DE1812253B2

DE1812253B2 - Überspannungsableiter mit einem oder mehreren, durch Pressen hergestellten Widerstandskörpern

Info

Publication number: DE1812253B2
Application number: DE1812253A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.-Ing. Foitzik; Klaus Dipl.-Ing. Reichelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-11-26
Filing date: 1968-11-26
Publication date: 1978-05-03
Also published as: US3586914A; GB1263597A; NO127078B; DE1812253A1; SE350160B; BR6914422D0; FR2024269A1; CH509682A; BE742232A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter mit einem oder mehreren, durch Pressen in prismatischer Gestalt hergestellten Widerstandskörpern mit nichtlinearer Kennlinie und einem Hohlisolator zur Aufnahme des bzw. der Widerstandskörper und mit diesen in Reihe geschalteter Funkenstrecken.

Ein Überspannungsableiter dieser Art ist durch die AT-PS 2 06 502 bekanntgeworden. Die Widerstandskörper sind bei diesem Ableiter plattenförmig und rechteckig gestaltet, wobei der Strom einen Stapel von Widerstandskörpern zickzackförmig durchfließt und zur Stromleitung an den mit metallischen Kontaktflächen versehenen Schmalseiten der Widerstandskörper Leiterstücke vorgesehen sind. Diese Anordnung erfordert neben den erwähnten Leiterstücken noch isolierende Zwischenlagen zwischen den Widerstandskörpern.

Bei anderen bekannten Überspannungsableitern werden scheibenförmige Widerstandskörper zu einer Säule übereinandergestapelt, wobei der Strom in der Richtung der Längsachse des Stapels der Widerstandskörper und damit der Längsachse des gesamten Überspannungsabieiters verläuft.

Im allgemeinen bestehen Widerstandskörper für den vorliegenden Zweck aus Siliziumkarbid mit Beimischungen. Zur Herstellung der Widerstandskörper können z. B. 70 bis 80% Siliziumkarbid-Pulver mit Porzellanmasse verpreßt werden; der Preßling wird dann bei etwa 1300⁰C gebrannt. Bei einem anderen gängigen Typ des Widerstandskörpers bestehen die Beimischungen aus Tonerde, Schlemmkreide und Wasserglas als Bindemittel. Der aus diesen Bestandteilen hergestellte Preßling wird dann bei etwa 200 bis 500°C gehärtet.

Üblicherweise wirkt bei der Herstellung von Widersiandskörpern der Preßdruck in der Richtung der Scheibenachse. Die Scheiben sind an ihren Stirnflächen 70 in der Regel mit einer metallischen Kontaktierungsschicht, z. B. mit einer aufgespritzten Kupferschicht, versehen. Beim Ansprechen des Überspannungsableiter fließt der Ableitstrom in derselben Richtung durch den Widerstandskörper, in der bei dessen Herstellung der Preßdruck gewirkt hat.

Es hat sich gezeigt, daß die Höhe der bisher verwendeten Widerstandsscheiben im Verhältnis zum Durchmesser nicht beliebig groß gewählt werden kann. Ein quadratischer Querschnitt (Höhe = Durchmesser)

ίο ist bereits unzulässig, da derartige Scheiben in der Regel bei der Stoßstrom- und Langwellenprüfung frühzeitig Durchschläge zeigen und daher für den betriebsmäßigen Einsatz nicht brauchbar sind. Dies ist auf Inhomogenitäten der Scheibe, insbesondere in ihrem Randbereich, zurückzuführen. Diese Inhomogenitäten werden ihrerseits durch die große Reibung verursacht, die beim Pressen zwischen ihrer Umfangsfläche und der Preßform auftritt und die sich um 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 Widerstandsscheiben stapeiförmig zusammengesetzt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nichtlinea-

re Widerstandskörper für Überspannungsableiter mit derart verbesserten Eigenschaften zu schaffen, daß man mit einer geringeren Anzahl von Widerstandskörpern als bisher auskommt.

Gemäß der Erfindung sind hierzu die Widerstands-

JO körper bei ihrer Herstellung mit dem Preßdruck senkrecht zur vorgesehenen Richtung der elektrischen Beanspruchung beaufschlagt und in Richtung des Stromes mindestens ebenso lang wie breit sowie in der Längsrichtung des Überspannungsabieiters vom Strom durchflossen. Die Widerstandskörper besitzen in der Richtung des Preßdruckes nur eine relativ kleine Abmessung und sind daher weitgehend homogen, wodurch es möglich ist, mehrere der bisher üblichen Widerstandskörper durch einen einzigen langen Wider-Standskörper zu ersetzen. Die Länge in Richtung des Stromes kann z. B. 2- bis 4mal größer als die Breite sein. Wegen der verringerten Anzahl der benötigten Widerstandskörper werden auch die Kosten für den Gesamtwiderstand erheblich vermindert

Die prismatische Form der Widerstandskörper kann im Rahmen der Erfindung dazu ausgenutzt werden, eine Zentrierung durch ein die Widerstandskörper umgebendes Isolierstoffrohr herbeizuführen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die für verschiedene Ableiter erforderliche Anzahl von Typen der Widerstandskörper herabgesetzt werden kann. Bisher werden die Widerstandskörper nur in Reihenschaltung verwendet, da eine Parallelschaltung wegen des negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes zur Instabilität neigt. Es mußten daher für Überspannungsableiter mit unterschiedlichen Nennbelastungen jeweils verschieden große Typen von Widerstandsscheiben hergestellt werden. Es hat sich nun gezeigt, daß die Widerstandskörper, die

to gemäß der Erfindung senkrecht zur Preßrichtung elektrisch belastet sind, ein wesentlich höheres spezifisches Energieaufnahmevermögen als die bisher verwendeten Widerstandsscheiben besitzen. Sie können daher ohne weiteres parallel geschaltet werden. Infolgedessen

^h5 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 zwei

oder mehr dieser Widerstandskörper räumlich nebeneinander anzuordnen und elektrisch parallel zueinander ai schalten.

Die Parallelschaltung spannungsabhängiger Widerstände ist an sich bekannt (DE-PS 7 39 386). Jedoch wird gerade durch parallelgeschaltete Widerslände nach der Erfindung eine wesentliche Leistungssteigerung bei Überspannungsableitern erreicht.

In den F i g. 1 und 2 ist als Allsführungsbeispiel der Erfindung ein Überspannungsableiter für Mittelspannung dargestellt.

Die F i g. 3 bis 9 zeigen Preßformen zur Herstellung der Widerstandskörper und Fig. 10 einen Teilschnitt durch einen Überspannungsableiter für höhere Belastung mit mehreren parallel geschalteten Widerstands- '⁵ körpern.

Bei dem in F i g. 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 8 verbunden ist und den Erdleiter 9 trägt Bei Versagen des Ableiters wird die Membran 8 durch den entstehenden hohen Druck zerstört und der Teller 7 mit dem Erdleiter 9 abgeworfen.

Im Inneren des Ableiters ist ein Stapel 10 aus ³⁽⁾ Funkenstrecken angeordnet, von denen die unteren im Schnitt dargestellt sind. Die Funkenstrecken sind von einem rohrförmigen Steuerwiderstand 11 umgeben. Oberhalb und unterhalb des Funkenstreckenstapels sind zwei quaderförmige Widerstandskörper 12 angeordnet, *⁵ deren horizontaler Querschnitt quadratisch ist (vgl. Fig.2). Die Widerstandskörper 12 sind an ihren Stirnflächen 12a zur Verbesserung der Kontaktierung mit metallischen Belägen, beispielsweise aufgespritzten Kupferschichten, versehen. Mit 13 und 14 sind "»0 metallische Abstandsstücke bezeichnet. Der gesamte Stapel wird durch einen Tragstern 15 unterstützt, der auf der Membran 8 ruht. Der Stapel ist ferner durch ein Isolierstoffrohr 16,2. B. aus Hartpapier, zentriert, wobei, wie aus Fig.2 ersichtlich ist, die Längskanten der Widerstandskörper 12 an der Innenfläche des Isolierstoffrohres 16 anliegen. Zwischen den Widerstandskörpern 12 und dem Isolierstoffrohr 16 bestehen luftgefüllte Zwischenräume 17, die für den Druckausgleich, insbesondere bei Überlastung, günstig sind.

In F i g. 1 ist die Richtung, in der bei der Herstellung der Widerstandskörper 12 der Preßdruck angewandt wurde, durch den Pfeil 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 12 in Richtung des Pfeiles 19 ein Mehrfaches, im Ausführungsbeispiel etwa das 2 l/2fache, der Breite in Richtung des Pfeiles 18.

Die Fig.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 Richtung der Pfeile 25; er kann etwa 100 bis 1000 kp/cm², vorzugsweise 750 kp/cm², betragen.

Wie man aus den Fig.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 Pressens weitgehend vorgebeugt. Beim Betriebseinsatz im Überspannungsableiter wird der aus der Preßmasse 24 gefertigte Widerstandskörper jedoch elektrisch in seiner Längsrichtung beansprucht, wie das aus F i g. 1 ersichtlich ist.

Bei der Preßform nach den Fig.3 bis 5 kann man auch, wie F i g. 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 F i g. 7 bis 9 zeigen Querschnitte durch Preßformen, die zur Herstellung von Widerstandskörpern mit kreisförmigem bzw. hexagonalem Querschnitt verwendet werden können. Auch hier ist der Rahmen der Preßform jeweils mit 20, die Preßmasse mit 24 bezeichnet. Die Preßformen sind hier ebenfalls so ausgebildet, daß die Länge der Preßkörper größer ist als ihre Breite in Preßrichtung.

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

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter mit einem oder mehreren, durch Pressen in prismatischer Gestalt hergestellten Widerstandskörpern mit nichtlinearer Kennlinie und einem Hohlisolator zur Aufnahme des bzw. der Widerstandskörper und mit diesen in Reihe geschalteter Funkenstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (12) bei ihrer Herstellung mit dem Preßdruck senkrecht zur vorgesehenen Richtung der elektrischen Beanspruchung beaufschlagt sind und in Richtung des Stromes (19) mindestens ebenso lang wie breit sowie in der Längsrichtung des Überspannungsabieiters vom Strom durchflossen sind.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (12) über ihre Längskanten durch ein sie umgebendes Isolierstoffrohr (16) zentriert sind.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere gleiche Widerstandskörper (31) räumlich parallel nebeneinander angeordnet und elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandskörper (12) in Richtung des Stromes (19) einen quadratischen Querschnitt besitzen.