DE1275668B - UEberspannungsableiter mit spannungsabhaengigem Widerstand und Loeschfunkenstrecke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Deutsche KL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIt

H02g
H02h

21C-72

P 12 75 668.2-32 (L 35136)

18. Januar 1960

22. August 1968

Die heute in den Anlagen der Energieversorgung weitgehend verwendeten Überspannungsableiter bestehen meist aus einer Löschfunkenstrecke und aus einem Stapel spannungsabhängiger Widerstände, die beide in der Regel in ein gemeinsames Isoliergehäuse aus keramischem Isoliermaterial eingebaut sind.

In der einfachsten Form läßt sich ein solcher Ableiter so aufbauen, daß in das Isoliergehäuse, das meist eine zylindrische Bohrung besitzt, die Elektroden und die isolierenden Distanz- und Zentrierstücke und danach der Stapel spannungsabhängiger Widerstände eingeführt und durch passende Druckfedern unter einen bestimmten Kontaktdruck gesetzt werden. Die Gehäuse werden dann meist atmungsfest nach außen abgeschlossen und an den beiden Gehäuseenden mit je einem Anschluß — meist Spannungsund Erdanschluß — versehen.

Diese einfachste Konstruktion eines Überspannungsableiters mit Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigem Widerstand ist schärferen Qualitätsanforderungen, wie sie heute an moderne Ableiter gestellt werden, kaum gewachsen. Die Ursache liegt ' darin, daß die keramischen Isoliergehäuse bzw. deren zylindrische Bohrung nur mit einer relativ großen Toleranz ausführbar sind, d. h., daß die gegenseitige Lage der einzelnen Elektroden und Distanzierstücke bzw. Zentrierstücke ebenfalls große Toleranzen aufweist, die, in Verbindung mit der Dickentoleranz der Distanzscheiben, zu solchen Toleranzen in den Ansprechspannungen der so aufgebauten Überspannungsableiter führen kann, daß die an Qualitätsgeräte hinsichtlich der Ansprechspannungen gestellten Anforderungen überhaupt nicht oder nur mit sehr großem Arbeitsaufwand eingehalten werden können.

Um diesen Übelständen abzuhelfen, werden schon lange Ableiterkonstruktionen verwendet, bei denen die Löschfunkenstrecke in einem zusätzlichen Isoliergehäuse untergebracht und innerhalb dieses Gehäuses, d. h. in sich verspannt ist.

Bei zweckmäßiger Konstruktion dieses zweiten Isoliergehäuses, etwa unter Verwendung von Hartpapierrohren, lassen sich die Maßtoleranzen sehr klein halten und die Funkenstrecke damit in sehr gut reproduzierbarer Weise aufbauen, und weiter kann dann eine derartige Löschfunkenstrecke außerhalb des Keramikgehäuses auf einfachste Weise auf eine bestimmte Ansprechwechsel- oder eine bestimmte Ansprechstoßspannung einjustiert werden. Bildet man dieses separate Isoliergehäuse außerdem noch so aus, daß es auch die spannungsabhängigen Widerstände aufnimmt, so werden auch diese in ihrer Lagerung von den großen Toleranzen des keramischen Isolier-Überspannungsableiter mit spannungsabhängigem Widerstand und Löschfunkenstrecke

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

6000 Frankfurt 70, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Willy Rabus,
7000 Stuttgart-Untertürkheim

gehäuses unabhängig, was einer zuverlässigen Kontaktierung der einzelnen Scheiben untereinander zugute kommt. Eine solche saubere Kontaktgabe und gute Zentrierung der einzelnen Widerstandsscheiben untereinander ist sehr wichtig zur Vermeidung von Spratzfunken, die bei der Ableitung von hohen Wanderwellenstoßströmen sonst möglich wären. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß diese Wanderwellenströme in der Größenordnung von etwa 10 bis 20 kA liegen können, die Prüfung der Überspannungsableiter selbst muß sogar mit Stoßströmen von je nach Type 65 bis 100 kA vorgenommen werden.

In F i g. 1 ist die Ausführung eines Überspannungsabieiters nach der vorgenannten Konstruktion, d.h. mit zusätzlichem Isoliergehäuse für die Löschfunkenstrecke und spannungsabhängigen Widerständen, dargestellt. Mit 1 sind dabei die Elektroden der Löschfunkenstrecke, mit 2 die Zentrier- und Distanzringe für diese Elektroden der Löschfunkenstrecke bezeichnet. 3 stellt das zusätzliche Isoliergehäuse für die Löschfunkenstrecke und 4 die obere Abschlußhaube der Löschfunkenstrecke dar, die sich gegen einen in das Gehäuse 1 eingelassenen Metallring 5 abstützt. Die Löschfunkenstrecke selbst wird durch eine Druckfeder 9 mechanisch unter Spannung gesetzt, wobei diese mit einem Metallband überbrückte Feder 9 den Druck auf die Elektroden der Löschfunkenstrecke unter Abstützung auf eine zweite Metallhaube 8 ausübt, die sich ihrerseits auf den Metallring 7 abstützt. Mit 6 ist der obere Anschluß der Löschfunkenstrecke gekennzeichnet, 11 stellt die einzelnen Elemente des Stapels der spannungsabhängigen Widerstände dar, 12 das zusätzliche Isoliergehäuse für diesen Widerstandsstapel. Ein ausreichender Kontaktdruck zwischen den einzelnen Widerstandselementen 11 und gegen die untere Abschlußhaube 8, an der der zweite Ableiteranschluß 4 angelenkt ist, wird durch die ebenfalls mit einem Metallband überbrückte Feder 10 erzeugt. Der in F i g. 1 dargestellte Teil des Über-

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spannungsableiters wird dann geschlossen in das hier und Löschfunkenstrecke mit der gemäß der Erfindung

nicht dargestellte keramische Isoliergehäuse eingesetzt vorgeschlagenen Verspannung dargestellt. Dabei sind

und in diesem Isoliergehäuse atmungsfest nach außen mit 15 wieder die unveränderten Elektroden der

abgedichtet, so daß der auf diese Weise komplettierte Löschfunkenstrecke und mit 16 die Zentrier- und die

Ableiter dann auch in Freiluftanlagen verwendet wer- 5 Distanzringe bezeichnet, während 17 drei Isolier-

den kann. streifen zur Verspannung von Funkenstrecke und dem

Besondere Sorgfalt ist bei derart ausgeführten Ab- Stapel der spannungsabhängigen Widerstände und 18 leitern darauf zu verwenden, daß die verwendeten. die unverändert beibehaltene obere Druckhaube der Isoliermaterialien nicht durch Koronavorgänge an- Löschfunkenstrecke bezeichnet. 19 ist ein Metallring, gegriffen werden. Es ist dabei zu beachten, daß die io der innerhalb des oberen, hier in Metall ausgeführten Abmessungen des in Fig. 1 dargestellten aktiven Be- Abschirmringes 20 eingreift und dort die Enden der Standteils eines kompletten Überspannungsabieiters Isolierstreifen 17 — im allgemeinen wird man drei wesentlich kleiner sind, als das sonst bei vollständig oder vier auf den Umfang gleichmäßig verteilte offenen Geräten der gleichen Nennspannung üblich Isolierstreifen verwenden — fixiert. 21 stellt den ist. Wohl sind diese verringerten Abstände zulässig 15 oberen Löschfunkenstreckenanschluß dar, 22 eine — der in F i g. 1 dargestellte Teil ist ja den atmo- metallische Abschirmung zwischen der Löschfunkensphärischen Einflüssen durch vollständige Kapselung strecke und dem Stapel spannungsabhängiger Widerentzogen —, die Aufgabe, auch schwächste Vor- stände 25. Die Isolierstreifen 17 gehen durch die Abentladungen im Inneren des äußeren Isoliergehäuses schirmung 22 hindurch, es besteht auch die Möglicheines Ableiters zu vermeiden, ist dann aber mit be- 20 keit, sie dort in geeigneter Form nochmals zu fixieren, sonderer Sorgfalt zu behandeln. Am freien Ende des Widerstandsstapels sind die

Besonders kritisch sind in dieser Hinsicht die Enden Isolierstreifen 17 in einer zweckmäßig metallischen der Löschfunkenstrecke, da über dieser Löschfunken- Führungsplatte 26 verankert, wobei der zweite Anstrecke im Betrieb dauernd die Betriebsspannung an- Schluß 27 des Ableiters 7 an dieser metallischen Fühliegt und demzufolge in den Randfeldern die größten 25 rungsplatte 26 erfolgen kann. Der Kontaktdruck für Beanspruchungen auftreten. Zwar wird bei Übergang die Widerstandselemente 25 und gleichzeitig der der Löschfunkenstrecke auf den Stapel der spannungs- Schließdruck für die Löschfunkenstrecke wird im vorabhängigen Widerstände ein scharfer Spannungs- liegenden Fall von einer durch ein Stromband übersprang vermieden, die metallischen Abschlußteile der brückten Feder 23 erzeugt, die über eine Haube Löschfunkenstrecke sind zunächst aber doch mehr 30 24 auf die Löschfunkenstrecke und über den Boden oder weniger kantig, so daß auch hier auf die ent- der Abschirmung 22 auf den Widerstandsstapel stehenden elektrischen Randfelder geachtet werden drückt,
muß. Durch die in Fig. 2 wiedergegebene Ausführung

Um bei der Ausführung nach Fig. 1 den vorher des Ableiters wird der Aufwand an Isoliermaterial für angedeuteten Problemen Rechnung zu tragen, d. h., 35 das zweite Gehäuse auf einen Bruchteil des Ursprungauch schwächste Vorentladungen zu vermeiden, wur- liehen Aufwandes beschränkt und gleichzeitig durch den die Abstützringe 5 und 7 der Löschfunkenstrecke die Ausführung der ringförmigen Verspannelemente mit satter Auflage in den Hartpapierzylinder 3 ein- 20, 22 und 26 in Metall und den Forderungen nach gesenkt, so daß die unmittelbar an den Ringen auf- Vermeidung von Vorentladung Rechnung getragen, tretenden elektrischen Feldlinien in festem Isolier- 40 Diese metallischen Armaturen können ohne Schwiematerial verlaufen, in dem es bei den gewählten Ab- rigkeit den Anforderungen der Hochspannungstechmessungen noch nicht zu Vorentladungen kommt. nik, etwa durch Ausführung mit ausreichenden Ab-

Obwohl sich die in F i g. 1 dargestellte Ausführung rundungsradien, angepaßt werden, von Überspannungsableitern mit einem zusätzlichen An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß die zweiten Isoliergehäuse hinsichtlich Justierung und 45 Sicherung eines ausreichenden Kontaktdrucks zwi-Konstanz der Ansprechspannungen der so ausgeführ- sehen den einzelnen Elementen des Stapels der spanten Ableiter sowie der Kontaktierung und Betriebs- nungsabhängigen Widerstände bei modernen Ableisicherheit der Stapel der spannungsabhängigen Wider- tern besonders wichtig ist, da in dem Bestreben, die stände bestens bewährt hat, so hat diese Ausführung Ableiter zu verbilligen, auch die Höhe der Widerden Nachteil, daß sie sehr aufwendig und teuer ist. 50 Standsstapel nach Möglichkeit reduziert wird. Das

Erfindungsgemäß werden nun die Vorteile der bedeutet aber gleichzeitig, daß der bei dem Anspreleichten Justierbarkeit und der Konstanz der An- chen eines Ableiters im Widerstandsstapel auftretende Sprechspannung sowie die Sicherheit der Kontaktgabe Spannungsgradient größer wird als bei früheren Ausder spannungsabhängigen Widerstände eines Über- führungen und damit auch die Gefahr eines Überspannungsableiters, bei dem die LöSGhfunkenstrecke 55 Schlags längs des Widerstandsstapels, wenn es zwi- und der Stapel der spannungsabhängigen Widerstände sehen den einzelnen Elementen zufolge eines schlechin sich mechanisch verspannt sind, ohne die Nachteile ten Kontakts zu Spratzfunken kommen würde, der seitherigen teuren Konstruktion dadurch gewähr- Durch die in F i g. 1 dargestellte Ausführung des leistet, daß die Verspannung und eine Zentrierung zusätzlichen Isoliergehäuses als geschlossener Zylinder Elektroden und Distanz·" und Zentrierstücke der 60 der, etwa aus Hartpapier, wurde erreicht, daß bei der Löschfunkenstrecke und der spannungsabhängigen Überlastung eines derartigen Überspannungsableiter, Widerstandselemente durch Streifen oder Bänder aus d. h. einem Durchschlagen und einer thermischen Isoliermaterial erfolgt, die an den Enden der Lösch- Zerstörung des Widerstandsstapels, der entstehende funkenstrecke und des Widerstandsstapels durch Lichtbogen durch den Zylinder 12 weitgehend von kurze, etwa ringförmige Bauelemente gehalten und 65 der Innenwandung des keramischen Isolators ferngeführt werden, gehalten wird und diesen so gegen ein Zerspringen

In F i g. 2 ist nun der aktive Teil eines ÜberSpan- zufolge extremer thermischer Beanspruchung weit-

nungsableiters mit spannungsabhängigem Widerstand gehend schützt.

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Um auch für die Ausführung nach F i g. 2 diesen Schutz zu erhalten, wird man auch hier im Bereich des Widerstandsstapels einen zusätzlichen Zylinder aus Isoliermaterial vorsehen. Sehr gut bewährt haben sich für diesen Zweck Zylinder, die aus einer Bahn von Preßspan lose gewickelt werden. Derartige Preßspanzylinder, die mechanisch nicht beansprucht sind, sind aber wesentlich billiger als der Isolierzylinder 12 in Fig. 1, der ja im allgemeinen aus Hartpapier angefertigt wurde.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann, vor allem bei Ableitern kleinerer Spannung, die Führung für die Verspannungsstreifen oder -bänder zwischen Löschfunkenstrecke und dem Stapel spannungsabhängiger Widerstände weggelassen werden, wenn durch entsprechende Ausbildung eines Zwischenstückes dafür gesorgt wird, daß an dieser Stelle keine elektrische Überbeanspruchung auftritt.

Eine andere Erfindungsidee, die in F i g. 2 schon berücksichtigt ist, besteht darin, daß die Isolierstreifen 17 im Inneren der Verspannungs- und Führungselemente 20, 22 und 26 geführt werden, so daß sie von elektrischen Feldern, die an diesen Bauelementen nach außen hin angreifen, nicht durchsetzt werden. Auf diese Weise wird eine Uberbeanspruchung des Isolationsmaterials der Streifen bzw. Bänder in den hohen Randfeldern vermieden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter mit spannungsabhängigem Widerstand und Löschfunkenstrecke, der

30 in einem atmungsfest abgeschlossenen, vorzugsweise keramischem Isoliergehäuse untergebracht ist, und bei dem die Löschfunkenstrecke und der Stapel der spannungsabhängigen Widerstände in sich mechanisch verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspannung und eine Zentrierung der Elektroden und Distanz- und Zentrierstücke der Löschfunkenstrecke und der spannungsabhängigen Widerstandselemente durch Streifen oder Bänder aus Isoliermaterial erfolgt, die an den Enden der Löschfunkenstrecke und des Widerstandsstapels durch kurze, etwa ringförmige Bauelemente gehalten und geführt werden.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Verspannung und Führung der Streifen und Bänder aus Isoliermaterial dienenden Bauelemente aus metallischem Werkstoff bestehen.

3. Überspannungsableiter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Verspannung der Streifen oder Bänder aus Isoliermaterial dienenden Bauelemente als Schirmelektroden ausgebildet sind.

4. Überspannungsableiter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Verspannung dienenden Streifen oder Bänder aus Isoliermaterial innerhalb der ihrer Führung und Befestigung dienenden Bauelemente so verlaufen, daß sie nicht von den an den Verspannungselementen angreifenden Randfeldern durchsetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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