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Überspannungsableiter Die Erfindung befaßt .sich mit einer in einem
Isoliergehäuse untergebrachten überspannungsableitereinheit. Solche Einheiten werden
bekanntlich als Ableiter für hohe Spannungen zu einer Säule zusammengesetzt. Um
dabei nicht zu große Bauhöhen zu erreichen, die in mechanischer Hinsicht und wegen
der elektrischen Steuerung Schwierigkeiten bereiten, hat man die Ableiterelemente
einer Ableitereinheit in Form von mehreren Säulen nebeneinander angeordnet. Zumeist
ist dabei jede der in einem Isoliergehäuse untergebrachten Säulen von einem Isolierrohr
umgeben.
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Die bisher übliche Bauweise solcher Ableiter ist aufwendig, da die
Säulen mit Hilfe einer großen Zahl Abstützungen und Zwischenlagen zusammengesetzt
sind. Dadurch wird die Herstellung der Ableitereinheit verteuert und die Montage
erschwert. Zum Beispiel werden bei einer bekannten Ableitereinheit die Ableiterelemente
in Isolierkörpern untergebracht, die ineinandergeschachtelt werden. Die Isolierkörper
überlappen sich zum Teil. Sie müssen daher kostspielig mit großer Genauigkeit hergestellt
werden. Außerdem können die Ableiterelemente erst beim Zusammenbau in die Isolierkörper
eingelegt werden. Daher ist der Aufbau der Ableitereinheit aus den vielen erforderlichen
kleinen Einzelelementen sehr umständlich und zeitraubend.
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Erfindungsgemäß werden dagegen die Säulen zwischen zwei Kappen aus
Isoliermaterial angeordnet. In den Kappen sind Kammern vorgesehen, in die die Säulen
eingesetzt sind. Zur Erleichterung des Zusammenbaues können die Kammern in den Kappen
konisch ausgebildet sein. Durch die Kappen werden die Isolierrohre in der
gewünschten Lage gehalten. Sie können daher als Ganzes in das Gehäuse eines Ableiters
eingesetzt werden. Außerdem sind die einzelnen Säulen durch die als Barrieren wirkenden
Kappen aus Isoliermaterial so voneinander getrennt, daß keine Überschläge im Inneren
des Ableiters auftreten können.
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In den Kammern kann man eine Nut vorsehen, in die stromführende Teile
eingelegt sind. Die stromführenden Teile dienen als Anschlußstück oder leitende
Verbindung zwischen den Säulen. Die eingelegten Teile können federnd ausgebildet
sein, wodurch Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.
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Die Kappen einer Ableitereinheit können durch Stangen miteinander
verbunden werden, wobei die Stangen mit Vorteil an federnden Platten an den Enden
der Ableitereinheit angreifen können.
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Die federnden Platten tragen zugleich zur gleichmäßigen Verteilung
der Spannung bei. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Überspannungsableiters
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Ableitereinheit
gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt teilweise im Schnitt eine Abwicklung der überspannungsableitereinheit
ohne Gehäuse nach Fig. I und Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Endkappe, die der Lagerung
der einzelnen Säulen dient.
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Wie bereits erwähnt wurde, betrifft die Erfindung eine überspannungsableitereinheit,
die insbesondere für die Verwendung bei überspannungsableitern in Hochspannungsstationen
geeignet ist, die aber, wie ohne weiteres zu erkennen ist, einen vollständigen überspannungsableiter
darstellt und als solcher verwendet werden kann. Bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Ableitereinheit in einem zylindrischen Porzellangehäuse
1 angeordnet. Das Gehäuse 1 kann auch aus einem anderen wetterbeständigen Isoliermaterial
hergestellt sein. An den Enden des Gehäuses 1 sind metallische Kappen
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vorgesehen, die an den Stellen 3 durch Zement oder auf eine andere geeignete
Weise an diesem befestigt sind. Die Enden des Gehäuses 1 werden durch Membranen
4 aus Metall verschlossen, die an den Endkappen 2 in beliebiger Weise befestigt
sind, z. B. angeschraubt. Zwischen dem Gehäuse und der Membran 4 ist eine
Dichtung 5 vorgesehen, um das Innere des Gehäuses gasdicht zu verschließen. Die
Endkappen und die das Gehäuse verschließenden Mittel können hierbei jede beliebige
Gestalt annehmen.
Durch die Endkappen wird in an sich bekannter
Weise die elektrische und mechanische Verbindung zwischen gleichartigen Ableitereinheiten
eines Ableiters hergestellt.
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Die im Innern des Gehäuses 1 angeordnete Ableitereinheit besteht im
wesentlichen aus drei Säulen 6, 7 und 8, die nebeneinander angeordnet sind. Jede
Säule enthält Funkenstrecken oder Ventilelemente oder beides. Wie Fig. 2 zeigt,
sind die Säulen 6 und 8 gleich ausgebildet, und jede enthält eine Funkenstreckenanordnung
9 und mehrere Ventilelemente 10, die in Reihe geschaltet sind, während die Säule
7 nur Ventilelemente 10 enthält. Die Säulen können jede gewünschte Kombination von
Funkenstrecken und Ventilelementen enthalten.
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Die Funkenstreckenanordnung 9 besteht aus mehreren Funkenstrecken
11, die in einem Porzellangehäuse 12 angeordnet sind. Die Funkenstrecke 11 kann
jede hierfür geeignete Ausbildungsform besitzen. Jede Funkenstrecke 11 besteht insbesondere
aus einer flachen Elektrode 13 und einer Elektrode 14, die eine ringförmige Ausbuchtung
besitzt und zusammen mit der Elektrode 13 einen ringförmigen Lichtbogenraum bildet.
Die Elektroden 13 und 14 werden durch ein ringförmiges Isolierstück aus einem Material
hohen Wiederstandes voneinander getrennt. Ein ringförmiger permanenter Magnet 16
ist in dem durch die Ausbuchtungen der benachbarten Elektrode 14
gebildeten
Raum angeordnet und erzeugt in dem Lichtbogenraum ein Magnetfeld, das eine Wanderung
des Lichtbogens bewirkt, wodurch die Löschung desselben erleichtert wird.
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Die Anzahl der Funkenstrecken 11 wird durch die gewünschte Spannung
bestimmt. Die einzelnen Funkenstrecken sind in dem Rohr 12 so angeordnet, daß sie
eine senkrechte Säule bilden. Wenn erforderlich, können am Kopf und am Fuß der Säule
leitende Zwischenstücke 17 vorgesehen werden. Die Enden des Porzellanrohres 12 werden
durch metallische Endkappen 18 verschlossen, die mit dem Porzellanrohr in jeder
hierfür geeigneten Form verbunden sind, z. B. durch Anlöten an eine auf dem Porzellanrohr
an der mit 19 bezeichneten Stelle vorgesehene metallische Glasur. Eine feste, leitende
Verbindung der Funkenstrecken untereinander und mit den Endkappen 18 wird durch
federnde Platten 20 erzielt, so daß die zwischen den Endplatten 18 gelegenen
Funkenstrecken 11 in Reihe geschaltet sind. Die Endkappen 18 dienen als Kontaktmittel
für die Funkenstreckenanordnung 9.
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Die Ventilelemente 10 bestehen aus hierfür geeigneten Ventilen oder
nichtlinearen Widerständen, die vorzugsweise aus körnigem Siliziumkarbid hergestellt
sind, das mit einem Bindemittel aus kieselsaurem Natrium gemischt ist und zuerst
geformt und hiernach gebacken wird, wodurch ein Widerstand der bekannten Art entsteht.
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Wie Fig. 2 zeigt, entspricht der Aufbau der Säule 6 dem der Säule
B. Die Säule 8 ist aber - bezogen auf die Säule 6 - entgegengesetzt angeordnet.
Jede Säule besteht aus einer Funkenstreckenanordnung 9 und zwei Ventilelementen
10, die von einem Rohr 21 umgeben sind, das aus einem festen Isoliermaterial hergestellt
ist. Das eine Ende des Rohres 21 wird durch eine Kappe 22 aus Isoliermaterial verschlossen.
Die Kappe 22 wird durch Stifte 23 in ihrer Lage gehalten, die sich durch die Wand
des Rohres 21 erstrecken und in eine Aussparung der Kappe 22 hineinragen. In der
Mitte der Kappe 22 ist eine Aussparung 24 vorgesehen, in die eine Feder 25 eingreift.
Ein Kontaktstift 26 erstreckt sich durch die Kappe 22 und wird durch die Feder 25
nach außen gedrückt. An der Kappe 22 ist eine federnde Platte 27 angebracht, gegen
die sich die Feder 25 legt, so daß die federnde Platte 27 gegen die aus Funkenstrecken
und Ventilelementen gebildete Säule gedrückt wird. Wenn die Überspannungsableitereinheät,
wie später noch beschrieben werden soll, zusammengebaut ist, ist die Säule aus Ableiterelementen
in einem Isolierrohr so gelagert, daß die Federn 25 und 27 die Ableiterelemente
in leitender Verbindung zueinander halten. Der Kontaktstift 26 und die äußere Endkappe
18 der Funkenstreckenanordnung 9 bilden die Kontaktmittel für die Säule aus
Ableiterelementen.
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Die Säule 7 besteht aus vier Ventilelementen 10,
die in einem
Isolierrohr 21 zwischen Endkappen 22 angeordnet sind. Um der Säule aus den Ventilelementen
10 die gewünschte Höhe zu geben, ist zwischen den Ventilelementen ein leitendes
Abstandsstück 28 vorgesehen. Federn 25 und 27 sowie Kontaktstifte 26 sind sowohl
am Kopf als auch am Fuß der Säule vorgesehen, um die Ventilelemente 10 fest
an ihrem Platz zu halten und die leitende Verbindung zwischen den Ventilelementen
herzustellen. Die Funkenstrecken und die Ventilelemente können boliebig ausgebildet
werden, und jede der drei pulen kann entweder Funkenstrecken oder Ventilelemente
oder beides enthalten.
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Die drei Säulen 6, 7 und 8 sind in dem Gehäuse 1 in Form einer Triangel
angeordnet (Fig. 1 und 3) und sind in Endkappen 29 und 30 aus Isoliermaterial gelagert.
Jede Endkappe ist kreisförmig ausgebildet und besitzt einen Flansch 31 und ein dickeres
Mittelstück 32, das zur Versteifung mit Rippen 33 versehen ist. In dem mittleren
Teil 32 jeder Endkappe sind drei verhältnismäßig tiefe Kammern 34 vorgesehen, die
gleich weit voneinander entfernt sind (Fig. 3). In den Kammern 34 sind die aus Ableiterelementen
gebildeten Säulen gelagert. Der Flansch 31 hat drei öffnungen 35, die Stangen 36
mit quadratischem Querschnitt aufnehmen. Die Stangen 36 können auch einen anders
geformten Querschnitt haben, so daß dann die Öffnungen 35, um die Stangen aufnehmen
zu können, entsprechend ausgebildet werden müssen.
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In die Endkappen 29 und 30 sind stromführende Teile eingelegt, die
die leitende Verbindung zwischen den einzelnen Säulen aus Ableiterelementen herstellen
und mit deren Hilfe diese in Reihe geschaltet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel
ist bei der in der Fig. 3 dargestellten Endkappe 30 ein Band 37 aus Kupfer vorgesehen,
das am Boden von zwei Kammern 34
eingelegt ist und sich durch eine in den
Wänden dieser beiden Kammern vorgesehenen Nut 38 erstreckt. Das Kupferband 37 ist
in die beiden Kammern 34 so eingelegt, daß es die stromführenden Teile der beiden
Säulen aus Ableiterelementen berührt, wodurch diese miteinander leitend verbunden
werden. In der dritten Kammer 34 ist ein Kontaktstück 39 vorgesehen, das am Boden
dieser Kammer so eingelegt ist, daß es die stromführenden Teile der in dieser Kammer
gelagerten Säule berührt. Das Kontaktstück 39 besitzt einen bandförmigen Teil
40, der durch eine in der Kammerwand vorgesehene Nut 41
aus der Endkappe
herausragt.
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Die obere Endkappe 29 ist genauso wie die untere Endkappe 30 ausgebildet
und befindet sich, wenn die
Ableitereinheit zusammengebaut ist,
in bezog auf die untere Endkappe in entgegengesetzter Lage zu dieser (Fig. 1). Die
drei Säulen aus Ableiterelementen werden dann von den entsprechenden Kammern der
oberen und unteren Endkappe aufgenommen und sind in Reihe geschaltet. Der Strom
fließt bei der in der Zeichnung dargestellten Ableitereinheit von dem bandförmigen
Teil 40 des der unteren Endkappe 30 zugeordneten Kontaktstückes 39 über die Säule
6 zu dem Kupferband 37 der oberen Endkappe 29 und von hier aus über die benachbarte
Säule 7 und das Kupferband 37 der unteren Endkappe 30, das die Säule 7 mit der Säule
8 verbindet. Das obere Ende der Säule 8 steht mit dem Kontaktstück 39 der oberen
Endkappe 29 in leitender Verbindung.
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Bei der Montage des Ableiters werden die Säulen 6, 7 und 8 in den
entsprechenden Kammern der beiden Endkappen 29 und 30 gelagert und die Stangen 36
in die Öffnungen 35 der Endkappen eingeführt, wodurch die Ableitereinheit zusammengehalten
wird. Am Kopf sowie am Fuß jeder Säule ist eine Stahlplatte 42 vorgesehen.
Die Platten 42 haben den gleichen Umfang wie die Endkappen 29 und 30, so
daß sie sich über die ganze Säule erstrecken. Die Platten 42 werden an dem außerhalb
der Endkappen gelegenen Teil der Stangen 36 befestigt, und zwar so, daß zwischen
den Endkappen und der Platte 42 ein Zwischenraum entsteht. Dieser Zwischenraum wird
durch isolierende Abstandsstücke erzeugt, die auf die Stangen 36 gesteckt sind.
Der aus den Endkappen herausragende bandförmige Teil 40 des Kontaktstückes 39 ist
mit den Platten 42 in beliebiger Weise leitend verbunden, z. B. dadurch, daß er
mit Hilfe von Stiftschrauben, die auf den Platten 42 aufgeschweißt sind, angeschraubt
wird.
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Die ganze Ableitereinheit stützt sich vorzugsweise im Gehäuse 1 über
federnde Mittel ab, so daß die Ableitereinheit vor Erschütterungen geschützt ist,
denen sie während des Transportes und bei der Montage ausgesetzt ist. Zu diesem
Zweck sind die metallischen Membranen 4, die das Gehäuse 1 verschließen, mit Zapfen
versehen, die in das Innere des Gehäuses hineinragen. Die Zapfen bestehen aus einem
Teil 45 und 46, wobei der Teil 46 einen kleineren Querschnitt als der Teil
45 besitzt. Jede Membman 4 trägt eine kreisförmige federnde Platte 47 aus
Stahl. Die federnde Platte 47 ist mit Öffnungen versehen, in die der obere Teil
46 der Zapfen hineinragt. Auf die mit Gewinde versehenen Enden der Stange 36 sind
Kontaktmuttern 48 aufgeschraubt, wodurch die Ableitereinheit zusammengehalten wird.
Außerdem sind auf das eine Ende der Stange 36 zwischen der Platte 42 und
den Kontaktmuttern 48 leitende Abstandsstücke 49 aufgesteckt, um die Höhe
der Ablei ereinheit der Höhe des Gehäuses 1 anzupassen. Die Enden der Stangen 36
ragen in Öffnungen der federnden Platten 47 hinein, die zwischen den Öffnungen angeordnet
sind, durch die sich der Teil 46 der Zapfen erstreckt. Die Ableitereinheit
wird somit von den federnden Platten 47 getragen, und infolge der Elastizität der
Platten 47 sind die Kontaktmuttern 48 stets mit den federnden Platten 47 fest verbunden,
so daß die leitende Verbindung zwischen der Platte 47, der Membran
4 und der Endkappe 2
immer erhalten bleibt.
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Hierdurch wird eine robuste Anordnung für Oberspannungsableiter sehr
hoher Spannungen geschaffen. Da die einzelnen Säulen in dem Gehäuse nebeneinander
angeordnet sind, wird die Höhe des überspannungsableiters gegenüber den bekannten
Ableiterkonstruktionen erheblich verringert. Die einzelnen Säulen werden von Isolierrohren
umgeben und in tiefe Kammern der aus Isoliermaterial hergestellten Endkappen eingesetzt.
Hierdurch werden zwischen allen Punkten der benachbarten Säulen, die beim Ableiten
einer Überspannung verschiedenes Potential annehmen können, große Isolierabstände
sowie lange Kriechwege geschaffen. Es besteht daher keine Gefahr, daß beim Ableiten
einer Überspannung im Innern der Ableitereinheit zwischen benachbarten Säulen Überschläge
auftreten, auch dann nicht, wenn der Spannungsunterschied zwischen den entsprechenden
Punkten der einzelnen benachbarten Säulen sehr groß wird. Durch die erfindungsgemäße
Ausbildung der Ableitereinheit wird eine ausreichende Isolierung sowie eine gute
mechanische Festigkeit erzielt, da die einzelnen Säulen der Ableitereinheit in dem
aus Isoliermaterial hergestellten Rohr 21 gehalten werden und in den tiefen Kammern
der Endkappen fest gelagert sind.
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Die Platten 42 dienen gleichzeitig zur Verbesserung der Spannungsverteilung
zwischen den einzelnen Funkenstreckenanordnungen 9, da sie an den Enden der Ableitereinheit
eine Aquipotentialfläche bilden, die dazu dient, das elektrische Feld gleichmäßig
und symmetrisch zu verteilen, so daß sich eine gleichmäßige Aufteilung der Spannung
zwischen den Funkenstreckenanordnungen ergibt. Die Platten 42 können, obgleich sie
die Wirkungsweise der Ableitereinheit verbessern, wenn gewünscht, fortgelassen werden,
da die Spannungsverteilung bei der überspannungsableitereinheit gemäß der Erfindung
auch ohne diese Platten bereits ziemlich gleichmäßig ist. Die federnde Lagerung
der Ableitereinheit in dem Gehäuse ist ebenfalls nicht unbedingt erforderlich, da
die Ableitereinheit so ausgeführt ist, daß sie gegen Erschütterungen geschützt ist,
die bei anderen Ableitern bereits Beschädigungen hervorrufen würden.
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Durch die Erfindung ist also eine Einheit für Überspannungsableiter
hoher Spannung geschaffen worden, die gegenüber dem Bekannten erhebliche Vorteile
hat. Die neue überspannungsableitereinheit ist sehr robust und in ihrer Höhe gegenüber
den bekannten gleicher Spannung erheblich verringert. Selbst Ableiter für sehr große
Spannungen sind nicht so hoch, daß sie nicht frei stehend aufgestellt werden können,
so daß zusätzliche Abspann- oder Tragmittel nicht mehr erforderlich sind. Außerdem
ist der Oberspannungsableiter so ausgebildet, daß mit einfachen Mitteln eine gleichmäßige
Verteilung der Spannung über den gesamten Ableiter erreicht wird.
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Die Erfindung ist aber nicht auf das in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. So können z. B. für sehr hohe Spannungen zwei oder,
wenn erforderlich, mehrere überspannungsableitereinheiten in einem einzigen Gehäuse
vorgesehen werden. Die Stangen 36 erstrecken sich dann durch die beiden Ableitereinheiten,
wodurch die einzelnen Ableitereinheiten zu einer Baueinheit vereinigt werden.