DE19942633A1 - Überspannungsableiter - Google Patents
ÜberspannungsableiterInfo
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- H01C7/12—Overvoltage protection resistors
Abstract
Der Überspannungsableiter weist ein zylindersymmetrisch ausgebildetes, erdbares Gehäuse (10) auf, durch welches ein auf Hochspannungspotential bringbarer Steckanschluss (5) geführt ist. Im Gehäuse (10) ist ein längs der Symmetrieachse (z) ausgerichtetes Aktivteil (8) angeordnet mit zwei Anschlussarmaturen (1, 2) und mindestens einem zwischen den beiden Anschlussarmaturen angeordneten Varistorelement (9). Die Anschlussarmaturen (1, 2) und das mindestens eine Varistorelement (9) sind unter Bildung von Kontaktkraft mit mindestens einer Schlaufe (7) gegeneinander verspannt. Die Isolation des Aktivteils (8) zum Gehäuse (10) ist durch eine Isolierstoffhülle (13) sichergestellt. Das Gehäuse (10) ist flaschenförmig ausgebildet und weist einen nach Art eines Flaschenhalses ausgebildeten Gehäuseabschnitt (14) auf, in dem ein an eine (1) der beiden Anschlussarmaturen angeschlossener und mit dem Steckanschluss (5) elektrisch leitend verbundener, zylindersymmetrisch ausgebildeter Stromleiter (3) geführt ist. DOLLAR A Dieser Überspannungsableiter zeichnet sich durch große mechanische Festigkeit aus. Durch die flaschenförmige Gestalt des Gehäuses (10) wird eine Ausbildung des elektrischen Feldes im Gehäuseinneren erreicht, welche auch bei nichtzylindersymmetrischer Beschaffenheit des Aktivteils (8) feldsteuernde, halbleitende und/oder leitende Elemente und/oder Beschichtungen zwischen dem Aktivteil (8) und der Wand des Gehäuses (10) entbehrlich macht. Zugleich zeichnet sich der ...
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Überspannungsableiter mit einem
zylindersymmetrisch ausgebildeten, erdbaren Gehäuse, durch weiches ein auf
Hochspannungspotential bringbarer Steckanschluss geführt ist, und mit einem im
Gehäuse angeordneten und längs der Symmetrieachse ausgerichteten Aktivteil mit
zwei Anschlussarmaturen, mindestens einem zwischen den beiden
Anschlussarmaturen angeordneten Varistorelement und einer die
Anschlussarmaturen und das mindestens eine Varistorelement unter Bildung von
Kontaktkraft beaufschlagenden Spannvorrichtung, bei dem das Aktivteil von einer
die Isolation zum Gehäuse sicherstellenden elastischen Isolierstoffhülle umgeben
ist.
Ein Ableiter der vorgenannten Art wird von zahlreichen Herstellern im Handel
angeboten und dient dem Schutz metallgekapselter, gasisolierter Schaltanlagen.
Der Ableiter wird hierbei mit einem einen Aussen- oder Innenkonus aufweisenden,
hochspannungsführenden Steckkontakt der Anlage verbunden und begrenzt dann
Überspannungen, die durch Schaltvorgänge oder durch Reflexion von
Wanderwellen erzeugt werden. Der Ableiter enthält ein auf Erdpotential geführtes
und berührungssicheres Gehäuse und ein in das Gehäuse eingebautes und aus
Varistorelementen, insbesondere auf der Basis von Metalloxid, funkenstreckenlos
aufgebautes Aktivteil. Das Aktivteil ist in einen Isolierkörper aus Silikonkautschuk
eingegossen, dessen Aussenfläche zumindest teilweise auf der Innenfläche des
Gehäuses aufliegt. Zur Steuerung des elektrischen Feldes zwischen dem auf
Hochspannungspotential befindlichen Aktivteil und dem auf Erdpotential geführten
Gehäuse weist ein solcher Ableiter im allgemeinen halbleitende oder leitende
Feldsteuerelemente auf.
In EP 0 810 613 A2 ist ein Überspannungsableiter beschrieben mit einem in ein
Gussgehäuse aus Isoliermaterial eingebetteten Aktivteil. Zwei Anschlussarmaturen
und Varistorelemente des Aktivteils sind unter Bildung von Kontaktkraft mittels einer
Schlaufe aus Isoliermaterial miteinander verspannt.
Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe
zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art zu schaffen,
welcher sich durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften auszeichnet
und welcher sich zugleich in kostengünstiger Weise herstellen lässt.
Beim Überspannungsableiter nach der Erfindung ist das Aktivteil durch mindestens
eine auf seinen beiden Anschlussarmaturen gelagerte Schlaufe zusammengehalten
und mit Kontaktkraft beaufschlagt. Hierdurch wird in herstellungstechnisch einfacher
und daher kostengünstiger Weise eine hohe mechanische Festigkeit des Aktivteils
erreicht. Zugleich ist ein das Aktivteil umgebendes Gehäuse flaschenförmig
ausgeführt und weist dieses Gehäuse einen nach Art eines Flaschenhalses
geformten Gehäuseabschnitt auf, in dem ein an eine der beiden
Anschlussarmaturen angeschlossener und mit dem Steckanschluss elektrisch
leitend verbundener, zylindersymmetrisch ausgebildeter Stromleiter geführt ist.
Hierdurch wird eine Ausbildung des elektrischen Feldes im Gehäuseinneren
erreicht, welche auch bei nichtzylindersymmetrischer Beschaffenheit des Aktivteils
infolge der Halteschlaufe feldsteuernde halbleitende oder leitende Elemente und
Beschichtungen zwischen dem Aktivteil und der Gehäusewand entbehrlich macht.
Zugleich zeichnet sich der Überspannungsableiter wegen des mechanisch sehr
beständigen Aktivteils und wegen der fehlenden feldsteuernden Elemente durch
eine hervorragende Langzeitstabilität aus.
Eine besonders homogene Verteilung des elektrischen Feldes und damit ein
besonders vorteilhaftes dielektrisches Verhalten des Überspannungsableiters wird
erreicht, wenn an den flaschenhalsförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitt ein sich
konisch erweiternder Gehäuseabschnitt anschliesst, in dem ein an eine der beiden
Anschlussarmaturen angeschlossenes Ende des mit dem Steckanschluss
verbundenen Stromleiters geführt ist.
Es ist günstig, den flaschenhalsförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitt an seinem
dem Steckanschluss zugewandten Ende aufzuweiten, da die Aufweitung dann als
Anschlag für Befestigungselemente dient, die auf diesem Gehäuseabschnitt geführt
werden. Solche Befestigungselemente sind mit Vorteil ein am flaschenförmig
ausgebildeten Gehäuseabschnitt geführter Befestigungsflansch und eine zwischen
Befestigungsflansch und Aufweitung angeordnete Druckfeder.
Da bei einer möglicherweise auftretenden Überlastung des Überspannungsableiters
gegebenenfalls Überdrücke auftreten können, ist das flaschenförmige Gehäuse im
allgemeinen druckfest ausgebildet und mit einem Überdruckventil versehen. Dieses
Überdruckventil kann mit Vorteil am Gehäuseboden angeordnet oder der mit einer
Sollbruchstelle versehene Boden selber sein. Beim Ansprechen des
Überdruckventils aus dem flaschenförmigen Gehäuse austretende heisse Gase
können dann problemlos - und ohne die Steckverbindung zu beschädigen - entfernt
werden.
Dielektrisch unerwünschte Spalte und/oder Poren zwischen dem Ableiteraktivteil
und einer zwischen Aktivteil und Gehäuse vorgesehenen Isolierhülle werden durch
eine Beschichtung des Aktivteils mit einem Haftvermittler vermieden. Dennoch im
Gehäuseinneren zwischen Aktivteil und Gehäusewand auftretende Poren und/oder
Spalte werden zur Verbesserung der dielektrischen Festigkeit mit einem gelartigen
Isoliermittel aufgefüllt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren
Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei
zeigt
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch eine
Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung mit
einem als Aussenkonus ausgebildeten Steckanschluss, und
Fig. 2 eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch eine
Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung mit
einem als Innenkonus ausgebildeten Steckanschluss.
In den beiden Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende
Teile. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Überspannungsableiter weisen zwei
vorzugsweise aus Aluminium bestehende und voneinander längs einer Achse z
beabstandete Anschlussarmaturen 1, 2 auf. Die Anschlussarmatur 1 ist über einen
zylindersymmetrisch ausgebildeten und längs der Achse z geführten Stromleiter 3
mit einem einen Aussenkonus 4 (Fig. 1) bzw. einen Innenkonus 4' (Fig. 2)
aufweisenden Steckanschluss 5 verbunden. Dieser Steckanschluss ist mit einem
einen Innen- bzw. Aussenkonus aufweisenden, hochspannungsführenden
Steckanschluss einer metallgekapselten, gasisolierten Anlage verbindbar. Die
Anschlussarmatur 2 ist über einen ebenfalls axial geführten Stromleiter 6 auf
Erdpotential führbar. Eine Schlaufe 7 aus glasfaserverstärktem und in eine
Kunststoffmatrix eingebettetem Band ist mit ihren beiden Enden in Ausnehmungen
oder in Anformungen der Anschlussarmaturen 1, 2 gelagert.
Zwischen den Anschlussarmaturen 1, 2 sind unter Bildung eines säulenförmigen
und längs der Achse z ausgerichteten Ableiteraktivteils 8 zylinderförmige
Varistorelemente 9 aus nichtlinearem Widerstandsmaterial, etwa auf der Basis von
Metalloxid, wie insbesondere von ZnO, angeordnet. Alternativ kann statt mehrerer
Elemente 9 auch ein säulenförmig ausgebildetes Varistorelement vorgesehen sein.
Zwischen den Anschlussarmaturen 1, 2 und den beiden benachbarten
Varistorelementen 9 sowie zwischen den einzelnen Varistorelementen 9 sind in den
Figuren nicht bezeichnete federnde Stromübergangselemente angeordnet. Die
beiden Anschlussarmaturen 1, 2 und die dazwischenliegenden Teile sind mit einer
definierten Spannkraft beaufschlagt. Hierdurch wird eine gute Kontaktierung der im
Aktivteil vorgesehenen Varistorelemente 9 untereinander und mit den
Anschlussarmaturen 1, 2 erreicht. Die Spannkraft wird durch die Schlaufe 7
aufgenommen. Anstelle einer Schlaufe können zwei oder gegebenenfalls auch mehr
Schlaufen zur Verspannung des Aktivteils 8 verwendet werden.
Das Aktivteil 8 ist in einem zylindersymmetrisch ausgebildeten, erdbaren Gehäuse
10 angeordnet. Dieses Gehäuse 10 kann aus Metall, wie etwa Aluminium, aus
einem elektrisch leitfähigen polymeren Material, beispielsweise einem mit
Leitfähigkeitsruss gefüllten Polyäthylen, oder aus einem mit einem elektrisch
leitfähigen Mantel versehenen polymeren Material, wie etwa Polyäthylen, bestehen.
Das Gehäuse 10 weist einen Boden 11 auf, durch den der über einen
Schraubanschluss 12 mit Erdpotential verbindbare Stromleiter 6 geführt ist. Der
Boden 11 ist so ausgebildet, dass er beim Auftreten eines Überdrucks bestimmter
Grösse im Inneren des Gehäuses 10 nachgibt und das Gehäuseinnere so vom
Überdruck entlastet.
Das Aktivteil ist von einer die Isolation zur erdbaren Wand des Gehäuses 10
sicherstellenden Isolierstoffhülle 13 umgeben. Als Material für die Hülle kommen
vorzugsweise elastische Isolierstoffe, wie vorzugsweise Silikone, in Betracht. Dieses
Material kann bei der Herstellung des Überspannungsableiters zunächst in
flüssigem Zustand in das bereits das vormontierte Aktivteil 8 und die Stromleiter 3
und 6 aufnehmende Gehäuse 10 gegossen und danach unter Bildung der
vorzugsweise elastischen Hülle 13 im Gehäuse 10 polymerisiert werden.
Dielektrisch unerwünschte Spalte oder Poren im feldmässig hoch belasteten
Bereich zwischen dem Ableiteraktivteil 8 und der Isolierstoffhülle 13 werden durch
eine Beschichtung des Aktivteils 8 mit einem Haftvermittler vermieden. Dennoch im
Gehäuseinneren zwischen dem Aktivteil 8 und der Wand des Gehäuses 10
auftretende Poren und/oder Spalte können zur Verbesserung der dielektrischen
Festigkeit mit einem gelartigen Isoliermittel, etwa einem Silikonöl, vorzugsweise
unter Vakuum aufgefüllt werden.
Das Gehäuse 10 ist flaschenartig ausgebildet und weist einen nach Art eines
Flaschenhalses ausgebildeten Gehäuseabschnitt 14 auf, welcher symmetrisch zur
Achse z und damit auch zum Stromleiter 3 angeordnet ist. An den
flaschenhalsförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitt 14 schliesst ein sich konisch
erweiternder Gehäuseabschnitt 15 an, in dem ein an die Anschlussarmatur 1
angeschlossenes Ende des mit dem Steckanschluss 5 verbundenen Stromleiters 3
geführt ist. Der flaschenhalsförmig ausgebildete Gehäuseabschnitt 14 ist an seinem
dem Steckanschluss 5 zugewandten Ende unter Bildung einer Aufweitung 16
aufgebördelt. Ferner trägt der flaschenhalsförmig ausgebildete Gehäuseabschnitt 14
einen Befestigungflansch 17 und eine zwischen Befestigungsflansch 17 und
Aufweitung 16 geführte Druckfeder 18.
Durch die flaschenförmige Gestalt des Gehäuses 10 wird eine Ausbildung des
elektrischen Feldes im Gehäuseinneren erreicht, welche auch bei
nichtzylindersymmetrischer Beschaffenheit des Aktivteils 8 feldsteuernde,
halbleitende und/oder leitende Elemente und/oder Beschichtungen zwischen dem
Aktivteil 8 und der Gehäusewand entbehrlich macht.
Zur Montage wird der Anschluss 5 in einen mit einem Innenkonus versehenen
Anschluss einer metallgekapselten Schaltanlage gesteckt. Hierdurch ist der
Überspannungsableiter elektrisch mit der Schaltanlage verbunden. Sodann wird der
Befestigungsflansch 17 unter Spannen der Druckfeder 18 mit der Kapselung der
Schaltanlage fest verbunden. Der Überspannungsableiter ist dann in elastisch
geringfügig federnder Weise auf der Metallkapselung der Schaltanlage festgesetzt.
Ein zwischen Steckanschluss 5 und Aufweitung 16 vorgesehener und ausserhalb
des Gehäuses 10 angeordneter Abschnitt 19 der Isolierstoffhülle 13 stellt die
Isolation zwischen dem hochspannungsführenden Stromleiter 3 und der
Metallkapselung der Schaltanlage bzw. dem Gehäuse 10 bzw. dem
Befestigungsflansch 17 her.
1
,
2
Anschlussarmaturen
3
Stromleiter
4
Aussenkonus
5
Steckanschluss
6
Stromleiter
7
Schlaufe
8
Aktivteil
9
Varistorelemente
10
Gehäuse
11
Gehäuseboden
12
Schraubanschluss
13
Isolierstoffhülle
14
,
15
Gehäuseabschnitte
16
Aufweitung
17
Befestigungsflansch
18
Druckfeder
19
Isolierstoffhüllenabschnitt
z Achse
z Achse
Claims (7)
1. Überspannungsableiter mit einem zylindersymmetrisch ausgebildeten,
erdbaren Gehäuse (10), durch welches ein auf Hochspannungspotential
bringbarer Steckanschluss (5) geführt ist, und mit einem im Gehäuse (10)
angeordneten und längs der Symmetrieachse (z) ausgerichteten Aktivteil (8)
mit zwei Anschlussarmaturen (1, 2), mindestens einem zwischen den beiden
Anschlussarmaturen angeordneten Varistorelement (9) und einer die
Anschlussarmaturen (1, 2) und das mindestens eine Varistorelement (9)
unter Bildung von Kontaktkraft beaufschlagenden Spannvorrichtung, bei dem
das Aktivteil (8) von einer die Isolation zum Gehäuse (10) sicherstellenden
Isolierstoffhülle (13) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Spannvorrichtung mindestens eine mit ihren Enden auf den beiden
Anschlussarmaturen (1, 2) gelagerte Schlaufe (7) aufweist, und dass das
Gehäuse (10) flaschenförmig ausgebildet ist und einen nach Art eines
Flaschenhalses ausgebildeten Gehäuseabschnitt (14) aufweist, in dem ein an
eine der beiden Anschlussarmaturen (1, 2) angeschlossener und mit dem
Steckanschluss (5) elektrisch leitend verbundener, zylindersymmetrisch
ausgebildeter Stromleiter (3) geführt ist.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an
den flaschenhalsförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitt (14) ein sich
konisch erweiternder Gehäuseabschnitt (15) anschliesst, in dem ein an eine
(1) der beiden Anschlussarmaturen angeschlossenes Ende des mit dem
Steckanschluss (5) verbundenen Stromleiters (3) geführt ist.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
flaschenhalsförmig ausgebildete Gehäuseabschnitt (14) an seinem dem
Steckanschluss (5) zugewandten Ende aufgeweitet ist.
4. Überspannungsableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am
flaschenförmig ausgebildeten Gehäuseabschnitt (14) ein Befestigungflansch
(17) und eine zwischen Befestigungsflansch (17) und Aufweitung (16)
angeordnete Druckfeder (18) geführt sind.
5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Boden (11) des flaschenförmigen Gehäuses (10)
überdruckempfindlich ausgebildet ist.
6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Aktivteil (8) mit einem auf die Isolierstoffhülle (13)
wirkenden Haftvermittler beschichtet ist.
7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass vom Gehäuse (10) umschlossene, in der
Isolierstoffhülle (13) oder zwischen der Isolierstoffhülle (13) und der Wand
des Gehäuses (10) sowie dem Ableiteraktivteil (8) enthaltene Poren und/oder
Spalte mit einem gelartigen Isoliermittel aufgefüllt sind.
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