DE102011088072A1

DE102011088072A1 - Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE102011088072A1
Application number: DE102011088072A
Authority: DE
Inventors: Dirk Springborn; Ingo Gottschalk; Erhard Pippert; Markus Sulitze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-13
Also published as: BR112014013418B1; CN103975394A; WO2013083347A1; US9306385B2; IN2014KN01098A; AU2012348791A1; AU2012348791B2; MX2014006892A; CA2858439A1; EP2764521A1; US20140368962A1; KR20140099891A; RU2583046C1; KR101655639B1; CA2858439C; BR112014013418A2; CN103975394B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter (1) mit einem rohrförmigen Gehäuse (2), einer mit einem Ende des Gehäuses (2) verbundenen Endarmatur (3), einem im Gehäuse (2) angeordneten Varistorblock und einem im Bereich der Endarmatur (3) angeordneten Stützelement (4). Das Stützelement (4) weist dabei einen am Gehäuse (2) anliegenden Stützring (5) mit einem Konus (6) und einen Spannring (7) mit einem zum Konus (6) korrespondierenden Gegenkonus (8) auf. Der Konus (6) ist derart mit dem Gegenkonus (8) verspannt, dass der Stützring (5) verschiebefest an das Gehäuse (2) gepresst ist. Das Stützelement (4) kann dadurch auch nach Montage des Varistorblocks eingesetzt und auch wieder entfernt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem rohrförmigen Gehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Überspannungsableiter sind Schutzsysteme beispielsweise für Hochspannungsanlagen, wie Übertragungsleitungen oder Schaltanlagen, die bei auftretenden Überspannungen durch Blitzeinschlag oder Fehlfunktionen anderer Teilsysteme diese Überspannungen zur Masse hin ableiten und so andere Bauteile der Hochspannungsanlage schützen.
Ein derartiger Überspannungsableiter umfasst ein oder mehrere zylindrische Varistorblöcke, die jeweils aus einer Säule von einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen aufgebaut sind. 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. Der Varistorblock ist an beiden Enden von Armaturen begrenzt, die den elektrischen Kontakt zur Hochspannungsanlage und zur Masse herstellen. Um einen guten elektrischen Kontakt auch unter mechanischer Belastung zu gewährleisten, muss der Varistorblock unter Druck zusammengehalten werden. Dies kann erfolgen, indem Zugelemente beispielweise Seile oder Stäbe vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff in den Armaturen unter Zug eingespannt werden. Die Zugelemente umgeben dabei die Varistorsäule und bilden so einen Käfig um diese. Der Varistorblock umfasst somit die Varistorsäule, die Armaturen und die Zugelemente.
Beim Einsatz in Hochspannungsanlagen mit Spannungen von mehreren hundert Kilovolt können diese Überspannungsableiter Abmessungen von mehr als einem Meter haben. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität ist in diesen zwischen Endarmaturen ein rohrförmiges Gehäuse, beispielsweise aus einem Verbundmaterial wie glasfaserverstärktem Kunststoff angebracht. Da die Varistorsäule wegen der erforderlichen Isolationsabstände einen kleineren Durchmesser als den Innendurchmesser des Gehäuses aufweist, enthält der Varistorblock in diesem Fall Zwischenplatten, die in die Varistorsäule eingefügt sind und diese gegen die Innenseite des Gehäuses abstützen. Der Varistorblock ist so in Richtungen quer zur Rohrachse des Gehäuses fixiert. Zur Erhöhung der Biegefestigkeit des Gehäuses ist es bekannt, das Gehäuse im Bereich der Endarmatur zu verstärken.
So ist in der DE 20 2005 008 111 U1 ein Überspannungsableiter gezeigt, der ein Stützelement auf der Innenseite des Gehäuses im Bereich der Endarmatur aufweist. Das Gehäuse wird zwischen der Endarmatur und dem Stützelement eingefasst und durch Klebung festgehalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überspannungsableiter mit einer hohen Biegefestigkeit im Bereich des Gehäuseendes anzugeben, der eine Austauschbarkeit der Varistorblocks, insbesondere mit Zwischenplatten zerstörungsfrei ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit den Mitteln der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Dabei geht die Erfindung aus von einem Überspannungsableiter mit einem rohrförmigen Gehäuse, der eine mit einem Ende des Gehäuses verbundene Endarmatur, einen im Gehäuse angeordneten Varistorblock und ein im Bereich der Endarmatur angeordnetes Stützelement aufweist. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass das Stützelement einen am Gehäuse anliegenden Stützring mit einem Konus und einen Spannring mit einem dem Konus zugeordneten Gegenkonus aufweist. Dabei ist der Konus derart mit dem Gegenkonus verspannt ist, dass der Stützring verschiebefest an das Gehäuse gepresst ist. Durch Vorsehen einer lösbaren Pressverbindung über Konen des Stützelementes wird es vorteilhaft ermöglicht, sowohl das Stützelement nachträglich, das heißt nach Montage des Varistorblocks im Gehäuse, in das Gehäuse einzubauen, als auch es bei Bedarf durch Lösen der Verspannung wieder zu entfernen, ohne dass dabei das Stützelement oder das Gehäuse zerstört werden muss.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt der Stützring an einer Innenseite des Gehäuses an. Durch den auf der Innenseite angeordneten Stützring wird ein Einknicken des Gehäuses bei Biegebelastung verhindert und damit eine besonders hohe Biegefestigkeit des Gehäuses erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Stützring einen zweiten Konus mit zum ersten Konus entgegengesetzter Neigung auf. Ferner weist das Stützelement einen zweiten Spannring mit einem zweiten Gegenkonus auf, der dem zweiten Konus zugeordnet ist. Dies bewirkt eine besonders vorteilhafte Verteilung der Presskräfte des Stützrings auf das Gehäuse
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind Stützring und erster Spannring und gegebenenfalls zweiter Spannring koaxial zu einer Rohrachse des Gehäuses angeordnet und zum Herstellen oder Lösen der Verspannung gegeneinander längs der Rohrachse verschiebbar. Dies erlaubt eine leichte Positionierung des Stützelementes im Gehäuse und zudem ein einfaches Verspannen und Lösen des Stützelementes.
Vorteilhaft kann zudem vorgesehen sein, dass entweder Stützring und erster Spannring oder erster und zweiter Spannring über Stellmittel miteinander verbunden sind und dass die zum Herstellen oder Lösen der Verspannung erforderliche Verschiebung durch die Stellmittel einstellbar ist. Die Stell-mittel erlauben zum einen ein besonders einfaches Verspannen und Lösen des Stützelementes und zum anderen eine sichere Fixierung des Stützelementes in der verspannten Position.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Kopfende eines erfindungsgemäßes Überspannungsableiters mit Stützelement in einer Halbschnittdarstellung,
2 die Einzelteile des Stützelements aus 1 in einer Halbschnittdarstellung,
3 eine alternative Ausführungsform eines Stützelementes in einer Halbschnittdarstellung,
4 eine weitere alternative Ausführungsform eines Stützelementes in einer Halbschnittdarstellung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt den Kopfbereich eines Überspannungsableiters 1. Ein rohrförmiges Gehäuse 2 ist fest mit einer Endarmatur 3 verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise mittels einer Pressklebung erfolgen. Das Gehäuse 2 besteht dabei aus einem elektrisch nichtleitenden mechanisch stabilen Werkstoff, meist einem Verbundwerkstoff, beispielsweise einem Glasfaserverstärkten Kunststoff. An der Außenseite des Gehäuses 2 ist zur Erhöhung des Kriechwegs und zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit eine Ummantelung mit Schirmen 14 beispielsweise aus Silikon aufgebracht. Die Endarmatur 3 besteht meist aus einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel aus Aluminium oder Stahl. Eine solche Endarmatur 3 befindet sich in der Regel an beiden Enden des Gehäuses 2, hier ist jedoch nur die Endarmatur 3 am Kopfende des Gehäuses 2 gezeigt. Im fertig montierten Zustand ist die Endarmatur 3 elektrisch mit dem jeweiligen Ende eines hier nicht dargestellten Varistorblocks verbunden. Zur Montage wird das Gehäuse 2 mit den an den Gehäuseenden befestigten Endarmaturen 3 aufgestellt und der Varistorblock von oben in das Gehäuse 2 eingeführt. Danach wird ein Stützelement 4 in das Gehäuse 2 eingeführt und im Bereich der oberen Endarmatur 3 im Gehäuse 2 fixiert. Das Stützelement 4 ragt dabei über den Bereich der Endarmatur 3 hinaus in das Gehäuse 2 hinein. Im Ausführungsbeispiel gemäß der 1 umfasst das Stützelement 4 einen Stützring 5 einen ersten Spannring 7 und einen zweiten Spannring 10. Der erste Spannring 7 weist Bohrungen auf, der zweite Spannring 10 Bohrungen mit Innengewinde. Stellmittel 13, die hier als Schrauben dargestellt sind, sind durch die Bohrungen des ersten Spannrings 7 und in die Innengewinde des zweiten Spannrings 10 eingeführt.
Der Stützring 5 weist eine zylindrische gerade äußere Mantelfläche 15 auf und auf der inneren Mantelfläche einen ersten Konus 6 und einen zweiten Konus 9. Die äußere Mantelfläche 15 des Stützrings 5 liegt an der Innenseite des Gehäuses 2 an. Der zweite Konus 9 weist eine zum ersten Konus 6 entgegengesetzte Neigung gegen die Rohrachse 12 auf, aber den gleichen Konuswinkel α.
Der erste Spannring 10 weist eine gerade innere Mantelfläche und einen ersten Gegenkonus 8 auf seiner äußeren Mantelfläche auf. Der Konuswinkel des ersten Gegenkonus 8 entspricht dem Konuswinkel α des ersten Konus 6 allerdings mit entgegengesetzter Neigung. Der Durchmesser des ersten Spannrings 7 ist so bemessen, dass der erste Spannring 7 zumindest teilweise in den Stützring 5 koaxial eingeschoben werden kann. Der zweite Spannring 10 entspricht in seiner äußeren Form und seinen Abmessungen dem ersten Spannring 7, ist jedoch um 180° gedreht um eine Achse quer zur Rohrachse 12 angeordnet.
Der erste Spannring 7 ist so im Stützring 5 angeordnet, dass der erste Gegenkonus 8 zumindest teilweise am ersten Konus 6 anliegt. Erster Konus 6 und erster Gegenkonus 8 sind so einander zugeordnet. Der zweite Spannring 10 ist so im Stützring 5 angeordnet, dass der zweite Gegenkonus 11 am zweiten Konus 9 zumindest teilweise anliegt. Zweiter Konus 9 und zweiter Gegenkonus 11 sind so einander zugeordnet.
Erster und zweiter Spannring 7, 10 sind mit Stellmitteln 13 verbunden. Die Stellmittel 13 greifen durch die Bohrungen im ersten Spannring 7 in die Innengewinde des zweiten Spannrings 10. Erster und zweiter Spannring 7, 10 weisen dabei in axialer Richtung der Rohrachse 12 einen Abstand auf. Werden die Stellmittel 13 angezogen, so wird dieser Abstand verkleinert. Der erste und zweite Gegenkonus 8, 11 gleiten dabei entlang dem jeweils zugeordneten Konus 6, 9 und pressen dabei den Stützring 5 nach außen an das Gehäuse 2.
Die 2 zeigt die Einzelteile des Stützelementes 4 aus 1 in demontiertem Zustand. Zur Montage werden der erste Spannring 7 und der zweite Spannring 10 von entgegengesetzten Seiten in den Stützring 5 eingesetzt. Mit den Stellmitteln 13 werden erster und zweiter Spannring 7, 10 locker miteinander verbunden. Das so vormontierte Stützelement 4 wird dann von einem Ende in das Gehäuse 2 eingeführt und im Bereich der Endarmatur 3 positioniert. Bei richtiger Lage des Stützelementes 4 werden die Stellmittel 13 angezogen und so die Spannringe 7, 10 mit dem Stützring 5 verspannt und gleichzeitig der Stützring 5 nach außen an die Innenwand des Gehäuses 2 gepresst. Das Stützelement 4 ist damit im Gehäuse 2 fixiert. Muss, zum Beispiel nach einer elektrischen Prüfung, der Varistorblock entnommen werden, so werden die Stellmittel 13 und damit die Verspannung gelöst und das Stützelement 4 kann aus dem Gehäuse 2 entnommen werden. Danach kann der Varistorblock aus dem Gehäuse 2 entnommen und repariert oder ausgetauscht werden.
Die 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsformen eines Stützelementes 4 in einem Gehäuse 2. Weitere Bestandteile des Überspannungsableiters 1, sind hier der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
Die 3 zeigt ein Stützelement 4 mit einem Stützring 5 und einem ersten Spannring 7. Der Stützring 5 weist einen ersten Konus 6 auf, der erste Spannring 7 einen ersten Gegenkonus 8. Der erste Spannring 7 ist so im Stützring 5 angeordnet, dass erster Konus 6 und der erste Gegenkonus 8 aneinander liegen. Stützring 5 und erster Spannring 7 können mit Hilfe eines hier nicht dargestellten Spannwerkzeugs miteinander verspannt werden, indem der erste Spannring 7 in den Stützring 5 eingepresst wird. Bei einer geeigneten Oberflächenbehandlung von erstem Konus 6 und erstem Gegenkonus 8 ist diese Verspannung selbstfixierend. Ein Lösen der Verspannung erfolgt dann mit einem entsprechenden Lösewerkzeug.
In der 4 ist am Stützring 5 am breiteren Ende des ersten Konus 6 ein ringförmiger Kragen 16 angeformt, in dem in Richtung parallel zur Rohrachse 12 Bohrungen mit Gewinde eingebracht sind. Der erste Spannring 7 weist Durchgangslöcher ebenfalls parallel zur Rohrachse 12 auf, durch die Stellmittel 13 hindurch in das Gewinde im Kragen 16 des ersten Spannrings 5 greifen. Durch Anziehen der Stellmittel 13 wird der Spannring 7 entlang Konus 6 und Gegenkonus 8 relativ zum Stützring 5 verschoben und verspannt diesen mit dem Gehäuse 2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005008111 U1 [0005]

Claims

Überspannungsableiter (1) mit einem rohrförmigen Gehäuse (2), einer mit einem Ende des Gehäuses (2) verbundenen Endarmatur (3), einem im Gehäuse (2) angeordneten Varistorblock und einem im Bereich der Endarmatur (3) angeordneten Stützelement (4) dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (4) einen am Gehäuse (2) anliegenden Stützring (5) mit einem ersten Konus (6) und einen ersten Spannring (7) mit einem dem ersten Konus (6) zugeordneten ersten Gegenkonus (8) aufweist, wobei der erste Konus (6) derart mit dem ersten Gegenkonus (8) verspannt ist, dass der Stützring (5) verschiebefest an das Gehäuse (2) gepresst ist.
Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (5) an einer Innenseite des Gehäuses (2) anliegt.
Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (5) einen zweiten Konus (9) mit zum ersten Konus (6) entgegengesetzter Neigung aufweist und dass das Stützelement (4) einen zweiten Spannring (10) mit einem zweiten Gegenkonus (11) aufweist, der dem zweiten Konus (9) zugeordnet ist.
Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Stützring (5) und erster Spannring (7) und gegebenenfalls zweiter Spannring (10) koaxial zu einer Rohrachse (12) des Gehäuses (2) angeordnet und zum Herstellen oder Lösen der Verspannung gegeneinander längs der Rohrachse (12) verschiebbar sind.
Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass entweder Stützring (5) und erster Spannring (7) oder erster und zweiter Spannring (7, 10) über Stellmittel (13) miteinander verbunden sind, wobei die zum Herstellen oder Lösen der Verspannung erforderliche Verschiebung durch die Stellmittel (13) einstellbar ist.