DE3426054A1

DE3426054A1 - Ueberspannungsableiter

Info

Publication number: DE3426054A1
Application number: DE19843426054
Authority: DE
Inventors: Günther Wettingen Maier
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1984-07-14
Publication date: 1985-12-12
Also published as: CH666574A5

Description

UEBERSPANNUNCSABLEITER
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Ueberspannungsableiter nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.
Mit diesem Oberbegriff nimmt diese Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er in der US-PS 4,100,588 beschrieben ist.
Dort sind Varistoren innerhalb eines hohlen Porzellanisolators aufeinandergestapelt und zumindest abschnittsweise in ein wärmeleitendes Kunststoffmaterial eingebettet, welches seinerseits wiederum in direktem wärmeleitenden Kontakt mit der Innenwandung des Porzellanisolators steht. Die Varistorsäule ist in den einzelnen gezeigten Ausführungsbeispielen exzentrisch im Hohlraum des Porzellanisolators angeordnet. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen, einen Druckentlastungekanal anzuordnen, um bei einem eventuellen Störungsfall im Ueberspannungsableiter den durch das auftretende Plasma entstehenden Gasdruck ohne Schadensverursachung am Ueberspannungsableiter aus dem Inneren des Porzellanisolators kommutieren zu können.
Diese exzentrische Anordnung der Varistorsäule im Hohlraum des Porzellanisolators hat aber zur Folge, dass die Varistoren nur im partiellen wärmeleitenden Kontakt mit dem Porzellanisolator stehen, und die Wärme zu einem Teil über die benachbarte, schlecht wärmeleitende Lufthülle an den Porzellanisolator abgegeben werden muss.
Dadurch wird der Wärmeübergang von den Varistoren zum Porzellanisolator herabgesetzt. Da zudem der Wärmeübergang von den Varistoren zum Isoliergehäuse, sowohl im stationären Betriebszustand des Ueberspannungsableiters als auch in dessen nichtstationären Betriebszustand - bei Ueberspannungen - hauptsächlich in radialer Richtung erfolgt, ist in den Varistoren ein verzerrtes Temperaturprofil vorhanden, welches die Verlustleistung und das Energieaufnahmevermögen in nachteiliger Weise beeinflusst.
Bei dem bekannten Ueberspannungsableiter gemäss US-PS 4,100,588 wird der durch ein eventuell sich bildendes Plasma entstehende Gasdruck am oberen und/oder unteren Ende des Porzellanisolators ins Freie kommutiert. Dies hat aber den Nachteil, dass je nach Stärke des Plasmas die Gasdruckentladung Beschädigungen an, in der Nähe des Ueberspannungsableiters befindlichen elektrischen stossempfindlichen Apparaten hervorrufen kann.
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 und 2 definiert ist, löst die Aufgabe, einen elektrischen Ueberspannungsableiter anzugeben, mit dem im Störungsfall auftretende Schäden verhindert oder vermindert werden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der gesamte Aktivteil des Ueberspannungsableiters, unabhängig von der Nennspannung in einem einstückigen Isoliergehäuse untergebracht werden kann. Dadurch wird selbst bei sehr starker Verschmutzung. der äusseren Oberfläche des Isoliergehäuses ein Kommutieren von Kriechströmen zu den Varistoren hin verhindert und damit eine Spannungsfehlverteilung, verbunden mit partieller Ueberlastung des Ueberspannungsableiters vermieden.
Durch eine zentrische Anordnung der Varistoren innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses wird die Wärmeableitung von den Varistoren zum Isoliergehäuse sich in radialer Richtung gleichmässiger vollziehen, was sich wiederum günstig auf deren Verlustleistung auswirkt.
Das bei etwaiger Plasmabildung im Störfall innerhalb des Ueberspannungsableiters entstehende Gas wird am Ort des Entstehens des Plasmas durch ein auf diesen Ort begrenztes Aufbrechen des elastischstabilen Isoliergehäuses ins Freie kommutiert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das durch ein eventuell auftretendes Plasma hervorgerufene Gas unter kontrollierten Bedingungen vom Druckentlastungskanal in einen Druckentlastungsbehälter kommutiert wird. Damit wird eine Unfallgefahr ausgeschlossen und Beschädigung von in der Nähe des Ueberspannu-ngsableiters sich befindenden stossempfindlichen elektrischen Anlagen vermieden.
Der Vorteil gemäss Anspruch 3 besteht darin, dass ein eventuell auftretendes Plasma in den Endbereichen des Ueberspannungsableiters und das dabei entstehende Gas unter kontrollierten Bedingungen in den Druckentlastungsbehälter geführt werden kann.
Die Lösung nach Anspruch 4 bietet den Vorteil, dass mit den verwendeten Werkstoffen für den Verbundkörper des Isoliergehäuses eine relativ grosse Formstabilität gepaart mit gleichzeitig hohen Elastizitätseigenschaften erreicht werden kann.
Die Anordnung einer Berstscheibe zwischen dem Druckentlastungskanal im Isoliergehäuse und dem Druckentlastungsbehälter gemäss Anspruch 5 verhindert ein Uebertreten von eventuell vorhandenem Isoliergas vom Kanal in den Behälter und ermöglicht zugleich einen vorher bestimmbaren Druckausgleich zwischen Kanal und Behälter durch Bersten der Scheibe nach Ueberschreiten eines kritischen Druckes.
Die Anordnung des Druckentlastungsbehälters im wesentlichen unterhalb des Isoliergehäuses entsprechend Anspruch 6 gewährleistet eine relativ hohe mechanische Stabilität des Ueberspannungsableiters, indem der Behälter gleichzeitig als Fundament für den Ueberspannungsableiter dienen kann.
Das Volumen des Druckentlastungsbehälters, das gemäss Anspruch 7 mindestens gleich gross gewählt ist wie das Innenvolumen des Isoliergehäuses, stellt sicher, dass auch relativ grosse Gasmengen in den Behälter entladen werden können.
Der Vorteil nach Ansprüchen 8 und 9 besteht darin, dass mehrere Varistorsäulen innerhalb des Hohlraumes des Isoliergehäuses in die Wärmeleitschicht eingebettet sind und dass zwecks Ersparnis des die Wärmeleitschicht bildenden Werkstoffes Hohlräume entstehen, welche gleichzeitig als Druckentlastungskanäle dienen können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert: Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Ueberspannungsableiters in einer ersten Ausaführungsart, Fig. 2 einen vergrösserten, teilweisen Vertikalschnitt gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen teilweisen Vertikalschnitt eines erfindungsgemässen Ueberspannungsableiters in einer zweiten Ausführungsart, und Fig. 4 einen Horizontalschnitt gemäss Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht eines erfindungsgemässen einstückig ausgebildeten Ueberspannungsableiters. Mit 1 ist der äussere Teil des Isoliergehäuses und mit 1' Schirme am Isoliergehäuse 1 bezeichnet. Der Ueberspannungsableiter 1, 1' ist auf einem Druckentlastungsbehälter 2 angeordnet, welcher sich auf einem Fundament 16 abstützt.
Fig. 2 zeigt einen vergrösserten, teilweisen Vertikalschnitt gemäss Fig. 1. Das Isoliergehäuse 1, 3 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Verbundkörper, der aus zwei Werkstoffen aufgebaut ist, und zwar aus einem glasfaserverstärktem Kunststoffrohr 3, welches den inneren Teil des Isoliergehäuses 1, 3 bildet und aus einem Silikonelastomer 1, 1', welches den äusseren Teil des Isoliergehäuses 1, 3 bildet. Der äussere Teil 1, 1' des Isoliergehäuses 1, 3 ist ebenfalls rohrförmig ausgebildet und weist Schirme 1' zur Vergrösserung der wärmeabstrahlenden Oberfläche auf. Das Kunststoffrohr 3 ist formstabil, während das Silikonelastomer 1, 1' elastisch und elektrisch isolierend ist. Wie in Fig. 1 und insbesondere in Fig. 2 in vergrösserter Darstellung ersichtlich, wird der Ueberspannungsableiter in einem Metallflansch 7 gehalten, welcher mittels einer Schraube 8 und Mutter 9 auf der Abschlussplatte 2' des Druckentlastungsbehälters 2 befestigt ist. Die Varistoren 5 sind aufeinandergestapelt und durch Kontaktscheiben 6 elektrisch miteinander verbunden. Im unteren Teil des Ableiters ist eine Schraubenfeder 12 angeordnet, welche sich über ein Halteblech 13 auf einer Berstscheibe 11 abstützt. Die Schraubenfeder 12 presst die Varistoren 5 gegeneinander, so dass in jedem Betriebszustand eine einwandfreie elektrische Kontaktierung der Varistoren 5 gewährleistet ist.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 ist kein sich über die gesamte axiale Höhe des Ueberspannungsableiters erstreckender Druckentlastungskanal zwischen der Mantelfläche der Varistoren 5 und dem Isoliergehäuse 1, 3 vorhanden, da die Varistoren 5 einschliessliche der Wärmeleitschicht 4 den gesamten Querschnitt des Hohiraumes des Isoliergehäuses 1, 3 ausfüllen und eingebettet in die Wärmeleitschicht 4 eng an der Innenwandung des Isoliergehäuses 1, 3 anliegen. Das bei etwaiger Plasmabildung im Störfall innerhalb des Ueberspannungsableiters entstehende Gas wird am Ort des Entstehens des Plasmas durch ein auf diesen Ort begrenztes Aufbrechen des elastischstabilen Isoliergehäuses durch den Gasentladungsdruck ins Freie kommutiert. Der Druckentlastungsbehälter 2 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig.
2 lediglich für den Fall vorgesehen, wenn sich ein Plasma im Bereich des Flansches 7 ausbilden sollte. Der damit verbundene Gasdruck wird die Berstscheibe 11 durchbrechen und das Gas wird sich durch die Oeffnung 10 der Abschlussplatte 2' in den Druckentlastungsbehälter 2 entladen.
Fig. 3 zeigt ebenfalls einen vergrösserten, teilweisen Vertikalschnitt wie er in Fig. 2 dargestellt und beschrieben wurde.
Der Unterschied zwischen Fig. 3 und Fig. 2 besteht lediglich darin, dass in der Ausführungsform des Ueberspannungsableiters gemäss Fig. 3 der Ueberspannungsableiter an seinem unteren Ende durch eine Abschlussplatte 11' hermetisch verschlossen ist und dass sich der Ueberspannungsableiter auf dem Fundament 16 abstützt. An seinem oberen Ende ist der Ueberspannungsableiter ebenfalls durch eine Abschlussplatte hermetisch verschlossen.
Diese obere Abschlussplatte ist jedoch in Fig. 3 nicht dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 und 5 sind zwei Varistorsäulen 5A, 5B innerhalb des Hohiraumes des Isoliergehäuses 1, 3 in die Wärmeleitschicht 4 eingebettet.
Zwecks Ersparnis des die Wärmeleitschicht 4 bildenden Werkstoffes entsteht ein Hohlraum, welcher als Druckentlastungskanal 15 dient. Im etwaigen Störungsfall des Ueberspannungsableiters kann das durch ein Plasma sich bildendes Gas durch den Druckentlastungskanal 15 nach Durchbrechen der Berstscheibe 11 in den Druckentlastungsbehälter 2 kommutiert werden. Der Druckentlastungsbehälter ist in Fig. 3 nur teilweise dargestellt. Sein Volumen ist jedoch derart bemessen, dass auch grosse Gasmengen aufgenommen werden, d. h. es ist mindestens gleich gross gewählt wie das Innenvolumen des Isoliergehäuses 1, 3.
Mit den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsarten des erfindungsgemässen Ueberspannungsableiters wird kein Gas in dessen nähere Umgebung kommutiert, so dass eine Unfallgefahr sowie eine Zerstörung oder Beschädigung der in unmittelbarer Nähe des Ueberspannungsableiters sich befindenden stossempfindlichen elektrischen Apparaten mit Sicherheit ausgeschlossen ist.
Es können auch mehr als zwei Varistorsäulen 5A, 5B innerhalb des Hohiraumes des Isoliergehäuses 1, 3 angeordnet sein.
Anstelle eines elastischen formstabilen Isoliergehäuses kann beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 4 und 5 selbstverständlich auch ein Porzellangehäuse verwendet werden. Es ist dann vorteilhaft, die Innenwandung des Porzellangehäuses vollständig mit der Wärmeleitschicht 4 zu bedecken, da dann nämlich im Störfall durch die Plasmabildung lokal entstehende Wärme nicht unmittelbar auf das Porzellangehäuse einwirken kann. Die Wärmeleitschicht 4 erfüllt dann die Funktion eines Wärmeschutzschildes.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Elektrischer Ueberspannungsableiter mit wenigstens einem scheibenförmig ausgebildeten Varistor (5), welcher innerhalb eines hohlen Isoliergehäuses (1, 3) über seine beiden Stirnflächen mit endseitigen Anschlüssen in elektrischer Verbindung steht und mit einer Wärmeleitschicht (4) aus einem elastischen, wärmeleitenden Werkstoff, welche zumindest abschnittsweise zwischen dem Varistor (5) und der Innenwandung des Isoliergehäuses (1, 3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliergehäuse (1, 3) ein Verbundkörper ist, welcher wenigstens zwei Werkstoffe aufweist, wobei ein innerer Teil (3) des Isoliergehäuses (1, 3) aus einem elastischen und formstabilen Werkstoff und ein äusserer Teil (1) aus einem elastischen und elektrisch isolierenden Werkstoff besteht, dass der Varistor (5) mitsamt der Wärmeleitschicht (4) den gesamten Hohlraum des Isoliergehäuses (1, 3) ausfüllt, dass das Isoliergehäuse (1, 3) an seinen beiden Stirnseiten hermetisch verschlossen ist und dass das Isoliergehäuse (1, 3) einstückig ausgebilde-t ist und an seiner Aussenseite mehrere Schirme 1' aufweist.
2. Elektrischer Ueberspannungsableiter mit wenigstens einem scheibenförmig ausgebildeten Varistor (5), welcher innerhalb eines hohlen Isoliergehäuses (1, 3) über seine beiden Stirnflächen mit endseitigen Anschlüssen in elektrischer Verbindung steht, mit einer Wärmeleitschicht (4) aus einem elastischen, wärmeleitenden Werkstoff zwischen dem Varistor (5) und der Innenwandung des Isoliergehäuses (1, 3) und mit einem Druckentlastungskanal (15), der zwischen dem wenigstens einem Varistor (5) und dem Isoliergehäuse (1, 3) vorgesehen ist und der sich von einem Ende des Varistors (5) bis zu dessen anderem Ende erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungskanal (15) an mindestens einem Ende des Isoliergehäuses (1, 3) in einen Druckentlastungsbehälter (2) mündet und dass das Isoliergehäuse (1, 3) einstückig ausgebildet ist und an seiner Aussenseite mehrere Schirme aufweist.
3. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Ende des Isoliergehäuses (1, 3) ein Druckentlastungsbehälter (2) angeschlossen ist.
4. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Teil (3) des Isoliergehäuses (1, 3) aus einem Kunststoffrohr, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr, und dass der äussere Teil (1) des Isoliergehäuses (1, 3) aus einer elastischen Kunststoffbeschichtung, insbesondere aus einem Silikonelastomer, besteht.
5. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Druckentlastungskanal (15) des Isoliergehäuses (1, 3) und dem Druckentlastungsbehälter (2) wenigstens eine Berstscheibe (11) angeordnet ist.
6. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckentlastungsbehälter (2) im wesentlichen unterhalb des Isoliergehäuses (1, 3) angeordnet ist.
7. Ueberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Druckentlastungsbehälters (2) mindestens gleich gross gewählt ist wie das Innenvolumen des Isoliergehäuses (1, 3).
8. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Isoliergehäuses (1, 3) mindestens zwei Varistorsäulen (5A, 5B) angeordnet sind.
9. Ueberspannungsableiter nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Isoliergehäuses (1, 3) mindestens zwei Varistorsäulen (5A, 5B) angeordnet sind und dass der Druckentlastungskanal (15) sich abschnittsweise von der Varistormantelfläche bis zur Wärmeleitschicht (4) erstreckt.
10. Ueberspannungsableiter, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliergehäuse aus Porzellan besteht und auf der Innenwandung vollständig mit der Wärmeleitschicht (4) bedeckt ist.