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| Überspannungsableiter |
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| Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA- |
| Pqténmeldung Serial-No. 568 557 vom 29.2.1956 beansprucht. |
| % &< ! |
| Die Srfindimg betrifft einen Uberspannungsableiter, insbesondere |
| für hohe Spannungen, dessen Bauhöhe im Vergleich zu der Bauhöhe |
| der bisher verwendeten Überspannungsanleiter gleicher Spannung |
| erheblich verringert ist. |
| .. # |
| Die übe ; Cspannungsableitereinheit gemäk der mefindue ; ist
im we- |
| sentlichen so ausgebildet, daß sie für Überspannungsableiter
in |
| Hochspannungsstationen verwendet werden kann. Sie stellt aber |
| trotzdem einen in sich geschlossenen Ableiter dar und kann
auch |
| als solcher verwendet werden. Überspannungsableiter für Hochspan- |
nungsstationen werden für gewöhnlich aus einzelnen Einheiten zusammengesetzt,
die für eine bestimmte Spannung hergestellt werden.
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Jede Ableitereinheit besteht aus mehreren in Reihe geschalteten Ableiterelementen
(Funkenstrecke, Ventilelement), die zu einer Säule zusammengesetzt sind. Diese Säule
wird in ein Porzellangehäuse eingesetzt, das durch metallische Endkappen verschlossen
ist.
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Die einzelnen Ableitereinheiten werden übereinander angeordnet und
bilden somit eine senkrechte Säule) wobei die Endkappen der benachbarten Einheiten
miteinander verschrauvbt werden. Hierdurch wird sowohl eine elektrische als auch
mechanische Verbindung der einzelnenEinheiten untereinander hergestellt. Alle Ableitereinheiten
sind somit in Reihe geschaltet. Durch diesen Aufbau des überspannungsableiters ergibt
sich eine senkrechte Säule, deren
| Höhe im Vergleich zu ihrem Durchmesser sehr groß ist. Bei einem |
Überspannungsableiter'für sehr hohe Spannungen wird die Säule so groß, daß er nicht
mehr freistehend aufgestellt werden kann, sondern von einem besonderen Traggerüst
gehalten werden muß. Das Traggerüst kann entweder als Abspannvorrichtung oder als
Aufhängevorrichtung ausgebildet sein. Bei Überspannungsableitern für sehr hohe Spannungen
wird die Ableitersäule so hoch, daß die erforderlichen Tragkonstruktionen und Abspannvorrichtungen
sehr groß und ausladend werden. Sie sind deshalb sehr teuer. Es ist daher unerwünscht,
Trag-bzw. Abspannkonstruktionen für den Überspannungsableiter vorsehen zu müssen.
Sie können aber bei den bisher üblichen Ableiterkonstruktionen nicht vermieden werden,
da die Säule für Überspannungsableiter großer Spannungen sehr hoch ist.
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Außerdem ist es bei dem bisher üblichen Aufbau von überspannung-.
ableitern hoher Spannungen sehr schwierig, eine gleichmäßige Span-
| nungaverteilung über'die hohe Säule der Überapannungsableiter
zu |
| erhalten. Der Überspannungsableiter ist zwischen der Leitung
oder |
| einem anderen zu schützenden Gerät und Erde geschaltet. Infolge |
| der großen Höhe der bisher verwendeten berspannungsableiter
ver- |
| teilt sich die spannung nicht gleichmäßig auf die einzelnen
Einhei- |
| ten des berspannungsableiters. Eine zufriedenstellende Wirkungs" |
| weise des Überspannungsableiters erfordert aber eine ziemlich |
| gleichmäßige Verteilung der Spannung. Dies wird für gewöhnlich
da- |
| durch erreichte daß Steuerringe vorgesehen werden, die das
elektro- |
| statische Feld außerhalb des Ableiters steuern, wodurch eine |
| wesentlichen gleichmäßige Spannungsverteilung'und damit eine
gute |
| Wirkungsweise des Ableiters erreicht wird. Bei Uberspannungsablei" |
| fern für sehr hohe Spannungen, deren Höhe sehrgroß ist, ist
es |
| sehr schwierig, auf diesem Wege eine zufriedenstellende C ;
nuna |
| verteilung zu erhalten. Außerdem müssen die Steuerringe mit
einem |
| sehr großen Außendurchmesser versehen werden, was aber sowohl
die |
| Kosten als auch den für den Überspannungsableiter benötigten
Platz, |
| um den erforderlichen Abstand gegenüber benachbarten Geräten
zu |
| erhalten, erheblich erhöht, |
| t, f/ UU4/ |
| Die Aufgabe der Bndimg bester darin, einen Überspannungsablei- |
| ter für Hochspannungsstätionen zu schaffen, dessen Höhe im
Ver- |
| gleich zu den bekannten Übaspannungsableitern gleicher Spannung |
| wesentlich geringer ist, so daß für die Aufstellung des Überspan- |
| nungsableiters keine sasätzliche Tragkonetruktion benötigt
wird, |
| und der außerdem so kurz ist, daß eine ziemlich gleichmäßige
Span- |
| nungsverteilungerfolgt. |
| , vf/ |
| weiterhin ha-t die Aufgabe, einen Überspannungsablei- |
| ter zu schaffen, bei dem die einzelnen Ableiterelemente mehrere |
| Säulen bilden, die in einem Isoliergehäuse nebeneinander angeord- |
| net und in Reihe geschaltet'sind, wodurch sich eine Ableiterein- |
| heit geringer Höhe ergibt. |
| M-. « |
| Der Er ft liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Überspan- |
| ng. |
| nungsableitereinheit zu schaffen, bei der die einzelner Ableiter- |
| elemente zu Säulen zusammengesetzt sind, die in Reihe geschaltet |
| und in einem Gehäuse nebeneinander angeordnet sind und in dem
Ge- |
| häuseso gelagert sind, daßsioh'ein mechanisch fester Aufbau
er-' |
| gibt. Außerdem sind die einzelnen Säulen, ohne den Durchmesser
des |
| Gehäuses nicht mehr als erforderlich zu vergrößern, durch Barriere |
| ausIsoliermaterial so voneinander getrennt, daß im Innern des
Ab- |
| leiters Überschläge zwischen Punkten verschiedenen Potentials
nicht |
| auftretenkönnen. |
| Mv |
| Außerdem hat die die Aufgabe, eine Uberspannungsablei- |
| tereinheit zu schaffen, bei der die einzelnen Ableiterelemente
zu |
| in Reihe geschalteten Säulen zusammengesetzt sind, die in einem |
| Gehäuse nebeneinander angeordnet und bei der Mittel vorgesehen |
| 0 |
| sind, durch die in einfacher Weise eine gleichmäßige Spannungsver- |
| teilung über die einzelnen Ableiterelemente im Innern des Gehäu- |
| ses erreicht wird. |
| In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines-Überspannungs- |
| ableiters gemäß der SfiduKg dargestellt. |
| wi- |
| Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Ableitereinheit |
| eig |
Fig. 2 zeigt teilweise im Schnitt eine Abwicklung der Überspannungsableitereinheit
ohne Gehäuse nach Fig. 1 und Fig. 3 eine
| Draufsicht auf eine Endkappe, die der Lagerung der einzelnen |
| Säulen dient. |
| vt/û, ( r.' |
| Wie bereits erwähnt wurde, betrifft die Vine übersr-an- |
| nungsableitereinheit, die insbesondere für die Verwendung bei |
| überspannungsableitern in Hochspannungsstationen geeignet ist, |
die aber, wie ohne weiteres zu erkennen ist, einen vollständigen Uberspannungsableiter
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 S vorgesehen,
die an der Stelle 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 vorgesehen2 um das Innere des
Gehäuses gas dicht zu verschließen. Die Endkappen und die das Gehause 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 zangeordnet sind. Jede
Säule enthält Funkenstrecken oder Ventilelemente
| oder beides. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Säulen 6 und 8 gleich
aus- |
| gebildet, und jede enthält eine Funkenstreckenanordnung nu
geht |
| rere Ventilelemente 10, die in Reihe geschaltet sind, während
die |
Säule 7 nur Ventilelemente 10 enthalt. 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.
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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 bogenraum bildet. Die Elektroden 13 und
14 werden durch ein ringförmiges Isolierstück aus einem Material hohen Widerstandes
von-
| einander getrennt. Ein'ringförmiger permanenter rßagnet 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 Span nung
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 vorgesehen6 metallische Glasur.
Eine feste, leiten-
| . de Verbindung der Funkenstrecken untereinander und mit den
Endkap- |
| f |
| pen 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 Funken- |
streckenanordnung 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, woudurch ein Widerstand der bekannten Art entsteht.
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Wie Fig. 2 zeigt, entspricht der Aufbau der Säule 6 dem der Säule
8. 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 gedruckt wird. Wenn die Überspannungsableitereinheit,
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. |
| , ten. |
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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 ihr~~ Platz zu halten
und die leitende Verbindung zwischen den Ventil-Elementen herzustellen. Die Funkenstrecken
und die Ventilelemente können beliebig ausgebildet werden, und jede der drei Säulen
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 eben Flansch 31
und ein dickeres Mittel-
| stück 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
gebil- |
deten 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 vorgesehene 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.
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Das Kontaktstück 39 besitzt einen bandförmigen Teil 401 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 bezug auf die
untere Endkappe in entgegengesetzter Lage zu dieser (Fig. 1). Die drei Säulen aus
Albeiterelementen 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 Kcntaktatück 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 ; 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
Zwi- |
schenraum entsteht. Dieser Zwischenraum wird durch isolierende Abt standsstücke
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, dir 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 Membran 4 trägt eine kreisförmige federnde Platte 4 ? aus Stahl. Die federnde
Platte 47 ist mit Öffnungen versehen, in die der obere Teil 46 der Zapfen hineinragt..
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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 Ableitereinheit der Höhe
des Gehäuses 1 anzupassen. Die Enden der Stangen 36 ragen in Offnungen 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 Überspannungsableiter sehr
hoher Spannungen geschaffen. Da die einzelnen Säulen in dem Gehäuse nebeneinander
angeordnet sind, wird die Höhe des ijberspar. nungsableiters 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 ver schiedenes 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 er-
. zielt, 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 Spannungverteilung
zwischen den einzelnen Funkenstreckenanordnungen 9, da sie an den Enden der Ableitereinheit
eine Äquipotentialfläche 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 Plat-
| ten 42 können, obgleich sie die Wirkungsweise der Ableitereinheit |
| verbessern, wenn gewünscht, fortgelassen werden, da die Spannung- |
| zu |
| verteilung bei der Überspannungsableitereinheit gemäß der Erz
J |
| dueg 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 |
| Ableiternbereits Beschädigungen hervorrufen würden. |
| 6 |
| Durch die also eine Einheit für überspannungsablei- |
| ter hoher Spannung geschaffen worden, die gegenüber dem Bekannten |
| erhebliche Vorteile hat. Die neue Überspannungsableitereinheit
ir |
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 freistehend aufgestellt werden können, so daß zusätzliche Abspann- oder Tragmittel
nicht mehr erforderlich sind. Außerdem ist der Uberspannungsableiter so ausgebildet,
daß mit einfachen Mitteln eine gleichmäßige Verteilung der Spannung über den gesamten
Ableiter erreicht wird.
| i |
| Die mit er nicht auf das in der Zeichnung dargestellt- |
| te Ausführungsbeispiel beschränkt. So können. z. B. für sehr
hohe |
| Spannungen zwei oder, wenn erforderlich, mehrere Überspannungsäb- |
| leitereinheiten in einem einzigen Gehäuse vorgesehen werden.
Die |
| Stangen 36 erstrecken sich dann durch die beiden Ableitereinheiten
:. |
| wodurch die einzelnen Ableitereinheiten zu einer Baueinheit
ver- |
| einigtwerden, |