bestimmt wird, ist ein zweiter Keramikkörper5 angeordnet. Der erste Keramikkörper2 weist eine Höhe H2 auf, die größer ist als die Höhe H5 des zweiten Keramikkörpers5 . Die Innenseiten7 der Elektroden3 ragen in einen zylindrischen Raum6 , der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers5 bestimmt ist. Auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers2 sind Zündstriche8 angeordnet. Der zweite Keramikkörper5 des Überspannungsableiters ist derart ausgebildet, dass sich Abdampfungen von Material der Elektroden3 beziehungsweise von Materialien der Aktivierungsmasse9 oder der Zündstriche8 , die in Folge einer Strombelastung des Überspannungsableiters auftreten können, größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers5 ablagern. Dadurch wird eine Bedampfung beziehungsweise Ablagerung der Abdampfungsrückstände auf der Innenwand des ersten Keramikkörpers2 vermieden. - Die
2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung von mehreren Überspannungsableitern, die zu einem Array angeordnet sind. Jeder der Überspannungsableiter weist einen Ableiterkörper1 auf, der einen ersten Keramikkörper2 umfasst. Die Ableiterkörper1 weisen einen Innenraum4 auf, der durch die Innenabmessungen des ersten Keramikkörpers2 bestimmt ist. Auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers2 sind Zündstriche8 angeordnet. Im Innenraum4 des Ableiterkörpers1 ist ein zweiter Keramikkörper5 angeordnet. Zwei direkt benachbarte Überspannungsableiter weisen eine gemeinsame Elektrode3 auf. Die Elektrode3 ist derart ausgebildet, dass eine Seite der Elektrode3 eine Innenseite7 einer Elektrode3 eines ersten Überspannungsableiters bildet. Die Innenseite7 der Elektrode3 ragt wenigstens teilweise in den zylindrischen Raum6 , der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers5 des Überspannungsableiters bestimmt ist. Die zweite Seite der Elektrode3 bildet die Außenseite10 der Elektrode3 des ersten Überspannungsableiters und ragt gleichzeitig als Innenseite7 der Elektrode3 in den zylindrischen Raum6 eines zweiten benachbarten Überspannungsableiters. Die einzelnen Überspannungsableiter sind miteinander mechanisch fest verbunden, wobei der Ableiterkörper1 mit einem Gasgemisch hoher Wärmeleitfähigkeit und druckabhängig leicht einstellbarer Durchschlagfestigkeit gefüllt ist. - Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildungen der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass die Überspannungsableiter Elektroden mit nahezu beliebiger Form aufweisen.
- Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen, soweit technisch sinnvoll, beliebig miteinander kombiniert werden.
-
- 1
- Ableiterkörper
- 2
- erster Keramikkörper
- 3
- Elektrode
- 4
- Innenraum
des Ableiterkörpers
1 - 5
- zweiter Keramikkörper
- H2
- Höhe des ersten Keramikkörpers
- H5
- Höhe des zweiten Keramikkörpers
- 6
- zylindrischer
Raum, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers
5 bestimmt ist - 7
- Innenseite
der Elektrode
3 - 8
- Zündstrich
- 9
- Aktivierungsmasse
- 10
- Außenseite
der Elektrode
3 - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005036265 A1 [0001]
Claims (13)
- Überspannungsableiter aufweisend, einen gasgefüllten geschlossenen Ableiterkörper (
1 ), der durch einen ersten ringförmigen Keramikkörper (2 ) und zwei voneinander beabstandete Elektroden (3 ) gebildet ist, wobei im Innenraum (4 ) des Ableiterkörpers (1 ) ein vom ersten Keramikkörper (2 ) beabstandeter zweiter ringförmiger Keramikkörper (5 ) angeordnet ist, der eine Bauhöhe (H5) aufweist, die geringer ist als die Bauhöhe (H2) des ersten Keramikkörpers (2 ). - Überspannungsableiter nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Innenseite (
7 ) einer der Elektroden (3 ) teilweise innerhalb eines zylindrischen Raums (6 ) angeordnet ist, der durch die Innenabmessungen des zweiten Keramikkörpers (5 ) bestimmt ist. - Überspannungsableiter nach Anspruch 2, wobei wenigstens die Innenseite (
7 ) der Elektrode (3 ), die innerhalb des zylindrischen Raums (6 ) angeordnet ist, als plane Fläche ausgebildet ist, die eine Waffelung umfasst. - Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (
3 ) als Stiftelektroden ausgebildet sind. - Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (
3 ) jeweils wenigstens zwei, zueinander parallel angeordnete, plane Innenseiten (7 ) aufweisen. - Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Innenseite des ersten Keramikkörpers (
2 ) Zündstriche (8 ) aufgebracht sind. - Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf den Innenseiten (
7 ) der Elektroden (3 ) wenigstens bereichsweise eine Aktivierungsmasse (9 ) aufgebracht ist. - Überspannungsableiter nach Anspruch 7, wobei der zweite Keramikkörper (
5 ) derart ausgebildet ist, dass sich Abdampfungen von Elektrodenmaterial und/oder Aktivierungsmasse in Folge einer Strombelastung des Überspannungsableiters größtenteils auf der Innenseite des zweiten Keramikkörpers (5 ) ablagern. - Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Keramikkörper (
2 ) und zweite Keramikkörper (5 ) Al2O3 umfassen. - Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (
3 ) WCu enthalten. - Anordnung von mehreren Überspannungsableitern zu einem Array, aufweisend wenigstens zwei Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei direkt benachbarte Überspannungsableiter eine gemeinsame Elektrode (
3 ) aufweisen. - Anordnung nach Anspruch 11, wobei die gemeinsame Elektrode (
3 ) als beidseitig genutzte Stiftelektrode ausgebildet ist. - Anordnung nach Anspruch 12, wobei die Überspannungsableiter mechanisch fest miteinander verbunden sind.
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