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Überdruckschutzeinrichtung für aus mehreren Teilen aufgebautes Isoliergehäuse
für elektrische Apparate In den Hochspannungsanlagen der Energieversorgung werden
für im Freien aufgestellte Spannungsteiler, Wandler und insbesondere für Über-Spannungsableiter
Isoliergehäuse verwendet, die meist aus keramischem Material bestehen und zur Vermeidung
von Explosionsschäden mit Überdrucksicherungen ausgerüstet sind.
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Bei Geräten für sehr hohe Betriebsspannung ergeben sich dabei unter
Umständen Gehäuse beträchtlicher Höhe, die nur unter sehr großem Aufwand in einem
Stück hergestellt werden können. Es ist jedoch bekannt, solche hohen Gehäuse aus
mehreren axial übereinander angeordneten, etwa gleichen Teilgehäusen aufzubauen.
Die Stoßstellen der Teilgehäuse werden dabei gegeneinander abgedichtet, so daß sich
ein einheitlicher, nach außen gasdicht abgeschlossener Innenraum ergibt.
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Die bekannten Überdrucksicherungen in Form von an den Gehäusestimflächen
angeordneten Überdruckmembranen eignen sich für derart lange Isoliergehäuse nicht,
da. unter Umständen die Entfernung vom Enstehungsort der. Druckwelle zum Druckentlastungsweg
zu groß ist. Insbesondere bei einem elektrischen überschlag in halber Höhe würde
ein so geschütztes Gehäuse zerspringen, ehe noch die Druckwelle die Membranen an
Kopf- und Fußarmatur erreicht hätte.
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Bei Überspannungsäbleitern hat man dieser Schwierigkeit bekanntlich
dadurch abgeholfen, daß man sie aus kompletten,- austauschbaren, jeweils für sich
betriebsfähigen Teilableitern aufbaute. Jeder dieser aufeinandergestapelten Teilableiter
ist in ein seiner Teilspannung angepaßtes Isoliergehäuse eingebaut und für sich
mit @ einer Überdruckmembran bekannter Bauart geschützt. Die gegenseitige Abstützung
und Verbindung der Teilableiter erfolgt jeweils über einige am Umfang angebrachte
Füße, so daß die Überdruckmembranen von den Deckeln der darunterliegenden Teilableiter
distanziert sind. Spricht eine Überdruckmembran an, so können die Gase durch den
so gebildeten Schlitz und zwischen den Füßen hindurch radial nach außen entweichen.
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Diese bewährte Konstruktion führt jedoch bei sehr hohen Spannungen
zu beträchtlichen Bauhöhen, so daß die Ableiter nicht mehr frei stehend ausführbar
sind und unter Umständen aufgehängt werden müssen. Es gelang zwar, durch andere,
den inneren Aufbau betreffende Maßnahmen die Bauhöhe schon sehr wirkungsvoll zu
verringern. Angesichts der ständig steigenden Netzspannungen sind jedoch weitere
Fortschritte in dieser Richtung sehr wünschenswert. So mußte sich eine Reduzierung
der Bauhöhe dann ergeben, wenn.man die Ableiter in einem Gehäuse mit einheitlichem,
nach außen gasdicht abgeschlossenem Innenraum unterbringt und gleichzeitig für einen
angemessenen Überdruckschutz Sorge trägt. Die durch aktives Material der Teilableiter
nicht ausgenutzte Höhe, die sich aus den Abständen zwischen Deckelinnenseite des
einen und Bodeninnenseite des folgenden Teilableiters addiert, kann dann entfallen.
Bei einem bekannten, aus etwa zehn Teilen bestehenden Ableiter beträgt die Einsparung
beispielsweise 20 °/o der Bauhöhe.
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Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, daß die Druckentlastungswege
in besonderen, zwischen den Teilgehäusen- angeordneten und mit dieser< gasdicht
verbundenen Armaturen. verlaufen, wobei zwischen dem Innenraum des Gehäuses und
den Druckentlastungswegen an sich bekannte Membrane vorgesehen sind.
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In der Zeichnung ist als Beispiel ein über-Spannungsableiter mit einem
zusammengesetzten Gehäuse nach der Erfindung im Schnitt teilweise dargestellt. Die
Symmetrieachse, die rechts den Abschluß der Zeichnung bildet, ist zugleich die Achse
des runden Ableitergehäuses. Es ist nur eine Stoßstelle zweier Gehäuseteile dargestellt.
Wenn das Gehäuse aus mehr als zwei Teilen besteht, gibt es entsprechend mehr solcher
Stoßstellen und Druckentlastungswege. Oben und unten ist das Gesamtgehäuse mit Deckelarmaturen
abgeschlossen.
Die untereinander gleichen Gehäuseteile aus Porzellan
sind mit 1 und 10 bezeichnet. Das Gehäuseteil 1 ist mittels einer Kitt- oder Zementfüllung
2 mit der ringförmigen Fußarmatur 3 verbunden. Entsprechend ist die Kopfarmatur
9, welche die Überdrucksicherung und die radial nach außen verlaufenden Druckenilastungskanäle
8 aufnimmt, am Gehäuseteil 10 befestigt. Beide Armaturen 3 und 9 liegen plan aufeinander
und- sind durch Schrauben 4 miteinander verbunden. Die Abdichtung der Armatur 3
erfolgt durch die Dichtung 5; die Überdrucksicherung des Gehäuses und gleichzeitige
Abdichtung der Armatur 9 gegenüber dem Gehäuseteil 10 erfolgt mittels der Manschette
7. Diese weist einen U-förrnägen Querschnitt und verdickte Randwülste auf und ist
über die inneren Öffnungen der Druckentlastungskaaäle gestülpt. Durch einem. Abschirmring
6 ist die Manschette 7 gegen das von den nicht bezeichneten aktiven Teilen des Ableiters
ausgehende elektrische Feld abgeschirmt. Zur Erzielung eines genügend großen Gasdurchtrittquerschnittes
ist der Abschirmring 6 perforiert.
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Die Überdrucksicherung für das Ableitergehäuse wird dann in Tätigkeit
treten, wenn der überspannungsableiter - etwa anläßlich einer schweren, mit wiederholtem
Ansprechen des Ableiters verbundenen Netzstörung - überlastet und auch zerstört
wird. Es tritt dabei im Innern. des Gehäuses unter Umständen ein Lichtbogen hoher
Stromstärke auf, der aus dem aktiven Material des Überspannungsableiters eine große
Menge stark erhitzter Gase auslöst, die unter hohem Überdruck nach Zerreißen der
Manschette 7 nach außen ausgestoßen wenden. Um zu vermeiden, daß diese hocherhitzten
und auch leitenden Gase in der Nachbarschaft weitere Überschläge einleiten, sind
zweckmäßigerweise die D.ruckentlastungskanäle zum Ableiterfuß hin: abgebogen, so
daß die Auspuffgase nach abwärts gelenkt werden.
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Als Material für die Manschette 7 erweist sich elastisches und gasdichtes
nichtmetallisches Material als günstig. Um zu vermeiden, daß hei wachsenden Außen-
oder auch Innentemperaturen des Gehäuses die Ansprechspannung der Ableiter sich
merklich ändert, ist vorteilhaft diese überdruckschutzmanschette so kräftig auszuführen,
daß sich diese unter normalen Arbeitsbedingungen nicht wesentlich verformt.
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Würde nämlich diese Schutzmanschette so nachgiebig sein, daß auch
bei erhöhter Innentemperatur des Gehäuses der Druck im Ableiter konstant bleiben
würde, dann müßte die Ansprechwechselspannung der Ableiter im Verhältnis der Temperaturerhöhung,
bezogen auf die absolute Temperatur des Gasinhaltes, zurückgehen, da die Luftdichte
entsprechend diesem Verhältnis zurückgeht. Wird andererseits dafür gesorgt, daß
das innere Gasvolumen des überspannungsableiters unverändert bleibt, dann steigt
mit einer gegebenen Temperaturerhöhung auch der Überdruck im Gasvolumen an, und
die Ansprechspannung des Ableiters bleibt, da sich in diesem Fall die Gasdichte
nicht ändert, konstant. Eine im obigen Sinn unzulässige Verformung der Schutzmanschette
kann auch dadurch verhindert werden, daß diese Manschette mechanisch entsprechend
abgestützt wird.
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Außer den zwischen den einzelnen Teilgehäusen dies nach der Erfindung
aufgebauten Ableitergehäuses vorgesehenen Überdrucksicherungen können selbstverständlich
auch im Boden des untersten und im Deckel des obersten Ableitergehäuses noch zusätzlich
Überdruckschutzeinrichtungen vorgesehen werden.
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Die überspannungsableiter hoher Nennspannung werden heute praktisch
stets mit einer Widerstandssteuerung der Löschfunkenstrecke ausgerüstet. Diese Steuerzylinder
sorgen für eine lineare Aufteilung der an dem Ableiter im Betrieb anliegenden Wechselspannung.
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Um nun zu vermeiden, daß unter extrem ungünstigen atmosphärischen
Verhältnissen - etwa stärkster Verschmutzung und dickem Nebel - durch die über die
Oberfläche des Ableitergehäuses fließenden Leckströme die lineare Aufteilung der
Spannung im Inneren des Ableiters beeinflußt wird, wind man die Zwischenarmaturen
der Gehäuse 3 und 9 nicht an die aktiven Ableitenteile anlenken. Um trotzdem auch
eine Steuerung der Spannungsaufteilung längs der Gehäuseoberfläche zu erreichen,
kann es, etwa im extremen Verschmutzungsgebieten, nützlich sein, diese Gehäusezwischenarmaturen
durch außen vorgesehene, in separaten Isolatoren untergebrachte Steuerwiderstände
zu steuern.