DE102018215830A1

DE102018215830A1 - Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter und Überspannungsableiter mit der Abtrennvorrichtung

Info

Publication number: DE102018215830A1
Application number: DE102018215830.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Duwe; Thomas Hilker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-03-19
Also published as: WO2020057925A1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abtrennvorrichtung (41,70) für einen Überspannungsableiter, aufweisend ein erstes Anschlussmittel (1) und ein zweites Anschlussmittel, und eine elektrisch leitende Verbindung (4,6) zwischen den beiden Anschlussmitteln (1), dadurch gekennzeichnet, dassein mit einem Fluid (42) gefüllter Berstbehälter (5) vorgesehen ist, wobei das Fluid (42) ausgebildet ist, oberhalb einer vorgegebenen Temperaturgrenze den Berstbehälter (5) zumindest teilweise zu zerstören, und dassein Beschleunigungsmittel (7) vorgesehen ist, dass durch die zumindest teilweise Zerstörung des Berstbehälters (5) auslösbar ist, um das zweite Anschlussmittel von dem ersten Anschlussmittel (1) unter Ausbildung einer Trennstrecke weg zu bewegen.Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Überspannungsableiter mit der Abtrennvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtrennvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Überspannungsableiter gemäß Anspruch 15.
Überspannungsableiter werden im Mittelspannungs- und Hochspannungsbereich eingesetzt, um sog. Überspannungen, also Spannungen weit oberhalb der im Betrieb vorgesehenen Nennspannungen, sicher abzubauen. Hierdurch werden Schäden an Betriebsmitteln wie z.B. Transformatoren vermieden. Beispielsweise kann ein Überspannungsableiter für Hochspannung an einer Freileitung angeordnet werden und bei Blitzeinschlag oder Kurzschluss unzulässig hohe Ströme zur Erde hin ableiten.
Überspannungsableiter enthalten i.d.R. sog. Varistoren, d.h. elektrische Widerstände, deren elektrischer Widerstandswert bis zu einer bauartbedingten Schwellenspannung sehr hoch und oberhalb der Schwellenspannung stark vermindert ist, so dass der Überspannungsableiter zu einem guten elektrischen Leiter wird. Es werden z.B. Metalloxidwiderstände in Scheibenform übereinander in einem Gehäuse angeordnet und an den jeweiligen Enden des Gehäuses mit dem Hochspannungspotential und dem Erdpotential verbunden. Dabei ist der Überspannungsableiter im Regelbetrieb kaum leitend, so dass nur ein geringer Leckstrom zur Erde fließt. Im Fehlerfall dagegen fließt ein hoher Ableitstrom.
Dabei kann es jedoch im langjährigen Betrieb eines Überspannungsableiters zu Schäden am oder im Ableiter kommen, die dazu führen, dass ein so hoher Kurzschlussstrom durch den Ableiter fließt, dass es im Inneren des Ableiters zu einer Gasentwicklung kommt. In diesem Fall kann ein Ableiter unkontrolliert explodieren und Menschen sowie andere Betriebsmittel gefährden.
Um dies zu verhindern, werden häufig sogenannte Abtrennvorrichtungen eingesetzt. Diese Abtrennvorrichtungen lösen bei einem Stromfluss, der eine gewisse Dauer und Stärke überschreitet (die Grenzen sind durch die Bauart der Abtrennvorrichtung vorgegeben), eine Platzpatrone aus. Die Platzpatrone liegt hierfür in einer fluiddichten Kammer vor, die bei Auslösen der Patrone mit ausströmendem Gas gefüllt und so unter Druck gesetzt wird. Anschließend zerreißt der Druck in der Kammer die Gehäusewand nach Art einer Rohrbombe.
Die Explosion der Platzpatrone zerstört das Gehäuse der Abtrennvorrichtung und sprengt z.B. ein angeschlossenes Erdkabel ab. Auf diese Weise kommt es zu keiner Explosion des Ableiters selbst, sondern zu einer kleineren, kontrollierten Explosion an der Abtrennvorrichtung.
Bekannt ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 100 25 685 A1 eine Abtrennvorrichtung, bei der eine Spiralfeder eingesetzt wird, um ein Widerstandselement auf eine Sprengvorrichtung bzw. Platzpatrone zu drücken. Es wird ein Strompfad ausgebildet, der im Fehlerfall zusammen mit einem in einem daneben angeordneten Hohlraum gezündeten Lichtbogen starke Hitze erzeugt. Die Hitze löst die Platzpatrone aus, zerstört das Gehäuse der Abtrennvorrichtung und sprengt einen Anschlussbolzen ab, um eine sichere Trennung zu gewährleisten. Es ist in der Technik bekannt, dass Platzpatronen typischerweise bei einer Temperatur von ca. 185 °C auslösen.
Problematisch ist es dabei jedoch, dass die Explosion der Platzpatrone erhitzte Partikel wie z.B. Gehäusesplitter oder Teile der Patrone freisetzen kann, die zur Erde hinabfallen. In besonders trockenen, Buschbrand-gefährdeten Regionen der Erde wie z.B. in Kalifornien oder Australien, können diese Partikel Wald- bzw. Buschbrände auslösen, die Menschenleben gefährden und großen Sachschaden anrichten. In solchen Regionen werden daher in den trockenen Monaten des Jahres vorhandene Grasflächen unterhalb des Ableiters ständig durch den jeweiligen Freileitungsbetreiber gemäht und das brennbare Material entfernt. Dies verringert das Risiko eines Brandes, falls eine Abtrennvorrichtung auslöst. Dieses Mähen an tausenden von Orten eines Stromnetzes ist personal- und kostenintensiv.
An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbare Abtrennvorrichtung anzugeben, die einen vergleichsweise besonders sicheren Einsatz in brandgefährdeten Regionen erlaubt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Abtrennvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Das erste Anschlussmittel ist beispielsweise für eine elektrisch leitende Verbindung mit einem Überspannungsableiter ausgebildet. Das zweite Anschlussmittel ist beispielsweise für eine elektrisch leitende Verbindung mit einem Erdkabel ausgebildet.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein mit einem hitzeempfindlichen Fluid befüllter Berstbehälter in einer mechanisch vorgespannten Abtrennvorrichtung ausreichend ist, um für eine Unterbrechung des Strompfades im Fehlerfall zu sorgen. Das Prinzip eines fluidgefüllten Berstbehälters wird beispielsweise bei Sprinkleranlagen eingesetzt. Es wird ein fluiddichter Glaszylinder mit einer Form, die im Wesentlichen medizinischen Ampullen gleicht, als Berstbehälter eingesetzt. Im Glaszylinder ist eine Spezialflüssigkeit und ein geringer Anteil Gas eingeschlossen. Bei einem Temperaturanstieg dehnt sich die Flüssigkeit in dem Glaszylinder aus. Der Druck steigt an, bis der Glaszylinder platzt und einen Verschluss des Sprinklers frei gibt. Löschwasser wird gleichmäßig über einen Brandherd in Form eines Spritzregens verteilt. Geeignete Spezialflüssigkeiten haben dabei in Abstimmung auf das verwendete Glasgefäß und den Anwendungsfall Auslösetemperaturen, die z.B. zwischen 57°C und 182 °C liegen. Auf Wikipedia sind handelsübliche Flüssigkeiten beschrieben, die zur vereinfachten Erkennung der Auslösetemperatur farbkodiert sind (permanenter Link:

https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Sprinkleranlage&ol did=176835902). Hellrote Flüssigkeit löst schon bei 57°C aus, rote bei 68°C und violette erst bei 182°C. In einem Zwischenbereich liegen die gelbe (79°C), grüne (93°C) und blaue (141°C) Flüssigkeiten. Auch blauschwarze Flüssigkeit mit 340°C ist bekannt. Die Auslösetemperatur des Sprinklers wird so gewählt, dass sie ca. 30°C über der maximal zu erwartenden Raumtemperatur liegt. Damit wird einerseits sichergestellt, dass der Sprinkler auslöst, bevor große Schäden eingetreten sind, andererseits wird dadurch das Auslösen der Sprinkleranlage ohne Brandeinwirkung praktisch ausgeschlossen. Details zu den Flüssigkeiten und den eingesetzten Glaszyindern bzw. Ampullen sind in der „DIN EN 12259-1:2006 Ortsfeste Löschanlagen - Bauteile für Sprinkler- und Sprühwasseranlagen - Teil 1: Sprinkler“ festgehalten. Nennauslösetemperaturen sind auf Seite 9 in Tabelle 2 gelistet. Festigkeitsanforderungen an die Berstbehälter aus Glas sind auf den Seiten 39 fortfolgend angegeben.

Es können unter Einsatz dies Prinzips einer temperaturabhängigen Zerstörung eines Bauteils zahlreiche Bauformen umgesetzt werden, aus denen der Fachmann unter Berücksichtigung der Konstruktion der Abtrennvorrichtung, der benötigen Auslösetemperatur und der tolerierbaren Zeit bis zur Auslösung im Fehlerfall eine geeignete Variante auswählt. Es kann prinzipiell jede beliebige Kombination eines Fluids, also ggf. auch eines Gases oder Gasgemisches (ggf. unter hohem Druck) mit einem Berstbehälter eingesetzt werden, die die Erfordernisse erfüllt. Ist die benötigte Auslösetemperatur sehr gering, beispielsweise bei Einsatz einer Abtrennvorrichtung in Polarregionen, so könnte z.B. schon eine dünne, mit Wasser befüllte, Glasampulle genügen (ggf. mit einem Frostschutzmittel gegen Einfrieren). Damit wäre eine Auslösetemperatur von in etwa 100°C gegeben.
Es ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass die Abtrennvorrichtung ohne die Verwendung pyrotechnischer Erzeugnisse eingesetzt werden kann. Dadurch können keine heißen Partikel oder Funken entstehen, die einen Brand auslösen könnten. Die erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung kann auch dort eingesetzt werden, wo pyrotechnische Auslöser nicht zugelassen sind. Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Bauteile der Abtrennvorrichtung auch nach einem Auslösen wiederverwendbar sind, wenn der flüssigkeits- oder gasgefüllte Behälter ersetzt wird. Dies schont die Umwelt und spart Kosten ein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Fluid eine Flüssigkeit eingesetzt, die geeignet ist, oberhalb einer Temperaturgrenze von 120°C den Berstbehälter durch eine temperaturabhängige Volumenvergrößerung zumindest teilweise zu zerstören.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Fluid eine Flüssigkeit eingesetzt, die geeignet ist, oberhalb einer Temperaturgrenze von 170°C den Berstbehälter durch eine temperaturabhängige Volumenvergrößerung zumindest teilweise zu zerstören. Dies ist ein Vorteil, weil dies in etwa der Auslösetemperatur von handelsüblichen Platzpatronen entspricht. Bei dieser Temperatur werden einerseits Fehlauslösungen durch Abwärme von Betriebsmitteln und oder direkte Sonneneinstrahlung im Sommer verhindert, weil die Auslösetemperatur nicht erreicht wird. Andererseits ist die Auslösetemperatur niedrig genug, um rasch und sicher die Abtrennvorrichtung auszulösen, wenn ein Fehler auftritt. Bevorzugt wird als Fluid eine Flüssigkeit eingesetzt, das eine Auslösetemperatur zwischen 170°C und 250°C aufweist. Es kann z.B. die mit der Farbe Violett gekennzeichnete Flüssigkeit gemäß o.g. Wikipedia-Artikel eingesetzt werden, die eine Auslösetemperatur von 182°C aufweist. Dies ist ein besonderer Vorteil, weil gebrauchsfertige Glaszylinder mit der Flüssigkeit standardisiert und sehr kostengünstig erhältlich sind. Hierdurch wird die Abtrennvorrichtung kostengünstig in der Herstellung. Ferner sind im Stand der Technik zahlreiche positive Erfahrungen mit Platzpatronen dokumentiert, die bei einer vergleichbaren Temperatur auslösen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist das Beschleunigungsmittel eine im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung vorgespannte erste Feder auf. Normalbetrieb im Sinne der Erfindung ist dabei ein Zustand, bei dem der Überspannungsableiter ordnungsgemäß funktioniert und ein Ableitstrom kontrolliert über die Abtrennvorrichtung zu Erde abfließen kann. Dies ist ein Vorteil, weil Federn einfach und kostengünstig herstellbar sind und eine lange Haltbarkeit auch unter einer Vorspannung erreichbar ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist die erste Feder als eine erste Spiralfeder ausgebildet ist. Dies ist ein Vorteil, weil eine Spiralfeder im Wesentlichen eine zylindermantelartige Form aufweist, die sich besonders einfach in eine z.B. mit zylinderförmigen Kontakten ausgebildete Abtrennvorrichtung einfügen lässt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung setzt das Beschleunigungsmittel auf einem beweglichen Kontakt, der mit dem zweiten Anschlussmittel verbunden ist, auf. Dies ist ein Vorteil, weil das Beschleunigungsmittel im Fehlerfall den beweglichen Kontakt und das daran angebrachte zweite Anschlussmittel aus der Abtrennvorrichtung herausschleudern kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist die elektrisch leitendende Verbindung einen ersten Strompfad mit einem elektrischen Widerstand und einen zweiten Strompfad mit einer Lichtbogenkammer auf, wobei der Berstbehälter derart an der Lichtbogenkammer angeordnet ist, dass im Fehlerfall durch einen Lichtbogen in der Lichtbogenkammer und/oder eine Wärmeentwicklung auf dem ersten Strompfad das Fluid ausreichend erhitzt wird, um den Berstbehälter zumindest teilweise zu zerstören. Dies ist von Vorteil, weil eine genaue Abstimmung in Bezug auf Dauer und Stromstärke eines Ableitstromes möglich ist, um ein Auslösen der Abtrennvorrichtung nur im Fehlerfall sicher zu stellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist eine Verriegelungsvorrichtung ausgebildet, im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung das Beschleunigungsmittel derart festzulegen, dass das zweite Anschlussmittel elektrisch leitend mit dem ersten Anschlussmittel verbunden ist, und im Fehlerfall das Beschleunigungsmittel frei zu geben, um die Ausbildung der Trennstrecke zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist die Verriegelungsvorrichtung mindestens ein Sperrmittel auf, das im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung in einer Ausnehmung des beweglichen Kontakts und in einer Aussparung eines Festkontakts angeordnet ist, wobei ein Verriegelungskörper ein Herausrutschen des Sperrmittels aus der Ausnehmung des beweglichen Kontakts verhindert. Für eine Verriegelung genügt ein einziges Sperrmittel wie z.B. eine Kugel aus Metall oder einem harten Kunststoff, ggf. können jedoch zwei oder mehr Sperrmittel mit Vorteil eingesetzt werden, um beispielsweise bei einer um den beweglichen Kontakt umlaufenden Verteilung mit gleichem Winkelabstand eine verringerte Biegebelastung zu erzielen. Damit wird ein unbeabsichtigtes Verklemmen der Verriegelungsvorrichtung weitestgehend ausgeschlossen.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist die Verriegelungsvorrichtung mindestens ein Sperrmittel auf, das im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung in einer Ausnehmung des Festkontakts und in einer Aussparung des beweglichen Kontakts angeordnet ist, wobei ein Verriegelungskörper ein Herausrutschen des Sperrmittels aus der Ausnehmung des Festkontakts verhindert.
Diese Ausführungsform bedient sich des gleichen Funktionsprinzips wie die vorgenannte Ausführungsform, jedoch ist der bewegliche Kontakt hier außen über den Festkontakt überlappend angeordnet. Damit liegt z.B. auch das Beschleunigungsmittel außerhalb des Festkontakts.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist ein Entriegelungsmittel ausgebildet, im Fehlerfall den Verriegelungskörper zu bewegen, so dass das mindestens eine Sperrmittel freigegeben wird, damit das mindestens eine Sperrmittel aus der jeweiligen Ausnehmung herausrutscht und das Beschleunigungsmittel den beweglichen Kontakt vom ersten Anschlussmittel wegbewegt. Dies ist ein Vorteil, weil eine besondere sichere Bauform erreicht wird, so dass Fehlauslösungen verhindert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist das Entriegelungsmittel eine zweite Feder auf. Dies ist ein Vorteil, weil Federn einfach und kostengünstig herstellbar sind und eine lange Haltbarkeit auch unter einer Vorspannung erreichbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist die zweite Feder als eine zweite Spiralfeder ausgebildet. Dies ist ein Vorteil, weil eine Spiralfeder im Wesentlichen eine zylindermantelartige Form aufweist, die sich besonders einfach in eine z.B. mit zylinderförmigen Kontakten ausgebildete Abtrennvorrichtung einfügen lässt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist eine Arretierungsvorrichtung vorgesehen, um für Transport und Lagerung den beweglichen Kontakt an dem Festkontakt lösbar festzulegen. Dies ist von besonderem Vorteil, weil zahlreiche Länder in entsprechenden Transportvorgaben festlegen, dass versehentliche Auslösungen keine Gefahr für Menschen oder Material darstellen dürfen.
Ist dies nicht hinreichend gegeben, so sind teure Transportsicherungen wie z.B. Transportboxen vorgeschrieben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist die Arretierungsvorrichtung ein Gewinde an einem Kontaktbereich zwischen dem beweglichen Kontakt und dem Festkontakt auf, so dass eine Schraubverbindung durch Drehen des beweglichen Kontakts gegen den Festkontakt ausbildbar ist. Es findet eine Sicherung gegen Fehlauslösen durch das integrierte Gewinde auf einfache Weise statt. Es werden keine weiteren Bauteile zur Sicherung benötigt.
An die Erfindung stellt sich ferner die Aufgabe, einen Überspannungsableiter anzugeben, der mit einer vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbaren Abtrennvorrichtung, die einen vergleichsweise besonders sicheren Einsatz in brandgefährdeten Regionen erlaubt, versehen ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Überspannungsableiter nach Anspruch 15. Es ergeben sich sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für die erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung erläutert.
Zur besseren Erläuterung der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung sind bevorzugte Ausführungsbeispiele in den Figuren angegeben. Dabei zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung, und
2 eine Detailansicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Anspruch 1, und
3 eine Detailansicht eines beweglichen Kontakts, und
4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung.

In der 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung 41 gezeigt. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der 1. Die Abtrennvorrichtung 41 wird thermisch ausgelöst, beruht jedoch nicht auf dem Prinzip der pyrotechnischen Treibladung. Es wird keine Platzpatrone oder dergleichen als Sprengkörper eingesetzt.
Die Abtrennvorrichtung 41 weist ein elektrisch isolierendes Gehäuse 2 auf, das im Wesentlichen topfförmig oder glockenförmig ausgebildet ist. Das Gehäuse 2 ist mit seiner geschlossenen Seite (dem „Topfboden“) an einem ersten Anschlussmittel 1 angeordnet, das als Elektrode einer Verbindung mit einem Überspannungsableiter (nicht gezeigt) dient. Hierfür weist das erste Anschlussmittel 1 eine Bohrung 20 mit Innengewinde zur Aufnahme eines Anschlussbolzens auf. Dieses Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, so dass viele Teile zylinderförmig (d.h. im Längsschnitt kreisförmig) ausgebildet sind, um z.B. Ineinander steckbar zu sein. Dem Fachmann ist dabei jedoch klar, dass praktisch jede andere Geometrie im Längsschnitt wie z.B. ein Sechseck oder ein Quadrat mit dem gleichen Funktionsprinzip konstruierbar ist, wenn die einzelnen Bauteile entsprechend zueinander passen bzw. z.B. Ineinander steckbar sind.
Ein zweites Anschlussmittel ist am anderen Ende der Abtrennvorrichtung 41 angeordnet. Das zweite Anschlussmittel ist z.B. als eine kurze Schraube (nicht dargestellt) ausgebildet, an die ein Erdkabel anschließbar ist. Zur Montage der Abtrennvorrichtung ist eine Montagehilfe gezeigt, die einen Anschlussbolzen 50 mit einem Schraubenkopf 11 aufweist. Der Anschlussbolzen 50 ist in einem Verriegelungskörper 8 durch Hineinschrauben in ein Gewinde festgelegt. Mit der Montagehilfe kann die Abtrennvorrichtung im vorgespannten Zustand montiert werden. Für den Betrieb an einem Ableiter wird die Montagehilfe aus dem Verriegelungskörper 8 entfernt. Die kurze Schraube wird als zweites Anschlussmittel in ein Gewinde 62 in einem beweglichen Kontakt 10 eingedreht und das Erdkabel verbunden (nicht dargestellt).
Zwischen den beiden Anschlussmitteln 1 besteht im Normalbetrieb des Abtleiters und der Abtrennvorrichtung 41, also vor Auslösen der Abtrennvorrichtung 41, eine elektrisch leitende Verbindung. Das erste Anschlussmittel 1 grenzt an eine Lichtbogenkammer 60 an, die einen alternativen Strompfad für einen Ableitstrom bereitstellt. Die Lichtbogenkammer 60 weist einen Leiterbogen 61 auf, der sich halbkreisförmig in Richtung eines Gegenkontakts 13 wölbt. Seitlich wird die Lichtbogenkammer 60 durch eine Wand 21 begrenzt, die nach außen hin mit einem Isolatormaterial 4 umgeben ist. Die Lichtbogenkammer 60 ist an einem Festkontakt 6 angeordnet, der als Hohlzylinder ausgebildet ist. Dabei überbrückt ein elektrischer Widerstand 3 die Lichtbogenkammer 60, indem er eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Anschlussmittel 1 und dem Festkontakt 6 bereitstellt. Der elektrische Widerstand 3 und die Lichtbogenkammer 60 sind derart aufeinander abgestimmt, dass im Normalbetrieb ein Ableitstrom aus dem Ableiter über das erste Anschlussmittel 1, den elektrischen Widerstand 3 und den Festkontakt 6 in den beweglichen Kontakt 10 abfließen kann. Von dort kann der Ableitstrom z.B. über ein an das zweite Anschlussmittel angeschlossenes Erdkabel auf Erde abfließen. Überschreitet ein Ableitstrom jedoch in seiner Dauer und Stärke bauartbedingte Grenzen, so muss die Abtrennvorrichtung 41 auslösen, weil z.B. eine Varistorensäule im Ableiter beschädigt ist und einen dauerhaften Kurzschluss einer Freileitung auf Erde bewirken könnte. In einem solchen Fehlerfall ist die über der Lichtbogenkammer 60 abfallende Spannung so hoch, dass sich ein Lichtbogen zwischen dem Leiterbogen 61 und dem Gegenkontakt 13 ausbilden kann.
An dem Gegenkontakt 13 ist ein Berstbehälter 5 angeordnet, der als Glaszylinder bzw. als Glasampulle ausgebildet ist. Im dem Berstbehälter ist ein Fluid vorgesehen. In diesem Beispiel ist eine temperatursensitive Flüssigkeit 42 in dem Berstbehälter enthalten, die sich oberhalb einer vorgegebenen Temperaturgrenze soweit ausdehnen kann, dass der Berstbehälter zumindest teilweise zerstört wird. In dem Berstbehälter 5 ist neben der Flüssigkeit 42 ggf. noch ein kleiner Lufteinschluss 43 vorhanden. Die Flüssigkeit 42 ist beispielsweise eine handelsübliche temperatursensitive Flüssigkeit zum Auslösen von Sprinkleranlagen, die geeignet ist, oberhalb einer Temperaturgrenze von 120°C den Berstbehälter 5 zumindest teilweise zu zerstören. Z.B. kann eine mit violetter Farbe kodierte übliche Flüssigkeit mit einer Temperaturgrenze von 182°C verwendet werden. Wenn im Fehlerfall ein Lichtbogen in der Lichtbogenkammer 60 entsteht, so führt die Wärmeentwicklung des Lichtbogens nach sehr kurzer Zeit zum Bersten des Berstbehälters 5.
Ein Beschleunigungsmittel weist eine im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung 41 vorgespannte erste Spiralfeder 7 als Beschleunigungsmittel auf, die an der Innenseite des zylinderförmigen Festkontakts 6 anliegt. Die erste Spiralfeder 7 ist an ihrem dem ersten Anschlussmittel 1 zugewandten Ende an einer ersten Schulter 55 abgestützt. An ihrem anderen Ende ist die erste Spiralfeder 7 auf dem ebenfalls an der Innenseite des zylinderförmigen Festkontakts 6 anliegenden beweglichen Kontakt 10 abgestützt. In dem dargestellten Beispiel ist die erste Spiralfeder 7 so bemessen, dass ihr Draht einen größeren Durchmesser als die Wandstärke 51 der Topfwand 52 des beweglichen Kontakts 10 aufweist. Um eine Verschiebbarkeit zu gewährleisten, ist der bewegliche Kontakt 10 verjüngt ausgebildet, d.h. dass sein Durchmesser beispielsweise kleiner ist als der Durchmesser 33, also z.B. ebenfalls den Durchmesser 32 aufweist. Hierdurch ergibt sich eine umlaufende Stufe 56, so dass die erste Spiralfeder 7 Platz zwischen dem beweglichen Kontakt 6 und dem Festkontakt 6 findet.
Optional ist als zusätzliche Sicherungsmaßnahme für Transport und Lagerung eine Arretierungsvorrichtung 15 vorgesehen. In einer einfachen Ausprägung ist ein Gewinde zwischen dem beweglichen Kontakt 10 und dem Festkontakt 6 ausgebildet. Alternativ kann ein Bajonettverschluss eingesetzt werden. Durch eine bis mehrere Drehungen ist der bewegliche Kontakt 10 damit im Festkontakt 6 lösbar festzulegen. Für den Einsatz vor Ort kann durch Drehen die Schraubverbindung der Arretierungsvorrichtung 15 gelöst werden - im Fehlerfall kann die Abtrennvorrichtung 41 dann auslösen und den bewegbaren Kontakt 10 aus dem Festkontakt 7 herausschießen.
Der bewegliche Kontakt 10 ist im Wesentlichen als ein Zylinder ausgebildet, der eine zylinderförmige Ausnehmung 30 mit einem Innendurchmesser 33 aufweist. Der bewegliche Kontakt 10 ist im Wesentlichen also ebenfalls topfförmig mit einer „Topfwand“ 52 und einem „Topfboden“ 53 ausgebildet, wobei die offene Seite des Topfes dem ersten Anschlussmittel 1 zugewandt ist. Ein Anschlussbolzen 50 ragt dabei in den Bereich des Topfes bzw. in die Ausnehmung 30 hinein. Um den Anschlussbolzen 50 ist eine vorgespannte zweite Spiralfeder 14 gelegt. Ein Verriegelungskörper 8 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme des Anschlussbolzens 50 auf und ist zur Montage in diesen wie eingangs erläutert eingeschraubt. Durch die vorgespannte zweite Spiralfeder 14 ist der Verriegelungskörper 8 mit einem Abstand 31 vom Boden des topfförmigen zweiten Anschlussmittels beabstandet. Es ist dadurch ein luftgefüllter Hohlraum 30 vorhanden. Auf einem Teil seiner Länge weist der Verriegelungskörper 8, insbesondere an seinem dem zweiten Anschlussmittel zugewandten Ende, eine Verjüngung mit einem zweiten Durchmesser 32 auf, der kleiner als der Innendurchmesser 33 ist. Durch diese Verjüngung entsteht eine ringförmige Stufe 24 ausgebildete Ausnehmung, die den luftgefüllten Hohlraum 30 in Richtung den ersten Anschlussmittels 1 verlängert.
3 zeigt eine Detailansicht eines beweglichen Kontakts 10. Der Kontakt 10 weist zwei Ausnehmungen 20 auf, wobei aufgrund der dreidimensionalen Darstellung der 3 nur eine Ausnehmung 20 zu sehen ist. Die Ausnehmungen 20 sind beispielsweise kreisrunde Bohrungen, die die „Topfwand“ 52 des beweglichen Kontakts 10 vollständig durchdringen.
In den beiden Ausnehmungen 20 des beweglichen Kontakts 10 sind Sperrkörper 9 angeordnet, die beispielsweise als Kugeln oder als Zylinder ausgebildet sein können (bei zylindrischen Bohrungen für die Ausnehmungen 20). Bevorzugt sind die Sperrkörper 9 nur geringförmig verformbar, d.h. mit einer harten Oberfläche versehen. Beispielsweise können die Sperrkörper aus Metall oder hartem Kunststoff bestehen. Der Durchmesser 38 der Sperrkörper, die im Ausführungsbeispiel als Kugeln ausgebildet sind, ist bevorzugt so bemessen, dass nur wenig Spiel in der jeweiligen Ausnehmung 20 besteht. Dabei ist der Durchmesser 38 der Sperrkörper 9 größer als die Wandstärke 51 der „Topfwand“ 52 des topfförmigen beweglichen Kontakts 10. Auf der Innenseite liegt der Verriegelungskörper 8 an der Topfwand 52 mit geringem Spiel an, so dass der jeweilige Sperrkörper 8 im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung 41 nicht nach innen rutschen kann. Da die Sperrkörper 9 jeweils einen größeren Durchmesser 38 als die Topfwand 52 aufweisen, stehen sie jeweils nach außen aus den Ausnehmungen 20 über. Der überstehende Teil der Sperrkörper 9 ist in eine Aussparung, die als eine umlaufende Nut 12 ausgebildet ist, an der Innenseite des Festkontakts 7 eingeführt. Die Nut 12 erstreckt sich über eine gewisse Breite entlang der Innenseite des Festkontakts 7 in Richtung des Topfbodens 53 des beweglichen Kontakts 10. Ist eine Schraubverbindung mittels Gewinde für die optionale Arretierungsvorrichtung 15 vorgesehen, so sollte für eine Drehbarkeit des beweglichen Kontakts 10 die Nut 12 als ringförmig umlaufende Nut ausgestaltet sein.
Im Folgenden soll nun die Auslösung der Abtrennvorrichtung im Fehlerfall kurz erläutert werden.
Im Fehlerfall fließt der Ableitstrom nicht mehr nur über den Widerstand 4 ab, sondern es wird in der Lichtbogenkammer 60 ein Lichtbogen ausgebildet. Die Hitze des Lichtbogens und/oder die thermische Energie des Stromflusses in den Leitern wirkt auf den flüssigkeitsgefüllten Berstbehälter 5 ein. Dieser stützt im Normalbetrieb als Blockierung den Verriegelungskörper 8, der auf dem Berstbehälter abgestützt ist. Der Verriegelungskörper 8 ist durch die zweite Spiralfeder 14 gegen den flüssigkeitsgefüllten Berstbehälter 5 gespannt. Wenn sich die Flüssigkeit 42 infolge der Erwärmung ausdehnt, wird der Berstbehälter 42 zerstört. Beispielsweise wird eine Glasampulle 42 benutzt, die z.B. auf ihrem vollen Umfang zerplatzt und dadurch den Verriegelungskörper 8 nicht mehr abstützen kann.
Die zweite Spiralfeder 14 verschiebt den Verriegelungskörper 8 nun in Richtung des ersten Anschlussmittels 1, so dass eine radiale Bewegung der Sperrkörper 9 in Ausnehmungen 24 des Verriegelungskörpers 8, die als umlaufende ringförmige Stufe 24 ausgebildet sind, möglich ist. Dadurch ist die erste Spiralfeder 7 frei gegeben, den beweglichen Kontakt 10 mit dem Verriegelungskörper 8 in Richtung vom ersten Anschlussmittel weg aus der Abtrennvorrichtung 41 herauszudrücken. Dabei wird die Bewegung der Sperrkörper 9 durch abgeschrägte Ecken 33,35 in der Nut 12 und der ringförmigen Stufe 24 erleichtert.
Der bewegliche Kontakt 10 wird also durch die erste Spiralfeder 7 angetrieben aus dem Festkontakt 6 herausgeschoben und der elektrische Strompfad wird geöffnet.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung 70. Bei dieser Variante erfolgt anders als in dem ersten Ausführungsbeispiel keine gegenläufige Bewegung der beiden Federn 7,14 bei einer Auslösung der Abtrennvorrichtung 70. Beide Federn 7,14 entspannen sich in dieser Variante in die gleiche Richtung, nämlich von dem ersten Anschlussmittel 1 weg.
Der Festkontakt 6 ist als Hohlkörper ausgebildet, in dessen Inneren eine zweite Spiralfeder 14 im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung vorgespannt auf einem Verriegelungskörper 8 abgestützt ist. Der Verriegelungskörper 8 ist verschiebbar auf einem Berstbehälter 5 abgestützt, der auf einem Topfboden eines topfförmig ausgebildeten beweglichen Kontakts 10 angeordnet ist. Der Verriegelungskörper 8 enthält in dieser Variante die Lichtbogenkammer.
Der bewegliche Kontakt 10 überlappt in diesem Ausführungsbeispiel - im Gegensatz zur ersten Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 - außerhalb des Festkontakts 6 mit diesem. Eine erste Spiralfeder 7 zum Trennen der Kontakte 6,10 liegt außerhalb des Festkontakts 6 an diesem an und ist im Normalbetrieb vorgespannt. Die erste Spiralfeder 7 ist auf dem beweglichen Kontakt 10 und dem ersten Anschlussmittel 1 abgestützt.
Es ist wiederrum eine optionale Arretierungsvorrichtung 15 vorgesehen, die mittels einer Schraubverbindung bzw. Gewinden eine Transport- und Lagerungssicherung bereitstellt, indem der bewegliche Kontakt 10 und der Festkontakt 6 lösbar festgelegt werden.
Im Folgenden soll nun die Auslösung der Abtrennvorrichtung 70 im Fehlerfall kurz erläutert werden. Wenn der Berstbehälter 5 im Fehlerfall zerstört wird, so presst die zweite Spiralfeder 14 den Verriegelungskörper 8 in Richtung des Topfbodens des beweglichen Kontakts 10. Hierdurch werden Sperrkörper 9, die in Ausnehmungen des Festkontakts 6 liegen, frei gemacht und können ins Innere des Festkontakts 6 rutschen. Dies entriegelt die Bewegungsfreiheit des beweglichen Kontakts 10, der nun durch die erste Spiralfeder 7 vom ersten Anschlussmittel 1 weg beschleunigt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10025685 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 12259-1:2006 [0012]

Claims

Abtrennvorrichtung (41,70) für einen Überspannungsableiter, aufweisend ein erstes Anschlussmittel (1) und ein zweites Anschlussmittel , und eine elektrisch leitende Verbindung (4,6) zwischen den beiden Anschlussmitteln (1,11), dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Fluid (42) gefüllter Berstbehälter (5) vorgesehen ist, wobei das Fluid (42) ausgebildet ist, oberhalb einer vorgegebenen Temperaturgrenze den Berstbehälter (5) zumindest teilweise zu zerstören, und dass ein Beschleunigungsmittel (7) vorgesehen ist, dass durch die zumindest teilweise Zerstörung des Berstbehälters (5) auslösbar ist, um das zweite Anschlussmittel von dem ersten Anschlussmittel (1) unter Ausbildung einer Trennstrecke weg zu bewegen.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Flüssigkeit (42) ist, die geeignet ist, oberhalb einer Temperaturgrenze von 120°C den Berstbehälter (5) durch eine temperaturabhängige Volumenvergrößerung zumindest teilweise zu zerstören.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmittel eine im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung (41,70) vorgespannte erste Feder (7) aufweist.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder als eine erste Spiralfeder (7) ausgebildet ist.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungsmittel (7) auf einem beweglichen Kontakt (10), der mit dem zweiten Anschlussmittel (11) verbunden ist, aufsetzt.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Verbindung (4,6,10) einen ersten Strompfad (4,6,10) mit einem elektrischen Widerstand (4) und einen zweiten Strompfad (7,10,13,61) mit einer Lichtbogenkammer (60) aufweist, wobei der Berstbehälter (5) derart an der Lichtbogenkammer (60) angeordnet ist, dass im Fehlerfall durch einen Lichtbogen in der Lichtbogenkammer (60) und/oder eine Wärmeentwicklung auf dem ersten Strompfad (4,6) das Fluid ausreichend erhitzt wird, um den Berstbehälter (5) zumindest teilweise zu zerstören.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelungsvorrichtung (8,9,12,14,24) ausgebildet ist, im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung (41,70) das Beschleunigungsmittel (7) derart festzulegen, dass das zweite Anschlussmittel elektrisch leitend mit dem ersten Anschlussmittel (1) verbunden ist, und im Fehlerfall das Beschleunigungsmittel (7) frei zu geben, um die Ausbildung der Trennstrecke zu ermöglichen.
Abtrennvorrichtung (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (8,9,12,14,24) mindestens ein Sperrmittel (9) aufweist, das im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung (41) in einer Ausnehmung (20) des beweglichen Kontakts (10) und in einer Aussparung (12) eines Festkontakts (6) angeordnet ist, wobei ein Verriegelungskörper (8) ein Herausrutschen des Sperrmittels (9) aus der Ausnehmung (20) des beweglichen Kontakts (6) verhindert.
Abtrennvorrichtung (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsvorrichtung (8,9,14) mindestens ein Sperrmittel (9) aufweist, das im Normalbetrieb der Abtrennvorrichtung (70) in einer Ausnehmung des Festkontakts (6) und in einer Aussparung des beweglichen Kontakts (10) angeordnet ist, wobei ein Verriegelungskörper (8) ein Herausrutschen des Sperrmittels (9) aus der Ausnehmung des Festkontakts (10) verhindert.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entriegelungsmittel (14) ausgebildet ist, im Fehlerfall den Verriegelungskörper (8) zu bewegen, so dass das mindestens eine Sperrmittel (9) freigegeben wird, damit das mindestens eine Sperrmittel (9) aus der jeweiligen Ausnehmung herausrutscht und das Beschleunigungsmittel (7) den beweglichen Kontakt (10) vom ersten Anschlussmittel (1) wegbewegt.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Entriegelungsmittel (14) eine zweite Feder aufweist.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder als eine zweite Spiralfeder (14) ausgebildet ist.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arretierungsvorrichtung (15) vorgesehen ist, um für Transport und Lagerung den beweglichen Kontakt (10) an dem Festkontakt (6) lösbar festzulegen.
Abtrennvorrichtung (41,70) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungsvorrichtung (15) ein Gewinde an einem Kontaktbereich zwischen dem beweglichen Kontakt (10) und dem Festkontakt (6) aufweist, so dass eine Schraubverbindung durch Drehen des beweglichen Kontakts (10) gegen den Festkontakt (6) ausbildbar ist.
Überspannungsableiter mit einer Abtrennvorrichtung (41,70) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.