DE3116573C2 - Überspannungsableiter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter mit einem Gehäuse (3) aus Isoliermaterial, welches eine Vielzahl zylindrischer Varistorblöcke enthält, die in einem koaxialen Stapel (2) angeordnet sind und die an ihren Endflächen Elektroden zur Reihenschaltung aller Varistorblöcke des Stapels haben, wobei die Mantelflächen von ringförmigen Schutzgliedern (5, 6) aus Isoliermaterial dicht umgeben sind. Die Erfindung besteht darin, daß die Schutzglieder (5, 6) derart ausgebildet sind, daß die Schutzglieder (5, 6) benachbarter Varistorblöcke (1) einander überlappen. Durch die Erfindung wird verhindert, daß eine im Stapel durch Glimmentladung lokal auftretende Ionisation sich in den Raum zwischen Stapel und Gehäusewand ausdehnen kann und zu einem Überschlag im Überspannungsableiter führt.

Description

wenig gegen einen Oberschlag, der durch Glimmentladungen verursacht wird als Folge eines schlechten Kontaktes zwischen benachbarten Blöcken oder eines Fehlers in einem einzelnen Block.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem eine lokale Ionisation im Varistorblockstapel, die.beispielsweise durch einen Fehler in einem Varistorblock oder durch einen schlechten Kontakt zwischen zwei benachbarten Blöcken hervorgerufen wird, sich nicht in den Raum außerhalb des Stapels ausbreiten kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Überspannungsableiter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsge-mäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt

Bei einem Überspannungsableiter gemäß der Erfindung werden die Blöcke durch die verwendete Mantelflächenschutzeinrichtung derart geschützt, daß eine Beschädigung der Kanten oder dergleichen vermieden wird, während gleichzeitig eine wirkungsvolle Dichtung des Varistorblockstapels erreicht wird, so daß eine lokal auftretende Ionisation sich nicht ausbreiten kann. Auf diese Weise wird beispielsweise verhindert, daß ein kurzgeschlossener Block zu einem Zusammenbruch des Überspannungsabieiters führt

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Überspannungsableiter gemäß der Erfindung,

F i g. 2 im vergrößertem Maßstab einen Axialschnitt durch zwei in Reihe geschaltete Varistorblöcke des Überspannungsabieiters gemäß Fi g. 1, wobei die Varistorblöcke mit einer Schutzeinrichtung für die Mantelfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung versehen sind,

F i g. 3 in entsprechender Darstellung wie F i g. 2 eine andere Ausff-hrungsform der Schutzeinrichtung für die Mantelfläche des Varistorblockstapels,

Fig.4 einen axialen Schnitt durch einen Teil eines Überspannungsabieiters gemäß der Erfindung mit einer abgewandelten Ausführungsform für die seitliche Ab-Stützung des Varistorblockstapels gegen die Gehäuseinnenwand.

Der in F i g. 1 gezeigte Überspannungsableiter enthält eine Vielzahl von zylindrischen Varistorblöcken 1, die in koaxialer Lage zueinander einen Stapel 2 bilden. Der Varistorstapel ist konzentrisch in einem langgestreckten Porzellangehäuse 3 angeordnet, wobei ein zylinderringförmiger Raum A zwischen dem Stapel und der Gehäuseinnenwand gebildet wird. Die Varistorbiökke bestehen im wesentlichen aus Zinkoxyd. Ihre im Sinne der Zeichnung waagerechten Stirnflächen sind mit Elektroden versehen, welche in Form eines metallischen Belages ausgebildet sind. Auf diese Weise sind die Varistorblöcke des Stapels in Reihe geschaltet. An ihrer Mantelfläche sind die Varistorblöcke mit einer elek- w> trisch isolierenden Schutzhülle versehen, welche aus an den. Blöcken angebrachten Schutzringen 5 und Führungsringen 6 besteht. Zwei der Führungsringe sind mit je drei oder vier Vorsprüngen 7 versehen, die über den Umfang des Führungsringes verteilt sind und die den Varistorblockstapel derart gegen das Gehäuse 3 abstützen, daß Gas frei von einem zum anderen axialen Ende des Überspannungsablcitfrs passieren kann. Das Porzellangehäuse ist mit Endgliedern 8 und 9 versehen, weiche Mittel zur hermetischen Dichtung des Gehäuses enthalten, sowie Überdruckentlastungseinrichtungen und äußere Anschlußglieder haben.

F i g. 2 zeigt in größerem Maßstab zwei der in Reihe geschalteten Varistorblöcke la und 16 des Überspannungsableiter gemäß F i g. 1. F i g. 2 läßt den Aufbau der die Mantelflächen der Blöcke umgebenden Schutzhülle genauer erkennen. Die Schutzhülle besteht einerseits aus den Schutzringen 5 aus Isoliermaterial, die an die VariEtorblöcke angegossen sind, und andererseits aus separaten isolierenden Hilfsringen, den sogenannten Führungsringen 6. Diese Führungsringe ermöglichen das Aufeinanderstapeln der Varistorblöcke bei gleichzeitiger seitlicher Führung. Gleichzeitig dichten sie den Varistorblockstapel ab, so daß ionisiertes Gas nicht nach außen dringen kann. Solches ionisiertes Gas kann durch Glimmentladungen zwischen benachbarten Varistorblöcken oder durch einen Fehler im Inneren eines einzelnen Blockes entstehen. Die Schutzringe 5 haben dieselbe axiale Länge wie die Varistorblöcke, und sie sind an ihrer Außenseite mit eiicm umlaufenden Bund oder individuellen Vorsprüngen 10 i.ur Positionierung der Führungsringe in axialer Richtung versehen.

F i g. 3 zeigt zwei in Reihe geschaltete Varistorblöcke ic und id mit einer anderen Ausführungsform der die Mantelfüche umgebenden Schutzhülle. Auch diese Schutzhülle besteht aus Schutzringen 5c und 5c/aus Isoliermaterial, die an die Varistorblöcke angegossen sind. In axialer Richtung bestehen die Schutzringe aus einem Mittelabschnitt 11 und zwei Endabschnitten 12 und 13, die eine kleinere Dicke als der Mittelabschnitt haben. Der eine Endabschnitt 13 erstreckt sich in axialer Richtung über die Stirnfläche des zugehörigen Varistorblokkes hinaus, und der Innendurchmesser dieses Endabschnittes ist derart auf den Außendurchmesser des anderen Endabschnittes 12 des Schutzringes des benachbarten Varistorblockes abgestimmt, daß der Endabschnitt 13 des Schutzringes 5c mit Passung den Endabschnitt 12 des benachbarten Schutzringes 5b umfaüt. Bei dieser Ausführungsform der Schutzhülle können die Varistorblöcke unmittelbar aufeinander gestapelt werden ohne die Notwendigkeit weiterer separater Glieder zur Fuhrung der Blöcke in radialer Richtung.

Zur Abstützung des Varistorblockstapels 2 ^egen das Porzellangehäuse 3 kann anstelle der in F i g. 1 gezeigten Führungsringe mit den Vorsprüngen 7 die Ausführungsform gemäß F i g. 4 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist im Varistorstapel eine metallische Führungsplatte 14 angeordnet, die an beispielsweise 3 über den Umfang verteilten Stellen mittels Dämpfergliedern 15 sich gegen das Porzellangehäuse abstützt. Zwischen der Platte und der Innenwand des Porzellan ■ gehäuses ist ein Spalt vorhanden, der den Gasdurchtritt in Längsrichtung des Überspannungsabieiters ermöglicht. Die Platte 14 ist auf beiden Seiten mit Führup.gsgliedern 16a und 16ö für den Varistorblockstapel versehen. Diese Führungsglieder können beispielsweise aus Metallringen oder dünnen Platten mit einem abgekanteten Rand bestehen die an der PJatte 14 beispielsweise durch Punktschweißung befestigt sind. Die Führungsglieder können auch aus unmittelbar in die Platte 14 eingeprägten Wülsten bestehen. Die Dichtung des Stapels an der Platte 14 wird durch Schutzringe 5 erreicht, die mit der Platte 14 in Verbindung stehen und von Stützringen 17 urnge'.>en sind, welche den gleichen Aufbau wie die Führungsringe 6 haben, aber nur halb so hoch sind. Das gleiche Dichtungsprinzip kann an beiden

Enden des Porzellangehäuses verwendet werden, wo Varistorblöcke an Metallplatten angrenzen.

Als Material für die Schutzringe kann beispielsweise vulkanisierbarer Silicongummi mit oder ohne Füllmittel, z. B. Aluminiumoxydpulver, verwendet werden. In Überspannungsableiterkonstruktionen, in welchen die vorübergehend auftretenden Temperaturen in den Blöcken nicht zu hoch sind, können bestimmte Thermoplaste verwendet werden, wie beispielsweise ein Sulfonpolymer, wie zum Beispiel Polyäthersulfon oder Poly- p'ienylsulfid. Das Material der Führungsringe 6 braucht nicht so hohen Temperaturen zu widerstehen wie die inneren Schutzringe 5. Das Material der Führungsringe 6 kann daher aus verschiedenen Kunststoffen bestehen, wobei dieses Material zweckmäßigerweise etwas steifer gewählt wird als das Material der Schutzringe 5. Die Materialdicke der Schutzringe 5 kann beispielsweise etwa 3 mm in den dünneren Endabschnitten betragen und etwa 5 mm in dem dickeren Mittelabschnitt, wogegen die Dicke der Führungsringe 6 beispielsweise etwa 2—4 mm betragen kann. Die zweckmäßigste Dicke der Ringe ist jedoch unter anderem abhängig von der Steifheit des Materials und kann daher von Fall zu Fall variieren. Anstatt die Varistorblöcke direkt mit angegossenen Schutzringen zu versehen, können die Schutzringe auch separat hergestellt werden und an den Varistorblöcken beispielsweise durch Aufschrumpfen oder Überziehen befestigt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

1 2 Überspannungsableiter, die Zinkoxyd-Varistoren entPatentansprüche: . halten. Zinkoxyd-Varistoren sind stark nichtlineare Varisto-

1. Überspannungsableiter mit einem Gehäuse (3) ren, die aus bis zu über 90% Zinkoxyd und einigen andeaus Isoliermaterial, welches eine Vielzahl zylindri- 5 ren Metalloxyden bestehen. Die Oxyde werden gescher Varistorblöcke (1) enthält, die in einem koaxia- mischt, geformt und bei hoher Temperatur zu zylindrilen Stapel (2) angeordnet sind und die an ihren End- sehen Blöcken gesintert Die Mantelfläche der zylindriflächen Elektroden zur Reihenschaltung aller Vari- sehen Blöcke wird mit einem dünnen elektrisch isoliestorblöcke (1) des Stapels haben, wobei deren Man- renden, vorzugsweise keramischen Belag versehen, und telflächen von ringförmigen Schutzgliedern (5,6) aus 10 die kreisförmigen Endflächen der Blöcke werden mit Isoliermaterial dicht umgeben sind, dadurch ge- Elektroden aus einem geeigneten Metall versehen (siekennzeichnet, daß sich die Schutzglieder he DE-OS 2651 890). Wegen ihrer stark nichtlinearen (Schutzring 5 oder Führungsring 6) benachbarter Strom-Spannungs-Chärakteristik sind diese Varistoren Varistorblöcke (1) einander überlappen. besonders für Überspannungsableiter geeignet, da bei

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, da- 15 ihrer Verwendung die in konventionellen mit Siliziumdurch gekennzeichnet, daß zu den Schutzgliedern kurbid-Varistoren arbeitenden Überspannungsableiein Schutzring (5) gehört, der an der Mantelfläche tern erforderlichen Funkenstrecken entweder vollständes zugehörigen Varistorblockes befestigt ist und dig weggelassen werden können oder zumindest in ihrer der eine größere axiale Länge als der Varistorblock Zahl erheblich reduziert werden können. Überspan-(l)hat-20 nungsableiter, die aus Zinkoxyd-Varistoren aufgebaut

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 2, da- sind, bestehen gewöhnlich aus einer Vielzahl von überdureh gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (13) des einander gestapelten Varistorblöcken (eventuell znsam-Schutzringes (5c) in axialer Richtung über die End- men mit einer kleinen Anzahl von Funkenstrecken), wofläche des zugehörigen Varistorblocks (ic) hinaus- bei der Stapel in einem hermetisch verschlossenen Porragt und so bemessen ist, daß er den anderen Endab- 25 zellangehäuse untergebracht ist, welches in bekannter schnitt (12) des Schutzringes (5d) des unmittelbar Weise mit einer Überdruckentlastungseinrichtung ausbenachbarten Varistorblockes {\d) mit Passung um- gerüstet ist Der Stapel oder die Stapel aus Varistoren gibt (F i g. 3). ist/sind gewöhnlich zintral im Porzellangehäuse ange-

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, da- ordnet, wobei ein freier Spalt zwischen den Stapeln und durch gekennzeichnet, daß zu den Schutzgliedern 30 der Gehäuseinnenwand vorhanden ist, so daß der bei ein Schutzring (5) gehört, der an der Mantelfläche einem Kurzschluß im Überspannungsableiter in diesem des zugehörigen Varistorblockes befestigt ist und auftretende Überdruck durch die Überdruckentladie gleiche axiale Länge wie der Varistorblock hat, stungseinrichtungen an den axialen Enden des Über- und daß dazu ein Führungsring (6) aus Isoliermateri- spannungsableiter entweichen kann. Bei Überspanal gehört, welcher den Endirpsch.nitt des Schutzrin- 35 nungsableitern, die mehrere Varistorblockstapel enthalges (5) des benachbarten Varistorblockes umgibt, ten, die elektrisch und mechanisch parallel angeordnet und daß jeder Schutzring (5) einen äußeren umlau- sind, werden zur Erzielung dieser Parallelanordnung fenden Bund (Wulst) oder mehrere individuelle Vor- metallische Führungsplatten verwendet und die Stapel Sprünge (10) zur Fixierung der axialen Lage der Füh- werden seitlich in gleichen Abständen voneinander anrungsringe (6) hat (F i g. 2). 40 geordnet

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 4, da- Im Vergleich mit Siliziumkarbid-Varistoren haben durch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem Zinkoxyd-Varistoren eine relativ flach verlaufende Varistorblockstapel (2) metallische Führungsplatter. Strom-Spannungs-Kennlinie. Dies bedeutet, daß ein (14) vorhanden sind, die konzentrisch zur Längsach- Stapel aus Zinkoxyd-Varistoren einer relativ hohen se des Stapels orientiert sind, daß die Führungsplat- 45 Spannungsbeanspruchung in Längsrichtung selbst bei ten (14) mit Führungsgliedern (16a, \%b) zur Fixie- relativ kleinen Strömen ausgesetzt ist. Bei einem Fehler rung des Stapels in radialer Richtung versehen sind in einem Varistorblock oder bei einem schlechten Kon- und daß die mit den Führungsplatten (14) in Kontakt takt zwischen zwei benachbarten Varistorblöcken könstehenden Varistorblöcke (1) mit dicht umfassenden nen Glimmentladungen auftreten, wodurch ein kleiner Schutzringen (5) versehen sind, welche sich bis zu 50 Teil der gesamten Überschlagsstrecke zwischen den Ender entsprechenden Führungsplatte (14) erstrecken den des Varistorblockstapels ionisiert werden kann. Es und von Stützringen (17) umgeben sind. besteht dann eine gewisse Gefahr, daß ein vollständiger

6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprü- Überschlag in dem Porzellangehäuse eintritt, besonders ehe 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutz- bei langer (mehrere Millisekunden) andauernden Überringe (5) aus Silicongummi mit Quarzfüllstoff beste- 55 Spannungsbeanspruchungen, die besonders in Hochhen. spannungsgleichstromübertragungsanlagen auftreten

7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprü- und bei Wechselspannung in Verbindung mit Entladunche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren gen von langen Freileitungen oder Kabeln.
Führungsringe (6) aus einem härteren Material als Es ist bereits bekannt, Zinkoxyd-Varistorblöcke mit die inneren Schutzringe (5) bestehen. 60 einer Schutzeinrichtung an der Mantelfläche zu versehen, beispielsweise mit Silicongummi (DE-OS

28 04 617). Unter anderem werden hierdurch die Blöcke

gegen mechanische Beschädigung beim Transport und bei sonstigen Handhabungen geschützt. Ferner wird

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter 65 hierdurch das Wärmeabgabevermögen der Blöcke vergemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher bessert, indem der Gummi in Kontakt mit einem Teil Überspannungsableiter ist bekannt aus der DE-OS der inneren Peripherie des Gehäuses gebracht wird. 04 617. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Diese bekannten Schutzeinrichtungen schützen jedoch