DE102011077394A1 - Surge arresters - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter (1) mit einem Ableitelement (20), einer elektrisch mit dem Ableitelement (20) verbundenen Steuerhaube (40) und einem fluiddichten Gehäuse (2), in wel0) angeordnet sind und welches zwei jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses (2) elektrisch verbindende Kontakte (7, 8) aufweist. Indem das Ableitelement (20) und die Steuerhaube (40) relativ zueinander bewegbar ausgebildet sind, wobei durch die Relativbewegung eine elektrische Verbindung von einem der Kontakte (7, 8) über das Ableitelement (20) zum anderen der Kontakte (8, 7) herstellbar beziehungsweise unterbrechbar ist, wird ein Überspannungsableiter bereitgestellt, der ein konstruktiv einfacheres Herstellen beziehungsweise Unterbrechen der elektrischen Verbindung ermöglicht.The invention relates to a surge arrester (1) with a diverting element (20), a control hood (40) electrically connected to the diverting element (20) and a fluid-tight housing (2) in wel0), and which two are each the inside with the outside of the housing (2) has electrically connecting contacts (7, 8). In that the diverting element (20) and the control hood (40) are designed to be movable relative to one another, the relative movement producing an electrical connection from one of the contacts (7, 8) via the diverting element (20) to the other of the contacts (8, 7) or can be interrupted, a surge arrester is provided which enables the electrical connection to be established or interrupted in a structurally simpler manner.
Description
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a surge arrester according to the preamble of patent claim 1.
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. Surge arresters are protective systems, for example, for switchgear, which in the event of overvoltages caused by lightning strikes or malfunctions of other subsystems dissipate these overvoltages to ground and thus protect other components of the switchgear.
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. Such a surge arrester comprises one or more cylindrical diverting elements, which have a varistor column made up of individual, likewise cylindrical varistor elements. Varistor elements are characterized by a voltage-dependent resistance. At low voltages these act as insulators. From a certain threshold voltage, which is material-dependent, they show a good conductivity. Frequently, varistor elements are made of metal oxides such as zinc oxide. The diverter is limited at both ends by end fittings that make electrical contact with the switchgear and ground. To ensure a good electrical contact even under mechanical stress, the varistor column must be held together under pressure. This can be done by tension members, for example, ropes or rods are preferably clamped in glass fiber reinforced plastic in the end fittings under train. The tension elements surround the varistor column and thus form a cage around them.
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. For use in gas-insulated switchgear surge arresters have a fluid-tight housing, which surrounds the discharge element. The housing is to increase the dielectric strength with a fluid, usually sulfur hexafluoride, filled. The housing is usually made of metal and is electrically grounded. An end fitting of the delivery column is grounded via a contact made through the housing. The other end fitting is electrically connected via a passage with a contact located on the outside of the housing, which serves to connect to the switchgear. In particular, larger surge arresters often have at their high voltage end of a control hood, which is slipped over the end of the Ableitsäule as unilaterally closed cylinder. The individual varistor elements have a high capacitance with respect to ground potential, but their series connection leads to a very small longitudinal capacitance, which leads to an inhomogeneous voltage distribution as of a certain length of the varistor column. In part of the varistor column, which is further away from the ground potential, the varistor elements are therefore subject to higher voltages, which together with their resistive effect can lead to undesired heating. The control hood now serves to homogenize the stress distribution along the length of the varistor column.
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. If the switchgear is to be electrically tested, then the surge arrester must be disconnected from the switchgear because of the high voltages which then occur. Otherwise, the surge arrester would divert the voltage to ground and the measurement result would be corrupted.
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. So far surge arresters are known which have a separation point, whereby the surge arrester can be separated from the switchgear. To actuate this separation point, the housing must be opened, whereby sulfur hexafluoride can escape. Since sulfur hexafluoride is a harmful greenhouse gas, this is highly undesirable and thus detrimental.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art bereitzustellen, der ein konstruktiv einfacheres Herstellen beziehungsweise Unterbrechen der elektrischen Verbindung. The invention has for its object to provide a surge arrester of the type mentioned, a structurally easier manufacture or interrupting the electrical connection.
Diese Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Überspannungsableiter mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by a generic surge arrester with the features specified in the characterizing part of claim 1.
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. In this case, the invention provides a surge arrester, with a discharge element, a control hood electrically connected to the discharge element and a fluid-tight housing in which the discharge element and the control hood are arranged and which has two in each case the interior with the outside of the housing electrically connecting contacts. It is provided that the diverting element and the control hood are designed to be movable relative to one another, wherein an electrical connection of one of the contacts via the diverting element to the other of the contacts can be produced or interrupted by the relative movement. Due to the relative movement of the control hood and diverting element, an electrical connection to the switchgear can be established or interrupted in a particularly simple manner. For example, control hood and diverter together in about different directions to be moved. Alternatively, the control hood can sit firmly and only the diverting be moved. In any case, the moving mass is lower than in the prior art, so that the mechanical elements required for the movement can be made structurally simpler.
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. In an advantageous embodiment of the surge arrester according to the invention, the diverting element is arranged along a longitudinal axis of the housing and the control hood is displaceably arranged in the direction of this longitudinal axis. This results in a particularly compact arrangement. The displaceability of the control hood along the longitudinal axis allows the best possible use of space and compliance with the required isolation distances producing and closing an electrical connection to the switchgear.
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. In a further advantageous embodiment of the surge arrester according to the invention it is provided that the control hood is displaceable by means of a displaceable from outside the fluid-tight housing displacement device. The advantage of this is that in this way the electrical connection of the diverter element to the switchgear can be made and interrupted when the housing is closed. An opening of the housing and an associated gas loss can be avoided.
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. Particularly advantageously, the surge arrester according to the invention can be configured in that the displacement device has a shaft which can be actuated by rotational movement, a push rod connected to the control hood and a transmission which translates the rotational movement of the shaft into a translational movement of the push rod. Such a displacement device can be built very compact and allows easy operation. The rotating movement of the guided into the housing shaft can be easily sealed by pertinent measures.
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. In another advantageous embodiment of the surge arrester according to the invention, the push rod is at least partially made of electrically insulating material. This can be for example a glass fiber reinforced plastic. This advantageously ensures the insulation resistance, since voltage flashovers between the push rod and the housing are avoided.
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. A further embodiment of the surge arrester according to the invention provides that the shaft is guided in a fluid-tight manner from the interior to the exterior of the housing. This advantageously prevents the escape of fluid from the housing. Harmful environmental influences by the fluid are thus avoided. In addition, the dielectric strength is retained and the surge arrester thus requires little maintenance.
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. Furthermore, an advantageous embodiment of the invention provides that one end of the discharge element with one of the contacts and the other end of the discharge element are electrically connected to the control hood and that by the displacement of the control hood the electrical connection to the other of the contacts can be produced or interrupted. This allows to make and break the connection only to move the control hood. This is relative to the diverter relatively easy. A movement of the control hood therefore requires less mechanical effort.
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. In a further advantageous embodiment of the surge arrester according to the invention, it is provided that the control hood and the other of the contacts engage in a form-fitting manner with the electrical connection produced in such a way that they are radially fixed with respect to the longitudinal axis. This has the effect that the control hood and contact center against each other at the contact closure and can not tilt. By the same shape of the control hood and contact this can lead to the largest possible contact area between the control hood and contact. This ensures a secure connection of the control hood to the high voltage potential of the contact.
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. Advantageously, it can also be provided that the control hood is connected to the deflecting element for displaceability in the direction of the longitudinal axis via slide bearings. Preferably, the sliding bearings are mounted laterally on end electrodes and guide and fix the control hood in the radial direction with respect to the longitudinal axis. When manufactured electrical connection, the control hood is also fixed radially over the contact. If, in addition, the earth-side end of the diverting element is radially fixed to the housing cover by a fixed connection of a ground-side end electrode, the diverting element and control hood are fixed to one another with respect to the housing and are thus insensitive to shocks, for example during transport or earthquakes.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings. Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all drawings with the same reference numerals.
Die
Das Gehäuse
Auf einer Erdanschlusseite des Ableitelementes
Auf einer Hochspannungsanschlussseite des Ableitelementes
Eine im Wesentlichen zylinderförmige, an einem Ende geschlossene Steuerhaube
Über das Bedienelement
In
Die Endarmatur
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