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Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Überspannungsableiter sind Schutzsysteme beispielsweise für Schaltanlagen, die bei auftretenden Überspannungen durch Blitzeinschlag oder Fehlfunktionen anderer Teilsysteme diese Überspannungen zur Masse hin ableiten und so andere Bauteile der Schaltanlage schützen.
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Ein derartiger Überspannungsableiter umfasst ein oder mehrere zylindrische Ableitelemente, die eine aus einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen aufgebaute Varistorsäule aufweisen. Varistorelemente zeichnen sich durch einen spannungsabhängigen Widerstand aus. Bei niedrigen Spannungen wirken diese als Isolatoren. Ab einer bestimmten Schwellenspannung, die materialabhängig ist, zeigen sie eine gute Leitfähigkeit. Häufig werden Varistorelemente aus Metalloxiden wie Zinkoxid hergestellt. Das Ableitelement wird an beiden Enden von Endarmaturen begrenzt, die den elektrischen Kontakt zur Schaltanlage und zur Masse herstellen. Um einen guten elektrischen Kontakt auch unter mechanischer Belastung zu gewährleisten, muss die Varistorsäule unter Druck zusammengehalten werden. Dies kann erfolgen, indem Zugelemente beispielweise Seile oder Stäbe vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff in den Endarmaturen unter Zug eingespannt werden. Die Zugelemente umgeben dabei die Varistorsäule und bilden so einen Käfig um diese.
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Für den Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen weisen Überspannungsableiter ein fluiddichtes Gehäuse auf, das das Ableitelement umgibt. Das Gehäuse ist dabei zur Erhöhung der Durchschlagfestigkeit mit einem Fluid, meist Schwefelhexafluorid, gefüllt. Das Gehäuse besteht meist aus Metall und ist elektrisch geerdet. Eine Endarmatur der Ableitsäule ist über einen durch das Gehäuse geführten Kontakt geerdet. Die andere Endarmatur ist über eine Durchführung mit einem an der Außenseite des Gehäuses befindlichen Kontakt elektrisch verbunden, der dem Anschluss an die Schaltanlage dient. Insbesondere größere Überspannungsableiter besitzen häufig an ihrem hochspannungsseitigen Ende eine Steuerhaube, die als einseitig verschlossener Zylinder über das Ende der Ableitsäule gestülpt ist. Die einzelnen Varistorelemente haben gegenüber Erdpotential eine hohe Kapazität, ihre Reihenschaltung führt jedoch zu einer sehr kleinen Längskapazität, was ab einer bestimmten Baulänge der Varistorsäule zu einer inhomogenen Spannungsverteilung führt. Im weiter vom Erdpotential entfernten Teil der Varistorsäule werden die Varistorelemente daher spannungsmäßig höher beansprucht, was zusammen mit ihrer resistiven Wirkung zu einer unerwünschten Erwärmung führen kann. Die Steuerhaube dient nun dazu, die Spannungsverteilung entlang der Länge der Varistorsäule zu homogenisieren.
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Soll die Schaltanlage elektrisch getestet werden, so muss wegen der dann auftretenden hohen Spannungen der Überspannungsableiter von der Schaltanlage getrennt werden. Andernfalls würde der Überspannungsableiter die Spannung zur Erde ableiten und das Messergebnis würde verfälscht.
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Bislang sind Überspannungsableiter bekannt, die eine Trennstelle aufweisen, womit der Überspannungsableiter von der Schaltanlage getrennt werden kann. Zum Betätigen dieser Trennstelle muss das Gehäuse geöffnet werden, wodurch Schwefelhexafluorid austreten kann. Da Schwefelhexafluorid ein schädliches Treibhausgas ist, ist dies höchst unerwünscht und somit nachteilig.
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Aus der
JP10322822-A ist ein gattungsgemäßer Überspannungsableiter bekannt, bei dem die Ableitsäule von der Schaltanlage getrennt wird, indem die Anordnung aus Ableitsäule und Steuerhaube gemeinsam bewegt wird und so eine elektrische Verbindung hergestellt oder unterbrochen wird. Zur Betätigung wird hierbei eine lineare Bewegung gasdicht durch die Gehäusewand ausgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art bereitzustellen, der ein konstruktiv einfacheres Herstellen beziehungsweise Unterbrechen der elektrischen Verbindung.
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Diese Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Überspannungsableiter mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Dabei sieht die Erfindung eine Überspannungsableiter vor, mit einem Ableitelement, einer elektrisch mit dem Ableitelement verbundenen Steuerhaube und einem fluiddichten Gehäuse, in welchem das Ableitelement und die Steuerhaube angeordnet sind und welches zwei jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses elektrisch verbindende Kontakte aufweist. Es ist dabei vorgesehen, dass das Ableitelement und die Steuerhaube relativ zueinander bewegbar ausgebildet sind, wobei durch die Relativbewegung eine elektrische Verbindung von einem der Kontakte über das Ableitelement zum anderen der Kontakte herstellbar beziehungsweise unterbrechbar ist. Durch die Relativbewegung von Steuerhaube und Ableitelement kann auf besonders einfache Weise eine elektrische Verbindung zur Schaltanlage hergestellt oder unterbrochen werden. Beispielsweise können Steuerhaube und Ableitelement gemeinsam etwa in unterschiedliche Richtungen bewegt werden. Alternativ kann auch die Steuerhaube fest sitzen und nur das Ableitelement bewegt werden. In jedem Fall ist die bewegte Masse geringer als im Stand der Technik, so dass die für die Bewegung erforderlichen mechanischen Elemente konstruktiv einfacher ausgeführt werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters ist das Ableitelement entlang einer Längsachse des Gehäuses angeordnet und die Steuerhaube in Richtung dieser Längsachse verschiebbar angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Anordnung. Die Verschiebbarkeit der Steuerhaube entlang der Längsachse erlaubt bei bestmöglicher Raumausnutzung und Einhaltung der erforderlichen Isolationsabstände das Herstellen und Schließen einer elektrischen Verbindung zur Schaltanlage.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters ist vorgesehen, dass die Steuerhaube mittels einer von außerhalb des fluiddichten Gehäuses betätigbaren Verschiebungseinrichtung verschiebbar ist. Vorteilhaft daran ist, dass hierdurch die elektrische Verbindung des Ableitelementes zur Schaltanlage bei geschlossenem Gehäuse hergestellt und unterbrochen werden kann. Ein Öffnen des Gehäuses und ein damit verbundener Gasverlust kann so vermieden werden.
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Besonders vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Überspannungsableiter dadurch ausgestaltet werden, dass die Verschiebungseinrichtung eine durch Rotationsbewegung betätigbare Welle, eine mit der Steuerhaube verbundene Schubstange und ein die Rotationsbewegung der Welle in eine Translationsbewegung der Schubstange übersetzendes Getriebe aufweist. Eine solche Verschiebungseinrichtung lässt sich besonders kompakt bauen und erlaubt eine einfache Bedienung. Die rotierende Bewegung der in das Gehäuse hinein geführten Welle lässt sich durch einschlägige Maßnahmen leicht abdichten.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters besteht die Schubstange zumindest teilweise aus elektrisch isolierendem Material. Dies kann beispielsweise ein glasfaserverstärkter Kunststoff sein. Dadurch wird vorteilhaft die Isolationsfestigkeit gewährleistet, da Spannungsüberschläge zwischen Schubstange und Gehäuse vermieden werden.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters sieht vor, dass die Welle fluiddicht vom der Inneren zum Äußeren des Gehäuses geführt ist. Hierdurch wird vorteilhaft der Austritt von Fluid aus dem Gehäuse verhindert. Schädliche Umwelteinflüsse durch das Fluid werden so vermieden. Außerdem beleibt so die Spannungsfestigkeit erhalten und der Überspannungsableiter wird damit wartungsarm.
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Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass ein Ende des Ableitelementes mit einem der Kontakte und das andere Ende des Ableitelementes mit der Steuerhaube elektrisch verbunden sind und dass durch die Verschiebung der Steuerhaube die elektrische Verbindung zum anderen der Kontakte herstellbar beziehungsweise unterbrechbar ist. Dies erlaubt zum Herstellen und Unterbrechen der Verbindung nur die Steuerhaube zu bewegen. Diese ist gegenüber dem Ableitelement relativ leicht. Eine Bewegung der Steuerhaube erfordert daher einen geringeren mechanischen Aufwand.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters ist vorgesehen, dass die Steuerhaube und der andere der Kontakte bei hergestellter elektrischer Verbindung derart formschlüssig ineinander greifen, dass sie bezüglich der Längsachse radial fixiert sind. Hierdurch wird bewirkt, dass sich Steuerhaube und Kontakt beim Kontaktschluss gegeneinander zentrieren und nicht verkanten können. Durch gegengleiche Formgebung von Steuerhaube und Kontakt kann hierdurch eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Steuerhaube und Kontakt entsteht. Dadurch ist ein sicherer Anschluss der Steuerhaube an das Hochspannungspotential des Kontaktes gewährleistet.
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Vorteilhaft kann zudem vorgesehen sein, dass die Steuerhaube zur Verschiebbarkeit in Richtung der Längsachse über Gleitlager mit dem Ableitelement verbunden ist. Vorzugsweise sind die Gleitlager seitlich an Endelektroden angebracht und führen und fixieren die Steuerhaube in radialer Richtung in Bezug auf die Längsachse. Bei hergestellter elektrischer Verbindung ist die Steuerhaube zudem über den Kontakt radial fixiert. Ist zudem das erdseitige Ende des Ableitelementes beispielsweise durch eine feste Verbindung einer erdseitigen Endelektrode mit dem Gehäusedeckel radial fixiert, so sind Ableitelement und Steuerhaube miteinander gegenüber dem Gehäuse fixiert und so unempfindlich gegen Erschütterungen, beispielsweise beim Transport oder bei Erdbeben.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Überspannungsableiter mit unterbrochener elektrischer Verbindung in einer Schnittdarstellung,
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2 ein Überspannungsableiter mit hergestellter elektrischer Verbindung in einer Schnittdarstellung,
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3 einen Ausschnitt aus 2 in einer perspektivischen Schnittdarstellung,
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Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen einen Überspannungsableiter 1 in Schnittdarstellung. In einem fluiddichten Gehäuse 2 ist ein Ableitelement 20 angeordnet. Dieses Ableitelement 20 weist eine zylindrische Varistorsäule 25, eine obere Endarmatur 22, eine untere Endarmatur 21 und mehrere Zugelemente 23 auf. Die Varistorsäule 25 ist aus einzelnen, ebenfalls zylindrischen Varistorblöcken zusammengesetzt ist. An den beiden Enden der Varistorsäule 25 sitzen Endarmaturen 21 und 22, von denen in den 1 und 2 nur die untere Endarmatur 21 sichtbar ist. Die Endarmaturen 21, 22 bestehen meist aus elektrisch leitendem Material. Zugelemente 23 sind in den Endarmaturen 21, 22 unter Zug verpresst und halten so die Varistorsäule 25 zusammen. In die Varistorsäule 25 sind Haltescheiben 24 eingefügt, die Löcher aufweisen, durch die die Zugelemente 23 geführt sind und so das Ableitelement 20 zusätzlich stabilisieren.
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Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen zylinderförmig. Entlang der Zylinderachse erstreckt sich die Längsachse 50. Das Ableitelement 20 ist entlang dieser Längsachse 50 ausgerichtet. An den beiden Deckflächen ist das Gehäuse 2 fluiddicht verschlossen.
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Auf einer Erdanschlusseite des Ableitelementes 20 ist die Deckfläche des Gehäuses 2 mit einem einfachen Gehäusedeckel 4 verschlossen. Ein Kontakt 8 ist elektrisch isoliert durch diesen Gehäusedeckel 4 vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses 2 geführt und dient dem Erdungsanschluss. Im Inneren des Gehäuses 2 ist dieser Kontakt 8 elektrisch leitend mit dem Ableitelement 20 beispielsweise mit einem Kabel 15 verbunden. Der Anschluss erfolgt hier über eine leitende Anschlussplatte 13. Zwischen dieser und der unteren Endarmatur 21 befindet sich noch ein isolierendes Zwischenstück 14. Der Anschluss des Kabels 15 könnte alternativ auch direkt an die untere Endarmatur 21 erfolgen, das isolierende Zwischenstück 14 entfällt dann. Die Endarmatur 21 des Ableitelementes 20 ist an dem Gehäusedeckel 4 befestigt. Der Gehäusedeckel 4 ist gegen die Varistorsäule 25 elektrisch isoliert. Die Isolation erfolgt hier durch das Zwischenstück 14. Alternativ kann eine Isolationslage zwischen der unteren Endarmatur 21 und dem Gehäusedeckel 4 eingefügt werden. Der Gehäusedeckel 4 weist in der Regel einen hier nicht dargestellten Anschluss auf, über den Fluid, beispielsweise Schwefelhexafluorid, in das Gehäuse 2 eingefüllt, beziehungsweise abgelassen werden kann.
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Auf einer Hochspannungsanschlussseite des Ableitelementes 20 ist die Deckfläche des Gehäuses 2 mit einer Hochspannungsdurchführung 5 versehen, um das elektrische Hochspannungspotential ohne Gefahr eines Überschlags zwischen Hochspannung und geerdetem Gehäuse 2 von außen in das Gehäuse 2 hinein zu führen. Die Durchführung 5 umfasst einen Haltering 12, einen Isolator 6 und einen Kontakt 7, der hier als Steckkontakt ausgeführt ist. Über den Kontakt 7 kann der Überspannungsableiter 1 an eine hier nicht dargestellte gasisolierte Schaltanlage angeschlossen werden. Im Inneren des Gehäuses 2 ist der Kontakt 7 mit einem elektrisch leitenden Formstück 9 versehen. An den Kontaktflächen zum Gehäuse 2 und zur Schaltanlage ist die Durchführung mit Dichtungsringen (10) versehen.
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Eine im Wesentlichen zylinderförmige, an einem Ende geschlossene Steuerhaube 40 ist über das hochspannungsseitige Ende des Ableitelementes 20 gestülpt. Die Steuerhaube 20 ist mit einer Verschiebungseinrichtung 30 verbunden, die eine Schubstange 33, ein Getriebe 32, das beispielsweise als Trapezgewindegetriebe ausgeführt sein kann, eine fluiddicht durch den Gehäusedeckel 4 geführte Welle 31, sowie ein außerhalb des Gehäuses 2 mit dieser Welle 31 verbundenes Bedienelement 34 aufweist. Zusätzlich kann an dem Bedienelement 34 eine Anzeigevorrichtung 35 angebracht sein, die anzeigt, ob die elektrische Verbindung hergestellt oder unterbrochen ist.
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Über das Bedienelement 34, das hier als Handkurbel dargestellt ist, kann die Welle 31 in eine rotierende Bewegung versetzt werden. Über das Getriebe 32 wird diese Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung der Schubstange 33 in Richtung der Längsachse 50 umgesetzt. Die Schubstange 33 wiederum überträgt diese lineare Bewegung auf die Steuerhaube 40. Zur besseren Führung der Schubstange 33 ist diese durch Löcher in den Haltescheiben 24 geführt. Die Steuerhaube 40 kann somit in Richtung der Längsachse 50 zum Kontakt 7 hin und von diesem weg bewegt werden, und so eine elektrische Verbindung hergestellt beziehungsweise unterbrochen werden. In der Darstellung in 1 ist die elektrische Verbindung unterbrochen.
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In 2 ist die Steuerhaube 40 soweit zum Kontakt 7 hinbewegt, dass beide sich berühren. Damit ist die elektrische Verbindung hergestellt. Es besteht eine durchgehende elektrische Verbindung von der hochspannungsseitigen Außenseite des Gehäuses 2 über den Kontakt 7, die Steuerhaube 40, dem mit der Steuerhaube 40 elektrisch verbundenen Ableitelement 20 und schließlich dem mit dem Ableitelement 20 elektrisch verbundenen Kontakt 8 auf die erdseitige Außenseite des Gehäuses 2.
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3 zeigt einen Ausschnitt des hochspannungsseitigen Endes des Überspannungsableiters 1 in einer Schittdarstellung. Die elektrische Verbindung ist hier hergestellt. Die Steuerhaube 40 liegt an dem Formstück 9 des Kontaktes 7 an. Steuerhaube 40 und Formstück 9 sind so geformt, dass eine Ausbuchtung des Formstücks 9 in eine entsprechende Einbuchtung des geschlossenen Endes der Steuerhaube 40 greift. Die Steuerhaube 40 wird so in radialer Richtung bezüglich der Längsachse 50 fixiert.
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Die Endarmatur 22 weist Gleitlager 41 auf, die die Steuerhaube 40 radial bezüglich der Längsachse 50 festlegen und so die Steuerhaube 40 bei einer Verschiebung in Richtung der Längsachse 50 führen. Die Gleitlager 41 können elektrisch leitend ausgeführt sein und somit gleichzeitig der elektrischen Verbindung der Steuerhaube 40 mit der Endarmatur 22 dienen, sie können aber auch aus einem nichtleitenden Material, wie einem Kunststoff, hergestellt werden. Die elektrische Verbindung der Endarmatur 22 mit der Steuerhaube 40 kann dann beispielsweise über ein flexibles Leiterband erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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