DE102015007707B4

DE102015007707B4 - Endarmatur für einen Überspannungsableiter und Überspannungsableiter mit einer derartigen Endarmatur

Info

Publication number: DE102015007707B4
Application number: DE102015007707.4A
Authority: DE
Inventors: Torsten Hölzer; Karsten Laue
Original assignee: Tridelta Ueberspannungsableiter GmbH
Current assignee: Tridelta Meidensha GmbH
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: DE102015007707A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine einen Überspannungsableiter und eine Endarmatur für einen derartigen Überspannungsableiter 1 mit einem zentralen Bereich 3 zur Kontaktierung einer aktiven Komponenten 5 des Überspannungsableiters 1, einem Randbereich 7 zur Befestigung einer Mehrzahl von Verstärkungsstäben 9 in korrespondierenden Ausnehmungen 11 des Randbereichs 7, wobei der zentrale Bereich 3 in Längsrichtung der Verstärkungsstäbe 9 gegenüber dem Randbereich 7 unter Ausbildung eines Sockels 13 hervorspringt, und wobei im Rand des Sockels 13 fluchtend mit den Ausnehmungen 11 im Randabschnitt 7 Nuten 15 ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Endarmatur für einen Überspannungsableiter und einen Überspannungsableiter mit einer derartigen Endarmatur. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Überspannungsableiter mit einem Käfigdesign mit einer für diesen Überspannungsableiter ausgestalteten Endarmatur.
Überspannungsableiter werden weit verbreitet in der elektrischen Energieversorgung eingesetzt, wobei sie regelmäßig zwischen einer Hochspannungsleitung und Masse/Erde geschaltet sind. Die Aufgabe eines Überspannungsableiters ist es, das Energienetz vor Überspannungsspitzen zu schützen, die aufgrund von beispielsweise Blitzeinschlägen hervorgerufen werden. Derzeit gängige Überspannungsableiter weisen dafür eine Mehrzahl von Varistorblöcken auf, die die Eigenschaft haben, unterhalb einer Schwellspannung gute Isolatoren zu sein, und die andererseits oberhalb der Schwellspannung eine gute Leitfähigkeit aufweisen. Im Bereich der Schwellspannung ändert sich die Leitfähigkeit mit der 50. Potenz der Spannung.
Wie etwa aus der Veröffentlichung „Metalloxid-Ableiter in Hochspannungsnetzen”, Grundlagen, von Volker Hinrichsen und Reinhard Göhler, 3. Auflage, September 2011, http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/powertransmission/high-voltage-products/surge-arresters-and-limiters/aboutus/Ableiterhandbuch_Auflage_3_de.pdf gezeigt ist, ist es bekannt, die Überspannungsableiter im „Käfig-Design” aufzubauen. Zum Erzielen einer ausreichend hohen mechanischen Festigkeit und einer hohen Kurzschlussfestigkeit wird eine Art Käfig aus Verstärkungsstäben, nämlich GFK-Stäben, um aktive Komponenten des Überspannungsableiters herum aufgebaut.
Die aktiven Komponenten des Überspannungsableiters und die GFK-Stäbe werden dann mit Silikon umspritzt, wobei ein Außengehäuse zum Schutz von Umwelteinflüssen gebildet wird.
Da das Silikon mit einer Dicke größer als der Durchmesser der GFK-Stäbe ausgebildet werden muss, und da Silikon relativ teuer ist, wird versucht den Durchmesser der GFK-Stäbe möglichst klein zu halten und für die nötige Stabilität die Anzahl der Stäbe zu erhöhen. Dies hat auch den Vorteil, dass der Zwischenabstand zwischen zwei GFK-Stäben klein wird, so dass auch verhindert wird, dass im Überlastungsfall des Überspannungsableiters, etwa bei einem ableiternahen Blitzeinschlag, größer Bruckstücke der Varistorblöcke nach außen geschleudert werden.
Aus der oben genannten Druckschrift ist es ferner bekannt, die GFK-Stäbe mit den Endarmaturen zu vercrimpen. Zu diesem Zweck sind in der Endarmatur eine der Anzahl der GFK-Stäbe entsprechende Anzahl von Löchern bzw. Ausnehmungen ausgebildet, in die die GFK-Stäbe eingeführt werden. Anschließend wird mit einem Krimpwerkzeug das relativ leicht verformbare Aluminium der Endarmatur eng an die GFK-Stäbe herangedrückt, sodass diese in denen Löchern der Endarmatur befestigt werden.
Der Nachteil dieser Bauweise besteht allerdings darin, dass es bei der Herstellung eines derartigen Überspannungsableiters erforderlich ist, eine relativ große Anzahl von GFK-Stäben in relativ kleine Löcher/Ausnehmungen in der Endarmatur „einzufädeln”. Dies ist zeitaufwendig und kann mitunter schwierig sein.
Eine Endarmaturen für einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2006 019 094 A1 oder aus der DE 10 2005 024 206 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Endarmatur für einen Überspannungsableiter bereitzustellen, die eine einfachere und schnellere Montage des Überspannungsableiters erlaubt. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Überspannungsableiter bereitzustellen.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Endarmatur nach Anspruch 1 und einen Überspannungsableiter nach Anspruch 6. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird eine Endarmatur für einen Überspannungsableiter bereitgestellt, mit einem zentralen Bereich zur Kontaktierung der aktiven Komponenten des Uberspannungsableiters und mit einem Randbereich zur Befestigung einer Mehrzahl von Verstärkungsstäben in korrespondierenden Ausnehmungen des Randbereichs, wobei der zentrale Bereich in Längsrichtung der Verstärkungsstäbe gegenüber dem Randbereich unter Ausbildung eines Sockels hervorspringt, und wobei im Rand des Sockels fluchtend mit den Ausnehmungen im Randbereich Nuten ausgebildet sind.
Durch diese Bauweise kann bei der Herstellung des Überspannungsableiters mit einem Handgriff erreicht werden, dass alle GFK-Stäbe mit ihren zugehörigen Ausnehmungen in der Endarmatur ausgerichtet sind und leicht in diese eingeführt werden können.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Endarmatur ausgestaltet ist, um die Verstärkungsstäbe durch eine Krimpverbindung in den Ausnehmung zu halten. Insbesondere dann, wenn die GFK-Stäbe in der Endarmatur durch Krimpen gehalten werden, ist es erforderlich, die Abmessungen der Ausnehmungen möglichst eng an den Durchmesser der GFK-Stäbe anzupassen, was das Einführen der GFK-Stäbe weiter erschwert.
Auch ist es bevorzugt, dass die Nuten trichterförmig sind. Diese Form der Nuten erlaubt eine noch schnellere und einfachere Ausrichtung der GFK-Stäbe und der Ausnehmungen Erfindungsgemäß ist die Endarmatur aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, gefertigt.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung ist die Endarmatur zweiteilig, sodass der Sockel vom Randbereich getrennt werden kann, also so dass der Sockel als Scheibe mit Nuten im Randabschnitt in den Stapel der Varistorblöcke und Endarmaturen mit eingefügt werden kann.
In diesem Fall ist es möglich, etwa eine üblicherweise im Stapel der Varistorblöcke und Endarmaturen vorhandene Feder auch zwischen die beiden Teile der Endarmatur zu setzen.
Der erfindungsgemäße Überspannungsableiter umfasst zumindest einen Varistorblock, zwei an gegenüberliegenden Seiten des zumindest einen Varistoreblocks angeordnete Endarmaturen, wie sie vorangehend beschrieben wurden, eine Mehrzahl glasfaserverstärkter Verstärkungsstäbe, die an den Endarmaturen unter Zug gehalten sind und an zumindest einen Varistorblock mit den Endarmaturen mechanische verbinden.
Der Überspannungsableiter der Erfindung kann außerdem ein Außengehäuse aus Silikon, das den zumindest einen Varistorblock und die glasfaserverstärkten Verstärkungsstäbe umgibt, aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsformen und anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, in denen zeigt:
1: eine erfindungsgemäße Endarmatur;
2: eine Aufsicht auf die Endarmatur aus 1;
3: eine Schnittansicht durch die Endarmatur aus 2; und
4. einen Überspannungsableiter mit einer erfindungsgemäßen Endarmatur im Teilschnitt.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Endarmatur. Diese erfindungsgemäße Endarmatur weist einen zentralen Bereich 3 auf, der zur Kontaktierung der weiteren aktiven Komponenten des Überspannungsableiters 1 ausgestaltet ist. Der zentrale Bereich 3 kann sowohl flach sein, oder er kann, wie bei der gezeigten Ausführungsform, eine konisch zulaufende Vertiefung in der Mitte haben, die das Zentrieren der aktiven Komponenten erleichtert. Darüber hinaus ist es möglich, dass der zentrale Bereich 3 ein Durchgangsloch für eine Schraube aufweist, mit der der Überspannungsableiter 1 nach dem Anbringen von glasfaservertärkten Kunststoffstäben (GFK-Stäben), die im Folgenden als Verstärkungsstäbe 9 bezeichnet werden, gespannt werden kann.
Die Endarmatur weist darüber hinaus einen Randbereich 7 auf, der zur Befestigung einer Mehrzahl von Verstärkungsstäben 9 in korrespondierenden Ausnehmungen 11 dieses Randbereiches 7 ausgestaltet ist. In der gezeigten Ausführungsform sind 16 Ausnehmungen 11 zu erkennen. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, und jede beliebige Anzahl von Ausnehmungen 11 kann vorgesehen sein.
Des Weiteren ist bei der gezeigten Ausführungsform der Randbereich 7 derart ausgebildet, dass die Ausnehmungen 11 Sacklöcher sind. Auch dies ist nicht erforderlich. Es ist auch möglich die Ausnehmungen 11 als Durchgangslöcher auszugestalten. Auch ist es möglich, dass die Ausnehmungen 11 keine Löcher sind, sondern dass sie an der Außenseite einen durchgehenden Längsschlitz ausweisen, was das Krimpen vereinfachen kann. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, die Endarmatur beim Ausbilden eines schützenden Außengehäuses mit zu umspritzen.
Wie in 1 gut zu erkennen ist, ist der zentralen Bereich 3 so ausgebildet, dass er gegenüber dem Randbereich 7 in Längsrichtung der Verstärkungsstäbe 9 hervor springt, und so einen Sockel 13 bildet.
Im Rand dieses Sockels 13 sind Nuten 15 in Längsrichtung der Verstärkungsstäbe 9 ausgebildet, die zu den Ausnehmungen 11 fluchten sind.
Beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters wird zunächst eine untere Endarmatur bereitgestellt und mit den Verstärkungsstäben 9 versehen. Die Verstärkungsstäbe 9 können bereits in dieser Phase der Herstellung mit der Endarmatur verkrimpt werden. In den so durch die Verstärkungsstäbe 9 gebildeten Käfig werden dann die Varistorblöcke 17 und andere aktive Komponenten, beispielsweise Federn oder Aluminiumblöcke, eingelegt.
In einem weiteren Schritt wird auf das obere Ende des so gebildeten Stapels die zweite Endarmatur aufgelegt. Dabei kommen die oberen Enden der Verstärkungsstäben 9 zum Anschlag an dem Randbereich 7 der oberen Endarmatur. Mit einem einfachen Handgriff ist es nun möglich, die flexiblen Verstärkungsstäbe 9, geführt durch die Nuten 15, mit den Ausnehmungen 11 der oberen Endarmatur auszurichten, und leicht in diese einzuführen.
2 zeigt eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Endarmatur. Wie in 2 zu erkennen ist, ist der Randbereich 7 so ausgestaltet, dass die Ausnehmungen 11 in Umfangsrichtung verteilt mit einem Zwischenabstand angeordnet sind. Der zentrale Bereich 3, der gegenüber dem Randbereich 7 hervorspringt, ist so ausgeführt, dass die im Sockelbereich des zentralen Bereich 3 gebildeten Nuten 15 trichterförmig auf die Ausnehmungen 11 zu laufen, und so das Einführen der GFK-Stäbe 9 erleichtern.
3 zeigt eine Schnittansicht der Endarmatur aus 2. Wie in 3 zu erkennen ist, sind bei dieser Ausführungsform die Ausnehmungen 11 als Sacklöcher ausgestaltet. Wie vorangehend beschrieben wurde, ist dies nicht zwingend erforderlich. Es ist auch möglich, die Ausnehmungen 11 als Durchgangslöcher auszubilden, oder die Ausnehmungen 11 so zu formen, dass entlang der Außenwand der Endarmatur ein Schlitz verbleibt. Auch dies kann das Verkrimpen der Endarmatur zum Halten der GFK-Stäbe 9 erleichtern.
Wie weiter in 3 zu erkennen ist, sind die Nuten 15 halb-trichterförmig ausgebildet, sodass mit zunehmendem Abstand zu der jeweiligen Ausnehmung 11 der Durchmesser der halb-trichterförmige Nut 15 größer wird. Auch dies erleichtert das Einführen der GFK-Stäbe 9 in die Ausnehmungen 11.
Schließlich zeigt 4 einen Teilriss eines Überspannungsableiters gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei dem in 4 gezeigten Überspannungsableiter sind auf beiden Seiten eines Stapels aus Varistorblöcken 17 und gegebenenfalls notwendigen Aluminiumsabstandsblöcken 19 sowie nicht weiter gezeigten Federelementen zwei Endarmaturen angeordnet, wobei diese Endarmaturen beide gemäß den 1 bis 3 ausgestaltet sind. Obwohl dies bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform so gewählt ist, ist dies keineswegs zwingend vorgeschrieben. Es ist auch möglich, nur eine der Endarmaturen gemäß den 1 bis 3 auszugestalten, und die andere Endarmatur ohne hervorspringenden zentralen Bereich 3 und ohne Nuten 15 zu bilden.
Die Endarmaturen, die GFK-Stäbe 9, die Varistorblöcke 17 und die gegebenenfalls vorhandenen Aluminiumblöcke 19 bilden zusammen ein sogenanntes Modul. Dieses Modul wird bei der bevorzugten Ausführungsform in eine Form eingebracht und mit einem Außengehäuse 21 umgeben, das in der bevorzugten Ausführungsform durch Spritzguss hergestellt wird.
Wenn, wie oben beschrieben wurde, die Ausnehmungen 11 mit Schlitzen an der Außenwand der Endarmatur versehen sind, so muss auch die Endarmaturen mit dem Außengehäuse 21 umgeben werden. Bei der Ausbildung der Ausnehmungen 11 als Sacklöcher, wie bei der gezeigten Ausführungsform, reicht es jedoch aus, dass Silikon des Außengehäuses 21 bis zu dem Randbereich 7 vorzusehen.
Die Erfindung wurde in 4 im Zusammenhang mit einem Überspannungsableiter mit so genanntem „Käfigdesign” beschrieben. Jedoch ist die Erfindung auch auf andere Überspannungsableiter-Designs anwendbar, beispielsweise kann ein oben beschriebenes Modul auch in einem Überspannungsableiter mit Rohrdesign, sei es aus Kunststoff oder aus Porzellan, aufgenommen sein. Auch hier ist die Erfindung von Vorteil, da sie das Zusammenbauen des Moduls erleichtert.
Obwohl die Erfindung anhand von einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, erkennt der Fachmann leicht, dass verschiedene Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, dass die GFK-Stäbe 9 in der Endarmatur durch Verkrimpen gehalten werden. Dem Fachmann sind andere Möglichkeit zur Befestigung der GFK-Stäbe 9 bekannt, beispielsweise durch Keil-Verbindungen oder durch Verschrauben.
Bei der gezeigten Ausführungsform der Endarmatur in den 1 und 2 sind 16 Ausnehmungen 11 in gleichmäßigen Abständen über den Randbereich 7 verteilt. Dies ist nicht zwingend erforderlich. Sowohl die Anzahl der Ausnehmungen 11 als auch ihre Positionierung kann der Fachmann nach Bedarf frei wählen. Erforderlich ist nur, dass die Anzahl der Ausnehmungen 11 mit der Anzahl der vorgesehenen GFK-Stäbe 9 korrespondiert, und das zu jeder Ausnehmung 11 eine entsprechend fluchtend angeordnete Nut 15 im zentralen Bereich 3 vorgesehen ist.

Claims

Endarmatur für einen Überspannungsableiter (1) mit einem zentralen Bereich (3) zur Kontaktierung einer aktiven Komponenten des Uberspannungsableiters (1); einem Randbereich (7) zur Befestigung einer Mehrzahl von Verstärkungsstäben (9) in korrespondierenden Ausnehmungen (11) des Randbereichs (7); dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Bereich (3) in Längsrichtung der Verstärkungsstäbe (9) gegenüber dem Randbereich (7) unter Ausbildung eines Sockels (13) hervorspringt; und wobei im Rand des Sockels (13) fluchtend mit den Ausnehmungen (11) im Randbereich (7) Nuten (15) ausgebildet sind.
Endarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endarmatur ausgestaltet ist, um die Verstärkungsstäbe (9) durch eine Krimpverbindung in den Ausnehmungen (11) zu halten.
Endarmatur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (15) trichterförmig sind.
Endarmatur nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endarmatur aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium gefertigt ist.
Endarmatur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endarmatur zweiteilig ist.
Überspannungsableiter mit: zumindest einem Varistorblock (17); zwei an gegenüberliegenden Seiten des zumindest einen Varistorelements (17) angeordneten Endarmaturen; einer Mehrzahl glasfaserverstärkter Verstärkungsstäbe (9), die an den Endarmaturen unter Zug gehalten sind und das zumindest eine Varistorelement (17) mit den Endarmaturen mechanisch verbinden; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Endarmaturen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestaltet ist.
Überspannungsableiter nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch: ein Außengehäuse (21) aus Silikon, das den zumindest einen Varistorblock (17) und die glasfaserverstärkten Verstärkungsstäbe (9) umgibt und gegen Umwelteinflüsse schützt.