DE102012217310A1 - Überspannungsableiter - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/02Details

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem fluiddichten Gehäuse. Das Gehäuse weist einen Erdkontakt und einen Hochspannungskontakt auf, wobei der Erdkontakt und der Hochspannungskontakt jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses elektrisch verbinden. Ein in dem Gehäuse angeordnetes Ableitelement weist eine zwischen zwei Endarmaturen mittels Zugelementen eingespannte Ableitsäule auf. Über ein mittels einer Verschiebeeinrichtung in einer axialen Richtung verschiebbares Kontaktelement ist von außerhalb des Gehäuses eine elektrische Verbindung vom Erdkontakt zum Hochspannungskontakt über das Ableitelement herstellbar beziehungsweise unterbrechbar. Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement in einer Bohrung einer Endarmatur geführt. Dadurch ist der Überspannungsableiter sehr kompakt ausführbar. Außerdem ist durch die Führung des Kontaktelementes in der Bohrung der Endarmatur eine mechanisch einfache aber dennoch zuverlässige Konstruktion möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 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.
  • 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 beispielsweise 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aus der JP 10322822-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.
  • In der internationalen Anmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen PCT/EP2012/059973 ist ein Überspannungsableiter beschrieben, bei dem die Steuerhaube gegen das Ableitelement verschoben werden kann und so eine Trennstelle geöffnet oder geschlossen werden kann.
  • Nachteilig an den Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass eine aufwendige Mechanik notwendig ist, dass große Massen bewegt werden müssen und dass der Raumbedarf hoch ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Überspannungsableiter anzugeben, der eine von außen betätigbare Trennstelle aufweist, mit einer einfachen Mechanik mit möglichst kleinen zu bewegenden Massen.
  • Die Aufgabe wird mit den Mitteln der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Dabei sieht die Erfindung einen Überspannungsableiter mit einem fluiddichten Gehäuse vor. Das Gehäuse weist einen Erdkontakt und einen Hochspannungskontakt auf, wobei der Erdkontakt und der Hochspannungskontakt jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses elektrisch verbinden. Ein in dem Gehäuse angeordnetes Ableitelement weist eine zwischen zwei Endarmaturen mittels Zugelementen eingespannte Ableitsäule auf. Über ein mittels einer Verschiebeeinrichtung in einer axialen Richtung verschiebbares Kontaktelement ist von außerhalb des Gehäuses eine elektrische Verbindung vom Erdkontakt zum Hochspannungskontakt über das Ableitelement herstellbar beziehungsweise unterbrechbar. Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement in einer Bohrung einer Endarmatur geführt. Dadurch ist der Überspannungsableiter sehr kompakt ausführbar. Außerdem ist durch die Führung des Kontaktelementes in der Bohrung der Endarmatur eine mechanisch einfache aber dennoch zuverlässige Konstruktion möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kontaktelement mit der Verschiebeeinrichtung in der axialen Richtung federnd verbunden. Hierdurch können auf einfache Weise Längentoleranzen der Verschiebeeinrichtung ohne aufwendige Justagevorrichtungen ausgeglichen werden.
  • Ferner wird bevorzugt, dass mehrere, insbesondere drei, Ableitelemente mit jeweils einem Kontaktelement in dem Gehäuse angeordnet sind. Dabei weist das Gehäuse für jedes Ableitelement jeweils einen Hochspannungskontakt auf und die Kontaktelemente sind mittels der Verschiebeeinrichtung gemeinsam verschiebbar. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich einen mehrpoligen gekapselten Überspannungsableiter zu bauen, der für jeden Pol eine eigene Trennstelle aufweist, die Trennstellen jedoch gemeinsam bedienbar sind.
  • Besonders vorteilhaft weist die Verschiebeeinrichtung je Ableitelement eine mit dem Kontaktelement verbundene Schubstange auf. Außerdem weist die Verschiebeeinrichtung eine vom Inneren des Gehäuses gasdicht nach Außen geführte und außerhalb des Gehäuses durch eine Betätigungseinrichtung bewegbare Zentralstange auf. Dabei ist zur Übertragung einer Bewegung der Betätigungseinrichtung auf die Kontaktelemente ein Koppelelement mit der Zentralstange und mit den Schubstangen verbunden. Hierdurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, mehrere Trennstellen in einem Überspannungsableiter gemeinsam mit einer einzigen Betätigungseinrichtung von außerhalb des Gehäuses zu bedienen.
  • Vorzugsweise bildet die Zentralstange mit dem Koppelelement einen Gewindeantrieb, der eine rotierende Bewegung der Zentralstange in eine lineare Bewegung des Koppelelementes überträgt. Die Zentralstange weist dazu ein Außengewinde auf, das Koppelelement ein entsprechendes Innengewinde. Vorzugsweise sind beide Gewinde Trapezgewinde. Dies ermöglicht einen besonders einfachen und kompakten Antrieb für die Bewegung der Kontaktelemente.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter in einer Schnittdarstellung mit geschlossener Trennstelle,
  • 2 einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter in einer Schnittdarstellung mit geöffneter Trennstelle,
  • 3 eine Detaildarstellung des Koppelelementes.
  • 4 eine Detaildarstellung der Trennstelle,
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 und 2 zeigen einen Überspannungsableiter 1 in Schnittdarstellung. In einem fluiddichten Gehäuse 2 sind hier drei Ableitelemente 5 angeordnet, die für den Schutz einer dreiphasigen gasisolierten Schaltanlage vorgesehen sind. Diese Ableitelemente 5 weisen jeweils eine zylindrische Ableitsäule 12, eine hochspannungsseitige Endarmatur 7, eine erdseitige Endarmatur 6 und mehrere Zugelemente 11 auf. Die Ableitsäule 12 ist aus einzelnen, ebenfalls zylindrischen Varistorblöcken zusammengesetzt. Die Endarmaturen 6, 7 bestehen meist aus elektrisch leitendem Material. Die Zugelemente 12 sind in den Endarmaturen 6, 7 unter Zug verpresst und halten so die Ableitsäule 12 zusammen. In die Ableitsäule 12 sind Haltescheiben 24 eingefügt, die Löcher aufweisen, durch die die Zugelemente 12 geführt sind und so das Ableitelement 5 zusätzlich stabilisieren.
  • Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen zylinderförmig. Entlang der Zylinderachse erstreckt sich die Längsachse 50, die eine axiale Richtung definiert. Das Ableitelement 5 ist entlang dieser Längsachse 50 ausgerichtet. An den beiden Deckflächen ist das Gehäuse 2 fluiddicht verschlossen.
  • Auf einer Erdanschlussseite des Ableitelementes 5 ist die Deckfläche des Gehäuses 2 mit einem einfachen Gehäusedeckel 22 verschlossen. Ein Erdkontakt 3 ist elektrisch isoliert durch diesen Gehäusedeckel 22 vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses 2 geführt und dient dem Erdungsanschluss. Im Inneren des Gehäuses 2 ist dieser Erdkontakt 3 elektrisch leitend mit dem Ableitelement 5 beispielsweise mit einem Kabel 13 verbunden. Die erdseitige Endarmatur 6 ist an dem Gehäusedeckel 22 befestigt und gegen die Ableitsäule 12 durch ein isolierendes Zwischenstück 25 elektrisch isoliert. Der Gehäusedeckel 22 weist in der Regel einen hier nicht dargestellten Anschluss auf, über den Fluid, beispielsweise Schwefelhexafluorid, in das Gehäuse 2 eingefüllt, beziehungsweise abgelassen werden kann. Das Gehäuse 2 kann außerdem weitere Einrichtungen wie eine Wartungsöffnung 21 aufweisen.
  • Auf einer Hochspannungsanschlussseite des Ableitelementes 5 ist die Deckfläche des Gehäuses 2 mit einer Hochspannungsdurchführung 14 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 14 ist hier als dreipolige Durchführung 14 ausgeführt, die drei gegeneinander und gegen das Gehäuse isolierte Hochspannungskontakte 4 in das Gehäuse 2 hinein führt. Über die Hochspannungskontakte 4 kann der Überspannungsableiter 1 an eine hier nicht dargestellte dreiphasige gasisolierte Schaltanlage angeschlossen werden. Im Inneren des Gehäuses 2 ragen die Hochspannungskontakte 4 fingerartig in das Gehäuse 2 hinein.
  • Der Abstand zwischen hochspannungsseitiger Endarmatur 7 und jeweiligem Hochspannungskontakt 4 bildet eine Trennstelle 10. Diese Trennstelle 10 kann mit einem Kontaktelement 9 geschlossen werden. Dieses Kontaktelement 9 ist als Stift oder Hülse zylindrisch ausgeführt, und kann in einer Bohrung 26 der hochspannungsseitigen Endarmatur 7 in axialer Richtung bewegt werden. Bohrung 26 und Kontaktelement 9 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sowohl eine mechanische Führung, als auch eine gute elektrische Verbindung zwischen Kontaktelement 9 und Endarmatur 7 besteht. Alternativ können Schleif- oder Gleitkontakte die elektrische Verbindung herstellen. Wird das Kontaktelement 9 zum Hochspannungskontakt 4 bewegt, so wird die Trennstelle 10 schließlich geschlossen. Es besteht dann eine elektrische Verbindung von der Schaltanlage über den Hochspannungskontakt 4 ins Innere des Gehäuses 2, über das Kontaktelement 9, die hochspannungsseitige Endarmatur 7, die Ableitsäule 12, das Erdkabel 13 schließlich zum geerdeten Erdkontakt 3. Wird das Kontaktelement 9 vom Hochspannungskontakt 4 weg bewegt, so wird die Trennstelle 10 geöffnet und das Ableitelement 5 hat keine elektrische Verbindung mehr zum Hochspannungskontakt 4 und damit zur Schaltanlage.
  • Die Bewegung des Kontaktelementes 9 geschieht mittels einer Verschiebeeinrichtung 8. Diese weist eine Betätigungseinrichtung 23, eine Zentralstange 16, ein Koppelelement 17 und Schubstangen 15 auf. Die außerhalb des Gehäuses 2 liegende Betätigungseinrichtung 23 ist mit einer Zentralstange 16 verbunden, die gasdicht in das Gehäuse 2 geführt ist. Auf der Zentralstange 16 ist im Inneren des Gehäuses 2 das Koppelelement 17 angeordnet. Zentralstange 16 und Koppelelement 17 bilden dabei einen Gewindeantrieb, indem die Zentralstange 16 ein Außengewinde und das Koppelelement 17 ein entsprechendes Innengewinde, beispielsweise ein Trapezgewinde aufweist. An dem Koppelelement 17 ist je Ableitelement 5 ein radial nach außen zeigender Arm 19 angeordnet, an dessen äußeren Ende ein Verbindungselement 20 zur Aufnahme der Schubstangen 15 angeordnet ist. 3 zeigt ein solches Koppelelement. Die Schubstangen 15 sind mit einem Ende in diesem Verbindungselement 20 festgelegt und mit dem anderen Ende mit dem Kontaktelement 9 verbunden. Die Verbindung der Schubstange 15 mit dem Kontaktelement 9 ist wie in 4 gezeigt federnd ausgeführt. Dazu ist die Schubstange 15 in eine Bohrung 30 des Kontaktelementes 9 eingeführt. Eine ringförmige Manschette 33 bildet einen Anschlag für eine Feder 32 hier als Schraubenfeder dargestellt, die auf das Ende der Schubstange 15 aufgefädelt ist. Eine Schulter am Übergang der Bohrung 30 zu einer im Durchmesser weiteren Bohrung 31 bildet einen weiteren Anschlag für die Feder 32. Die Bohrung 31 ist am Ende mit einem Stopfen 34 verschlossen, durch den die Schubstange 15 geführt ist. Der Stopfen 34 verhindert, dass die Schubstange 15 aus der Bohrung 31 heraus gezogen werden kann. Wird das Kontaktelement 9 mittels der Schubstange 15 an den Hochspannungskontakt 4 heran bewegt, so wird, falls die Schubstange 15 weiter in Richtung des Hochspannungskontaktes 9 bewegt wird, die Feder 32 zwischen der Manschette 33 und der Schulter zwischen den Bohrungen 30 und 31 gespannt und erzeugt eine Anpresskraft des Kontaktelementes 9 an den Hochspannungskontakt 4.
  • Wird die Betätigungseinrichtung 23 gedreht, so dreht sich die Zugstange 16 im Inneren des Gehäuses 2 und überträgt die rotierende Bewegung der Betätigungseinrichtung 23 mittels des Koppelelementes 17 auf die Schubstangen 15 und damit auf die Kontaktelemente 9. Je nach Bewegungsrichtung wird dabei die Trennstelle 10 geöffnet oder geschlossen.
  • 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
    • JP 10322822 A [0007]
    • EP 2012/059973 [0008]

Claims (5)

  1. Überspannungsableiter (1) mit einem fluiddichten Gehäuse (2), welches einen Erdkontakt (3) und einen Hochspannungskontakt (4) aufweist, wobei der Erdkontakt (3) und der Hochspannungskontakt (4) jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses (2) elektrisch verbinden, und mit einem in dem fluiddichten Gehäuse (2) angeordneten Ableitelement (5) mit einer zwischen zwei Endarmaturen (6, 7) mittels Zugelementen (11) eingespannten Ableitsäule (12), wobei über ein mittels einer Verschiebeeinrichtung (8) in einer axialen Richtung verschiebbares Kontaktelement (9) eine elektrische Verbindung vom Erdkontakt (3) zum Hochspannungskontakt (4) über das Ableitelement (5) herstellbar beziehungsweise unterbrechbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (9) in einer Bohrung (26) einer Endarmatur (6, 7) geführt ist.
  2. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (9) mit der Verschiebeeinrichtung (8) in der axialen Richtung federnd verbunden ist.
  3. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ableitelemente (5) mit jeweils einem Kontaktelement (9) in dem Gehäuse (2) angeordnet sind, welches für jedes Ableitelement (5) jeweils einen Hochspannungskontakt (4) aufweist, wobei die Kontaktelemente (9) mittels der Verschiebeeinrichtung (8) gemeinsam verschiebbar sind.
  4. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebeeinrichtung (8) je Ableitelement (5) eine mit dem Kontaktelement (9) verbundene Schubstange (15) aufweist, und eine vom Inneren des Gehäuses (2) gasdicht nach Außen geführte und außerhalb des Gehäuses (2) durch eine Betätigungseinrichtung (23) bewegbare Zentralstange (16) aufweist, wobei zur Übertragung einer Bewegung der Betätigungseinrichtung (23) auf die Kontaktelemente (9) ein Koppelelement (17) mit der Zentralstange (16) und mit den Schubstangen (15) verbunden ist.
  5. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralstange (16) mit dem Koppelelement (17) einen Gewindeantrieb bildet, der eine rotierende Bewegung der Zentralstange (16) in eine lineare Bewegung des Koppelelementes (17) überträgt.
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