DE102015007708A1

DE102015007708A1 - Haltestrebe für ein Potentialsteuerelement eines Überspannungsableiters, Potentialsteuervorrichtung mit einer Mehrzahl von Haltestreben und Überspannungsableitervorrichtung mit einer Potentialsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102015007708A1
Application number: DE102015007708.2A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Klaube; Dirk Präßler; Benjamin Müller
Original assignee: Tridelta Ueberspannungsableiter GmbH
Current assignee: Tridelta Meidensha GmbH
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltestrebe für ein Potentialsteuerelement 1 eines Überspannungsableiters 5, um das Potentialsteuerelement 1 relativ zu dem Überspannungsableiter 5 zu halten, wobei die Haltestrebe einen Strebenabschnitt 9, einen Befestigungsabschnitt 7, der mit einem Ende des Strebenabschnitts 9 verbunden und zur Befestigung an dem Potentialsteuerelements 1 ausgestaltet ist, und einen Aufhängungsabschnitt 11, der mit dem anderen Ende des Strebenabschnitts 9 verbunden und zur Befestigung an dem Überspannungsableiter 5 ausgestaltet ist, aufweist, wobei das Strebenelement 9 im Querschnitt rund und/oder oval ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Potentialsteuerelement mit einer derartigen Haltestrebe und einen Überspannungsableiter mit einem solchen Potentialsteuerelement.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltestrebe für ein Potentialsteuerelement eines Überspannungsableiters. Insbesondere betrifft die Erfindung einer Potentialsteuervorrichtung mit einer Mehrzahl von Haltestreben und einem Potentialsteuerelement. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Überspannungsableitervorrichtung mit einer derartigen Potentialsteuervorrichtung.
Überspannungsableitervorrichtungen 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 Überspannungsableitervorrichtungen weisen dafür eine Mehrzahl von Varistorelemente 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 etwa 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 bekannt ist, ist es üblich bei einer Länge der Überspannungsableitervorrichtung von etwa eineinhalb bis zwei Metern oder bei mehrteiligen Überspannungsableitern sogenannte Potentialsteuervorrichtungen bzw. Steuerringe anzuwenden. Diese dienen dazu, die durch am Überspannungsableiter angreifende Erdkapazitäten ungünstig beeinflusste Aufteilung der Spannung entlang des Überspannungsableiters vom hochspannungsseitigen zum erdseitigen Ende zu vergleichmäßigen. Ohne Potentialsteuervorrichtung würden die Varistorblöcke am hochspannungsseitigen Ende des Überspannungsableiters wesentlich höher beansprucht als am erdseitigen Ende, was möglicherweise zu einer übermäßigen Erwärmung führen könnte.
Wie aus der DE 296 15 185 U1 bekannt ist, muss die Potentialsteuervorrichtung keinen geschlossenen Steuerring aufweisen, sondern es kann auch ein Ringsegment verwendet werden.
Neben den Steuerringen werden gelegentlich auch Koronaringe an Überspannungsableitern vorgesehen, um die Anschlussklemmen elektrostatisch abzuschirmen und so die höchstens zulässigen Funkstörspannungswerte einzuhalten. In der folgenden Beschreibung werden Steuerringe, Ringsegmente und Koronaringe als Potentialsteuerelemente bezeichnet.
Die Potentialsteuerelemente unterscheiden sich in ihrem Durchmesser und in der Länge derer zugehöriger Haltestreben. Im Allgemeinen gilt, dass ein größerer Durchmesser und längere Streben für die ausgleichende Wirkung auf die Spannungsverteilung positiv sind. Jedoch ist sowohl der Durchmesser des Steuerrings als auch die Länge der Streben nicht nur aus mechanisch Gründen begrenzt, da hinreichend große Abstände zu den Steuerringen benachbarter Überspannungsableiter und zur Erde gewahrt werden müssen.
Ein Beispiel eines Überspannungsableiters mit Steuerring und Koronaring ist in „Zinkoxid-Überspannungsableiter HS PEXLIM P-T und HS PEXLIM T-T" Monatgeanleitung, Dokument: I1HSA 801 080-06de, Montageanleitung HS PEXLIM P-T und T-T, Ausgabe 4, 2011-12, https://library.e.abb.com/public/81b7b6042e323bf2c1257a78001d2075/1HSA801080-06de.pdf gezeigt.
Die Befestigungsstreben lassen sich nicht beliebig verlängern, da für das Überspannungsableitergehäuse Stehspannungsforderungen einzuhalten sind. Bei zu langen Streben treten insbesondere bei der Prüfung mit Schaltstoßspannung Überschläge vom Steuerring über den nächstgelegenen Flansch nach Erde oder direkt nach Erde auf.
Bisher waren die Haltestreben derartiger Potentialsteuervorrichtungen in Form von flachen Metallstegen mit im Wesentlichen quaderförmigem Querschnitt, die an ihren beiden Enden zur Befestigung am Überspannungsableiter bzw. an dem Potentialsteuerelement abgewinkelt waren. Fertigungstoleranzen konnten durch die Elastizität dieser Stege leicht ausgeglichen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Haltestrebe für ein Potentialsteuerelement eines Überspannungsableiters bereitzustellen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Potentialsteuervorrichtung mit einer derartigen Haltestrebe bereitzustellen. Schließlich betrifft die Erfindung einen Überspannungsableiter mit einer derartigen Potentialsteuervorrichtung.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Haltestrebe gemäß Anspruch 1, eine Protentialsteuervorrichtung nach Anspruch 6 und durch einen Überspannungsableiter nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird eine Haltestrebe für ein Potentialsteuerelement eines Überspannungsableiters bereitgestellt, um das Potentialsteuerelement relativ zu dem Überspannungsableiter zu halten. Die Haltestrebe weist einen Strebenabschnitt, einen Befestigungsabschnitt, der mit einem Ende des Strebenabschnitts verbunden und zur Befestigung an dem Potentialsteuerelements ausgestaltet ist, und einen Aufhängungsabschnitt, der mit dem anderen Ende des Strebenabschnitts verbunden und zur Befestigung an dem Überspannungsableiter ausgestaltet ist, auf. Das Strebenelement ist bei der Erfindung im Querschnitt rund und/oder oval.
Es hat sich gezeigt, dass die Kanten der bisher üblichen Haltestreben mit quaderförmigem Querschnitt die Verteilung des Potentialfeldes negativ beeinflussen und insbesondere zu Funkstörspannungen (RIV) beitragen.
Funkstörspannungen (englisch: radio interference voltage, RIV) sind eine durch äußere elektrische Teilentladungen (”Korona”) an den sich auf hohem Potential befindlichen Ableiterkomponenten (im Wesentlichen der hochspannungsseitige Flansch und Anschluss) verursachte Spannung.
Für Überspannungsableiter ist eine entsprechende Prüfung durchzuführen, in der bei einer anliegenden Prüfspannung ein Funkstörspannungs-Pegel von z. B. 2500 μV nicht überschritten werden darf (IEC 60099-4, 6.15 und 8.12). Zwar ist aus dem oben genannten Dokument „Metalloxid-Ableiter in Hochspannungsnetzen", Grundlagen, von Volker Hinrichsen und Reinhard Göhler, 3. Auflage, September 2011, bekannt, zur Verringerung der Funkstörspannung konstruktive Maßnahmen, wie die Vermeidung scharfer Kanten, Vergrößerung von Rundungsradien, Nutzung elektrostatischer Schirmwirkungen vorzunehmen, jedoch ist dies nicht im Zusammenhang mit den Haltestreben der Potentialsteuervorrichtung beschrieben, bei denen derartige Maßnahmen schwierig sind, da sie der für die Montage geforderten Elastizität entgegen wirken.
Durch den ovalen und/oder runden Querschnitt der erfindungsgemäßen Haltestreben wird das Problem der Funkstörspannungen gelöst.
Da des Weiteren der Befestigungsabschnitt zur Befestigung an einer gewölbten Außenfläche des Potentialsteuerelements, das in Form eines Torus oder eines Torussegnents geformt ist, ausgestaltet ist, so dass ein Winkel α zwischen der Normalen der gewölbten Außenfläche an dem Befestigungspunkt und dem Strebenabschnitt einstellbar ist, kann der Nachteil der fehlenden Elastizität der Haltestreben mit rundem und/oder oval Querschnitt kompensiert werden
Anders gesagt, bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine im Winkel einstellbare Verbindung zwischen dem Potentialsteuerelement und der Haltestrebe realisiert.
Beim bekannten Stand der Technik waren der flache Abschnitt der Haltestrebe entweder an einem Kontaktpunkt mit einer Niet mit dem Potentialsteuerelement verbunden, oder das Potentialsteuerelement hatte ein angeschweißtes Befestigungsblech mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern, an dem die Haltestrebe angeschraubt werden konnte.
Der Winkel α ist bevorzugt zwischen 0° und 90° stufenlos einstellbar.
Der Befestigungsabschnitt hat eine an die Kontur der gewölbten Außenfläche des Potentialsteuerelements angepasste Anlagefläche, wobei eine längliche Durchgangsnut in der Anlagefläche ausgebildet ist, durch die eine in das Potentialsteuerelement eingeschraubte Schraube hindurch greifen kann. Diese Bauweise ermöglicht eine gute Einstellbarkeit des Winkels α und hat den Vorteil, dass eine beachtliche Kontaktfläche zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Potentialsteuerelement gebildet wird, was für eine sehr gute elektrischen Kontaktierung hilfreich ist.
Vorzugsweise hat der Aufhängungsabschnitt ein Gelenk. Das Gelenk erlaubt auch bei unterschiedlichen Winkeln α eine sichere und einfache Befestigung des anderen Endes der Haltestrebe am Überspannungsableiter.
Die erfindungsgemäße Potentialsteuervorrichtung umfasst ein Potentialsteuerelement in Form eines Torus oder eines Torussegnents, und eine Mehrzahl von Haltestreben, die wie vorangehend beschrieben wurde, ausgestaltet sind.
Vorzugsweise weist die Potentialsteuervorrichtung einen Steuerring auf.
Weiter bevorzugt enthält die Potentialsteuervorrichtung einen Koronarring.
Letztlich betrifft sie Erfindung auch eine Überspannungsableitervorrichtung mit einem Überspannungsableiter und einer Potentialsteuervorrichtung. Die Potentialsteuervorrichtung ist, wie vorangehend beschrieben wurde, ausgestaltet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben, in denen zeigt:
1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäße Überspannungsvorrichtung mit Steuerring und Koronaring;
2 eine erfindungsgemäße Potentialsteuervorrichtung;
3 eine Detailansicht des Befestigungsabschnitt und des Potentialsteuerelements;
4 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Haltestrebe; und
5 eine Detailansicht des Aufhängungsabschnitts.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Beispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt einen Ausschnitt einer Überspannungsableitervorrichtung mit Steuerring und Koronaring. Wie in 1 zu sehen ist, weist der Überspannungsableiter 5 ein Gehäuse mit Schirmen auf. Derartige Gehäuse sind üblicherweise aus Porzellan oder glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt. An beiden Enden des Gehäuses, von denen in 1 nur das obere Ende gezeigt ist, ist eine Endarmatur 51 fest mit dem Gehäuse verbunden. Die Endarmaturen 51 sind üblicherweise aus Metall, vorzugsweise Aluminium, und diene der Kontaktierung von Überspannungsableiterelementen, wie Varistoren, im Inneren des Gehäuses mit einer Starkstromleitung, bzw. mit Masse.
Wie in 1 zu erkennen ist, ist an der Endarmaturen 51 eine Potentialsteuervorrichtung mit einer Mehrzahl von Haltestreben 9 und einen Steuerring 1 angebracht. Bezugszeichen 1A bezeichnet einen Koronarring, der bei dieser Ausführungsform ebenfalls an der Endarmatur 51 angebracht ist.
Sowohl der Steuerung 1 als auch der Koronarring 1A sind torusförmige Hohlkörper aus Metall, vorzugsweise Aluminium. Obwohl eine geschlossene Ringsform sowohl für den Steuerring 1 als auch für den Koronarring 1a von Vorteil ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt, und anstelle der geschlossenen Ringe können auch Ringsegmente eingesetzt werden.
2 zeigt detailliert die Potentialsteuervorrichtung der Erfindung. An dem in 1 gezeigten Steuerring 1 sind drei Haltestreben 9 angebracht sind, die jeweils einen Strebenabschnitt 9, einen Befestigungsabschnitt 7 und einen Aufhängungsabschnitt 11 aufweisen.
Die oberen Enden des Aufhängungsabschnitts 11 sind abgewinkelt, um eine Befestigung der Potentialsteuervorrichtung an der Endarmatur 51 des Überspannungsableiters zu ermöglichen.
3 zeigt detailliert die Verbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 7 und dem Steuerringen 1. Eine Befestigungsschraube 75 ist durch in eine länglichen Durchgangsnut 73 in einer an die Kontur der Außenfläche des Steuerrings 1 angepassten Auflagefläche 71 hindurch mit dem Steuerring 1 verschraubt und hält die Haltestrebe 9 relativ zum dem Steuerring 1. da die Anlagefläche 71 an die Kontur der Außenfläche des Steuerrings 1 angepasst ist, und durch die längliche Durchgangsnut 73 in diesem Bereich, ist es möglich, den Winkel α zwischen der Längsrichtung der Haltestrebe 9 und der Normalen an die Außenfläche des Steuerrings 1 mit der Schraubverbindung einzustellen, sodass dieser Winkel zwischen 0° und 90° ist, wenn, wie in 3, der Befestigungspunkt an der Innenseite des Steuerrings 1 gewählt ist.
Das Befestigungselement 7 ist vorzugsweise ein Aluminium-Gussteil, wobei sich an die Auflagefläche 71 ein länglicher Abschnitt anschließt, der, bei der bevorzugten Ausführungsform, in den Innenraum des Strebenabschnitts 9 passgenau eingepresst oder eingeschraubt werden kann. Anstelle dessen kann auch jedes andere elektrisch leitfähige Material mit der nötigen mechanischen Stabilität verwendet werden. Selbstverständlich sind neben dem Gießen auch andere Herstellungsverfahren möglich.
Obwohl bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Befestigungsabschnitt 7, der Strebenabschnitt 9 und der Aufhängungsabschnitt 11 als getrennte Teile beschrieben sind, ist es auch möglich, diese Teile – mit Ausnahme des später im Zusammenhang mit dem Aufhängungsabschnitt 11 detaillierter beschriebenen Gelenk 111 – einstückig auszubilden.
4 zeigt detailliert die Haltestrebe mit dem Befestigungsabschnitt 7, dem Strebenabschnitt 9 und dem Aufhängungsabschnitt 11. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Strebenabschnitt 9 ein Metallrohr. Sowohl der Befestigungsabschnitt 7 als auch der Aufhängungsabschnitt 11 sind mit jeweiligen Passstücken in dieses Metallrohr eingepresst oder eingeschraubt.
Das Gelenk 111 im Aufhängungsabschnitt 11 ist so ausgestaltet, dass ein Verstellungsbereich des Gelenks mit den durch die Abmessungen der länglichen Durchgangsnut 73 definierten möglichen Änderungen des Winkels α korrespondiert.
Schließlich zeigt 5 ein detaillierteres Bild des Befestigungsabschnitt 11. Während auf der einen Seite des Gelenks 111 das vorher erwähnte Passstück ausgebildet ist, ist auf der anderen Seite des Gelenks, beweglich zu dem Passstück, ein Befestigungsmittel vorgesehen. Das Befestigungsmittel hat bei dieser bevorzugten Ausführungsform ebenfalls eine längliche Durchgangsnut 113. in diese Durchgangsnut 113 kann eine Schraube eingebracht werden, mit der der Aufhängungsabschnitt 11 an der Endarmatur des Überspannungsableiters 5 befestigt werden kann.
Die Ausgestaltung der Haltestrebe mit rundem und oder ovalem Querschnitt des Strebenabschnitt 9, ermöglicht die deutliche Verringerung von Funkstörspannungen, da das gesamte Halteelement keine hervorspringenden Kanten oder Spitzen hat, an denen sich derartige Störungen bevorzugt ausbilden.
Die mit dieser Konstruktion einhergehende fehlende Flexibilität, die ansonsten zu einem Problem bei der Montage der Potentialsteuervorrichtung an einem Überspannungsableiter führen würde, wird ausgeglichen, in dem sowohl der Befestigungsabschnitt 7 als auch der Aufhängungsabschnitt 11 mit entsprechenden Mitteln ausgestaltet sind, die eine flexible Nachjustierung der Montageposition der Haltestrebe erlauben, sodass Fertigungstoleranzen und unterschiedliche Montagesituationen bewerkstelligt werden können.
Das erfindungsgemäße System erlaubt darüber hinaus auch einen flexiblen Einsatz der gleichen Bauteile bei unterschiedlichen Anwendungen. Die gleichen Haltestreben können für Steuerringe 1 unterschiedlichen Durchmessers oder für Koronaringe 1a verwendet werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die längliche Durchgangnut 73 in dem Befestigungsabschnitt 7 und die längliche Durchgangsnut 113 in dem Aufhängungsabschnitt 11 als eine „versenkte” Durchgangsnut ausgebildet. Dies führt dazu, dass auch die Schraube 75, die zum Befestigen der Haltestrebe an dem Steuerring 1 dient, und die Schraube, die zur Befestigung an der Endarmaturen 51 des Überspannungsableiters 5 dient, nicht über die Haltestrebe hervorspringen und nicht zu Funkstörspannungen beitragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29615185 U1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„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 [0003]
„Zinkoxid-Überspannungsableiter HS PEXLIM P-T und HS PEXLIM T-T” Monatgeanleitung, Dokument: I1HSA 801 080-06de, Montageanleitung HS PEXLIM P-T und T-T, Ausgabe 4, 2011-12, https://library.e.abb.com/public/81b7b6042e323bf2c1257a78001d2075/1HSA801080-06de.pdf [0007]
IEC 60099-4, 6.15 und 8.12 [0015]
„Metalloxid-Ableiter in Hochspannungsnetzen”, Grundlagen, von Volker Hinrichsen und Reinhard Göhler, 3. Auflage, September 2011 [0015]

Claims

Haltestrebe für ein Potentialsteuerelement (1) eines Überspannungsableiters (5), um das Potentialsteuerelement (1) relativ zu dem Überspannungsableiter (5) zu halten, wobei die Haltestrebe aufweist: einen Strebenabschnitt (9), einen Befestigungsabschnitt (7), der mit einem Ende des Strebenabschnitts (9) verbunden und zur Befestigung an dem Potentialsteuerelements (1) ausgestaltet ist; und einen Aufhängungsabschnitt (11), der mit dem anderen Ende des Strebenabschnitts (9) verbunden und zur Befestigung an dem Überspannungsableiter (5) ausgestaltet ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Strebenelement (9) im Querschnitt rund und/oder oval ist.
Haltestrebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (7) zur Befestigung an einer gewölbten Außenfläche des Potentialsteuerelements (1) in Form eines Torus oder eines Torussegnents ausgestaltet ist, so dass ein Winkel α zwischen der Normalen der gewölbten Außenfläche am Eingriffspunkt einer Befestigungsschraube (75) und dem Strebenabschnitt (9) einstellbar ist.
Haltestrebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen 0° und 90° einstellbar, insbesondere stufenlos einstellbar, ist.
Haltestrebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (7) eine an die Kontur der gewölbten Außenfläche des Potentialsteuerelements (1) angepasste Anlagefläche (71) aufweist, wobei eine längliche Durchgangsnut (73) in der Anlagefläche (71) ausgebildet ist, durch die eine in das Potentialsteuerelement (1) eingeschraubte Schraube (75) hindurch greifen kann.
Haltestrebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Aufhängungsabschnitt (11) ein Gelenk (111) umfasst.
Potentialsteuervorrichtung mit: einem Potentialsteuerelements (1) in Form eines Torus oder eines Torussegnents; und einer Mehrzahl von Haltestreben, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestreben nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestaltet sind.
Potentialsteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialsteuervorrichtung einen Steuerring (1) aufweist.
Potentialsteuervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialsteuervorrichtung einen Koronarring (1a) aufweist.
Überspannungsableitervorrichtung mit: einem Überspannungsableiter (5); und einer Potentialsteuervorrichtung; dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 ausgestaltet ist.