DE1812253A1

DE1812253A1 - UEberspannungsableiter mit einem oder mehreren,durch Pressen hergestellten Widerstandskoerpern

Info

Publication number: DE1812253A1
Application number: DE19681812253
Authority: DE
Inventors: Reichelt Dipl-Ing Klaus; Foitzik Dr-Ing Rudolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-11-26
Filing date: 1968-11-26
Publication date: 1970-06-04
Also published as: NO127078B; DE1812253B2; FR2024269A1; CH509682A; GB1263597A; US3586914A; BE742232A; BR6914422D0; SE350160B

Description

Überspannungsableiter mit einem oder mehreren, durch"Pressen hergestellten Widerstandskörpern

Die Erfindung bezieht sich auf Überspannungsableiter mit einem oder mehreren, durch Pressen hergestellten Widerstandskörpern mit nichtlinearem Widerstand. Es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, den bisher für die Widerstandskörper erforderlichen Aufwand hei^absusetzen.

Me Widerstandskörper bestehen im allgemeinen aus Siliziumkarbid mit Beimischungen. Zur Herstellung der Widerstandskörper können z. B. 70 bis 80 j> Siliziumkarbid-Pulver mit Porzellanmasse verpreßt werden; der Preßling wird dann bei etwa 1300 ⁰C gebrannt. Bei einem anderen gängigen Typ dee Widerstandskörpers bestehen die Beimischungen aus Tonerde, Schlemmkreide und V.asserglas als Bindemittel; der aus diesen Bestandteilen hergestellte Preßling wird dann bei etwa 200 bis 500 ⁰C gehärtet.

Bisher haben die Widerstandskörper die Form von Scheiben, deren Höhe kleiner ist als ihr Durchmesser. Bei der Herstellung dieser Scheiben wirkt der Preßdruck in Richtung der Scheibenachae. Lie Scheiben sind an ihren Stirnflächen in der fiegel mit einer metallischen Kontaktierungsschicht, z. B. mit einer aufgespritzten Kupferschicht, versehen; beim Ansprechen des Uberspannungsableiters sind sie elektrisch, d. h. durch Spannungsabfall und Stron, ebenfalls in Richtung der Scheibenachse, d. h. in der Richtung des bei der Herstellung angewandten Freßdruckes, belastet.

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Es hat sich gezeigt, daß die Höhe der "bisher verwendeten Widerstandsscheiben iin Verhältnis zum Durchmesser η ioht beliebig groß gewählt werden kann. Ein quadratischer Querschnitt (Höhe = Durchmesser) ist bereits unzulässig; derartige Scheiben zeigen in der Hegel bei der Stoßstrom- und Langwellenprüfung frühzeitig Durchschläge, so daß sie für den betriebsmäßigen Einsatz nicht brauchbar sind. Dies ist auf Inhomogenitäten der Scheibe, insbesondere in ihrem Bandbereich, zurückzuführen. Diese Inhomogenitäten werden ihrerseits durch die hohe Reibung verursacht, die beim Pressen zwischen ihrer Uiiifangsflache und der Preßform auftritt und die sich uia so mehr auswirkt, je höher die Scheibe ist. Aus diesem Grunde muß bisher der nichtlineare Widerstand eines überspannungsableiter für Mittel- oder Hochspannung aus einer Mehrzahl von relativ flachen Faderstandsschefben stapelförmig zusammengesetzt werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird geisäß der Erfindung durch eine derartige Anordnung und Kontaktierung der Widerstandskörper gelöst, daß bei ihrer elektrischen Belastng Strom und ,Spannungsabfall senkrecht zur !Richtung des bei ihrer Herstellung angewandten Preßdruckes gerichtet sind, und ferner dadurch, daß die Länge der Widerstandskörper in Strcmrichtung mindestens so groß ist wie ihre Breite in der lichtung des Preßdruckes. Die Erfindung ermöglicht es, Widerstandskörper zu verwenden, die in der Richtung des Preßdruckes nur eine relativ kleine Abmessung haben und daher weitgehend homogen sind, deren Abmessung in Richtung der elektrischen Belastung jedoch wesentlich größer sein kann, z. B. 2- Ms 4nal so groß. Dadurch wird es möglich, mehrere der bisher üblichen Widerstandsscheiben durch einen einzigen langen 'iderstandskörper zu ersetzen. Damit werden auch die Kosten für den Oesaiatwiderstand, die · zu einem wesentlichen Anteil durch die Preßkosten bestimmt sind, erheblich vermindert.

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Din weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die für verschiedene Ableiter erforderliche Anzahl von Typen der Widerstandskörper herabgesetzt werden kann. Bisher werden die »iderstandskörper nur in Beihenschaltung verwendet, da eine Parallelschaltung wegen des negativen Tentperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes zur Instabilität neigt. Es mußten daher für überspannungsableiter mit unterschiedlichen Nennleistungen jeweils verschieden große Typen von Widerstandsscheiben hergestellt werden. Es hat sich nun gezeigt, daß die Widerstandskörper, die gemäß der Erfindung senkrecht zur Preßrichtung elektrisch belastet sind, ein wesentlich höheres spezifisches Energieaufnahme-Vermögen haben als die bisher verwendeten ",'iderstandsscheiben; sie können daher ohne weiteres parallel geschaltet werden. Infolgedessen kann man sich darauf beschränken, nur einen Typ des Widerstandskörpers für eine relativ niedrige elektrische Belastung herzustellen und auf Lager zu halten und bei Überspannungsableitern für höhere Belastungen s*ei oder mehr dieser Widerstandskörper räumlich nebeneinander anzuordnen und elektrisch parallel zueinander zu schalten.

Lie beideia überspannungsableiter nach der Erfindung verwendeten tViderstandskörper haben vorzugsweise prismatische Form, z. B. mit quadratischem oder leicht trapezförmigem Querschnitt. Man kann jedoch auch zylindrische Widerstandskörper vorsehen, irisnatische Widerstandskörper haben den weiteren Vorteil, daß sie auf einfache Weise über ihre Längskanten durch ein sie umgebendes Isolierstoffrohr, das auch mit dem Gehäuse des überspannungsableiters identisch sein kann, zentriert werden können.

In den Figuren 1 und 2 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Überspannungsableiter für Mittelspannung dargestellt.

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Die Figuren 3 bis 9 zeigen Preßformen zur Herstellung der Widerstandskörper und Fig. 10 einen Teil schnitt durch einen Überspannungsableiter für höhere Belastung mit mehreren parallel geschalteten Widerstandskörper]!.

Bei dem in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellten Überspannungsableiter ist das mit Rippen versehene äußere Isoliergehäuse, das z. B. aus Porzellan bestehen kann, mit 1 bezeichnet; es ist am oberen Ende durch eine Metallkappe 2 mit Dichtungsring 3 verschlossen, die bei 4 mit dem Gehäuse 1 verkittet ist. Am unteren Ende wird der Verschluß durch die Metallkappe 5 und den Dichtungsring 6 gebildet» Der untere Abschluß weist ferner einen Umlenkteller 7 auf, der mit einer Membran verbunden ist und den Erdleiter 9 trägt. Bei Versagen des Ableiters vdrd die Membran 8 durch den entstehenden hohen Druck zerstört und der Teller 7 mit dem Erdleiter 9 abgeworfen.

I;:i Inneren des Äbleiters ist ein Stapel 10 aus Funkenstrecken angeordnet, von denen die unteren im Schnitt dargestellt sind. Tie I-'unkenstrecken sind von einem rohrförmigen oteuerwiderstand 11 UiT.geten. Oberhalb und unterhalb des Funkenstreckenstapels sind zwei quaderförmige Widerstandskörper 12 angeordnet, deren horizontaler Querschnitt quadratisch ist (vgl, 7i-3. 2). Die widerstandskörper 12 sind an ihren Stirnflächen 12a zur Verbesserung der Kontaktierung mit metallischen Belagen, beispielsweise aufgespritzten Xupferschichten, versehen. Mit 13 und 14 sind metallische Abstandsstücke bezeichnet. Der gesamte stapel wird durch einen fragstern 15 unterstützt, der auf der Membran 8 ruht. Der Stapel ist ferner durch ein Isolierstoffrohr 16, z. B. aus Hartpapier, zentriert, wobei, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Längskanten der "lderstandskörper 12 an der Innenfläche des Isolierstoffrohres 16 anliegen. Zwischen den Widerstandskörpern 12 und dem Isolier-

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stoffrohr 16 bestehen luftgefüllte Zwischenräume 171 die für den Druckausgleich, insbesondere bei Überlastung, günstig sind.

In Fig. 1 ist die Richtung, in der bei der Herstellung der Widerstandskörper 12 der Preßdruck angewandt wurde, durch den Ffeil 18 bezeichnet, während der Pfeil 19 die Richtung der elektrischen Belastung, d. h. insbesondere des Ableitstromes, angibt. Wie ersichtlich ist, beträgt die Länge der Widerstandskörper \2 in Sichtung des Pfeiles 19 ein Mehrfaches, im Ausführungsbeispiel etwa das 2 1/2fache, der Breite in Richtung des Pfeiles 18.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen schematisch eine Preßform zur Herstellung quaderförmiger Widerstandskörper, und zwar in der Draufsicht (Fig. 4), in einem Längsschnitt (Fig. 3) und einem Querschnitt (Fig. 5). Die Preßform besteht aus einem massiven Rahmen 20, in dessen Öffnung 21 die Preßkolben 22 und 23 eingreifen. Die zu verpressende Masse aus Siliziumkarbid mit Bindemittel ist mit 24 bezeichnet. Der Preßdruck wirkt in Eichtung der Pfeile 25; er kann etwa 100 bis 1C00 kp/cm¹", vorzugsweise 75C kp/cia , betragen.

Wie man aus den Figuren 3 bis 5 erkennt, wirkt der Preßdruck senkrecht zur Längsrichtung des Preßlings, so daß beim Pressen der Hub der Kolben 22 und 23 gering bleibt. Dadurch wird der Entstehung von Inhomogenitäten im Preßling durch Reibungsvorgänge während des Fressens weitgehend vorgebeugt. Beim Betriebseinsatz im überspannungsableiter wird der aus der Preßniasse 24 gefertigte Vaderstandskörper jedoch elektrisch in seiner Längsrichtung beansprucht, wie das aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Bei der Preßform nach den Figuren 3 bis 5 kann man auch, wie

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ig. 6 zeigt, die Innenwände des Rahmens 20 abschrägen, so daß der aus der Preßmasse 24 gefertigte Preßling einen schwach trapezförmigen Querschnitt erhält. Der Preßling läßt sich dann leichter aus der Form herausnehmen.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen Querschnitte durch Preßformen, die zur Herstellung von Widertandskörpern mit kreisförmigem bzw» hexagonalem Querschnitt verwendet werden können. Auch hier ist der Bahmen der Preßform jeweils mit 20, die Preßmasse mit bezeichnet. Die Preßformen sind hier ebenfalls so ausgebildet, daß die Länge der Preßkörper größer ist als ihre Breite in Preßrichtung.

Die Figuren 10 und 11 zeigen einen Teil-Längsschnitt durch einen überspannungsableiter für höhere Stoßstrombelastung, bei dem Widerstandskörper des gleichen Typs v/ie in Fig. 1 verwendet sind. Der Funkenstreckenstapel ist mit 30 bezeichnet. Oberhalb und unterhalb des Funkenstreckenstapels 30 sind jeweilo vier Widerstandskörper 31 räumlich nebeneinander angeordnet, die elektrisch parallel geschaltet sind. Jeder einzelne üiderstandskörper 31 hat dieselbe Form und Größe wie die Widerstandskörper 12 in Fig. 1. Mit 32 und 33 sind Metallplatten bezeichnet, die den Kontakt zwischen den Widerstandskörpern 31 und dem Funkenstreckenstapel 30 vermitteln. Die aus den Vriderstandskörpern 31 gebildeten Viererblöcke sind durch ein Isolierstoffrohr 34 zentriert.

4 Ansprüche
11 Figuren

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Claims

FLA 68/0046 -7- Patentansprüche

1. Überspannungsableiter mit einem oder mehreren, durch Pressen hergestellten Wideräandskörpern mit nichtlinearem Widerstand, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung und Kontaktierung der '.Viderstandskörper (12), daß bei ihrer elektrischen Belastung .Strom und Spannungsabfall senkrecht zur Sichtung des bei ihrer Herstellung angewandten Preßdruckes gerichtet sind, and ferner dadurch, daß die Länge der Widerstandskörper in wtrcnrichtung (19) mindestens so groß ist wie ihre Breite in der Kichtun^ (18) des PreSdruckes.

2. überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ^:'"iderstandskörper prismatische Form haben.

;". -bersOannunjsaü eiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da£ die Widerstandskörper über ihre Längskanten durch ein sie umgebendes Isolierstoffrohr (16) zentriert sind.

A. überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 jeweils mehrere gleiche Widerstandskörper (3D räumlich parallel nebeneinander angeordnet und elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.

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