DE3750905T2

DE3750905T2 - Elektrischer Überspannungsableiter/-ablenker.

Info

Publication number: DE3750905T2
Application number: DE3750905T
Authority: DE
Inventors: Henry John Colbert; Rodney Meredith Doone
Original assignee: Bowthorpe Industries Ltd
Current assignee: Tyco Electronics UK Ltd
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1987-01-29
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2007-01-30
Also published as: HK186895A; GB9009982D0; US4992906A; GB2229331A; DK44387D0; GB2188199B; DE3750905D1; US5003689A; HK186995A; GB8701982D0; NO870348D0; ES2067442T3; GB2188199A; AU6813387A; ATE116471T1; EP0233022A3; CA1314926C; NO171139C; NO870348L; GB2229331B

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verbesserungen bei elektrischen Überspannungsableitern oder betreffend solche, die auch als elektrische Überspannungsablenker bekannt sind, wie sie insbesondere, jedoch nicht ausschließlich bei elektrischen Energieversorgungssystemen für eine sichere Handhabung atmosphärisch hervorgerufener Spannungsstöße, die z. B. von Blitzeinschlägen herrühren, und durch Schaltvorgänge verursachter Überspannungen dienen.

Hintergrund der Erfindung

Wie es im Stand der Technik zu Überspannungsableitern wohlbekannt ist und wie es z. B. im am 3. November 1981 für Adveenko et al erteilten US-Patent 4,298,900 beschrieben ist, weisen Überspannungsableiter im allgemeinen eine nichtlinear von der Spannung abhängende Widerstandsanordnung auf, die innerhalb der Bohrung eines extern vergossenen Isolatorgehäuses aus glasiertem Porzellan enthalten ist. Die nichtlineare Widerstandsanordnung weist im allgemeinen eine Reihenanordnung aus Varistor-Elementen auf, die hauptsächlich z. B. aus Siliziumcarbid oder Zinkoxid bestehen, und die Varistor-Elemente können, wie dies im am 16. April 1974 für Matsuoka et al erteilten US-Patent 3,805,114 offenbart ist, in Reihe mit einem Entladungs- oder Funkenspalt oder mehreren liegen. Im Fall eines Spannungsstoßes auf einer mit Erde (Erdpotential) über den Überspannungsableiter verbundenen Leitung sind die Funkenspalte so ausgebildet, daß ein Funke überspringt und für die Dauer des Stoßes eine vorübergehende Erdungsstörung auf der Leitung liegt, wobei die in Reihe geschalteten Varistor-Elemente vorübergehend einen Zustand niedrigen Widerstandes einnehmen, um dadurch den der Spannung folgenden Strom zu begrenzen, der über den Ableiter auf ein Niveau fließen kann, das durch die Funkenspalte gelöscht werden kann.
Das allgemein verwendete Porzellangehäuse auferlegt der Herstellung von Überspannungsableitern schwerwiegende und ernsthafte Beschränkungen. Herkömmlicherweise wird die Anordnung aus der nichtlinearen Widerstandsanordnung und dem Porzellangehäuse vakuumgetrocknet und der Ableiter wird vor dem endgültigen Abdichten mit einem Inertgas gefüllt. Es ist auch herkömmliche Vorgehensweise, insbesondere im Fall größerer Ableiter für Stationen, jedoch auch im Fall kleinerer Ableiter für Verteilungsanlagen, eine Druckentspannungsmembran an einem Ende des Porzellanisolatorgehäuses oder an beiden anzubringen, wie z. B. im oben angegebenen US-Patent 4,298,900 offenbart, wobei eine solche Membran (solche Membranen) so ausgebildet ist, daß sie im Fall eines Überdrucks zerreißt, der in der Gasfüllung des Ableiters infolge einer Expansion dieses Gases auftritt, wenn der Ableiter arbeitet, um einen Stromstoß auf Masse abzuleiten. Der Zweck dieser Maßnahmen war es, das Porzellangehäuse gegen explosive Zertrümmerung zu schützen, die andernfalls mit entsprechender Gefahr für Leben und Eigentum auftreten könnte; es wird angenommen, daß die Buschfeuer, die in den letzten Jahren riesige Flächen in Australien zerstört haben, zumindest in manchen Fällen durch explosive Zertrümmerung von Porzellangehäusen von Ableitern und dem sich ergebenden Ausschleudern von Bruchstücken hoher Temperatur über eine Fläche von einigen hundert Quadratyard hervorgerufen wurden!
Die Kosten des Porzellangehäuses selbst tragen sehr deutlich zu den Kosten eines herkömmlichen Überspannungsableiters bei, der mit einem solchen Gehäuse versehen ist, und die Kosten für die Behandlungen und Anordnungen, die als erforderlich angesehen wurden, um die Gefahr zu minimieren oder auszuschließen, die es durch seine Gefahr einer explosiven Zertrümmerung bietet, haben dazu geführt, daß die Gesamtkosten eines Überspannungsableiters relativ hoch sind. Da diese Nachteile vorliegen, wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, einen Überspannungsableiter zu konstruieren, der sich zumindest für elektrische Energieversorgungsanwendungen eignet, die kein Porzellanisolatorgehäuse verwenden, jedoch wurde nach unserer Kenntnis und Annahme kein solcher Überspannungsableiter kommerziell verfügbar.
Im am 10. Mai 1961 erteilten britischen Patent 867901 (Westinghouse) werden die vorstehenden und anderen Nachteile von Porzellangehäusen in Überspannungsableitern erörtert und es wird vorgeschlagen, statt dessen ein kunststoffgegossenes Gehäuse zu verwenden, das die Funkenspalte und die Varistorblöcke ummantelt. Jedoch fährt das Patent damit weiter, Schwierigkeiten einer Verschlechterung des Kunststoffgehäuses zu erörtern, wenn dieses der Ultraviolettstrahlung im Sonnenlicht ausgesetzt wird, und es schlägt als eine Lösung dagegen vor, ein Polyethylengehäuse mit einem äußeren Porzellangehäuse einzukapseln. Dieses Patent versucht demgemäß, die Schwierigkeiten mit Porzellangehäusen durch eine Lösung zu überwinden, die selbst zu solchen Schwierigkeiten führt, daß das Hinzufügen eines Porzellangehäuses vorgeschlagen wird, um die Schwierigkeiten zu lindern! Die Schwierigkeiten eines Porzellangehäuses für einen Ableiter sind auch im am 10. April 1973 erteilten US-Patent 3,727,108 für Westrom erörtert, das statt dessen vorschlägt, die Funkenspalte und die Varistorblöcke des Überleiters innerhalb eines aus elastomerem Material hergestellten Gehäuses einzukapseln. Im westdeutschen Patent 1,638,120 (Siemens AG) ist ein Überspannungsableiter offenbart, bei dem das Ableitergehäuse aus gegossenem Kunstharzmaterial besteht. Trotz dieser bekannten Vorschläge weisen Überspannungsableiter bis heute im allgemeinen ungeachtet der mit ihnen verbundenen Schwierigkeiten Porzellangehäuse auf.
Noch ein anderer Vorschlag ist im britischen Patent 2,073,965 enthalten, das auf die Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen ist und am 2. Mai 1984 erteilt wurde und: das einen Überspannungsableiter aufweist, der als Stapel von an jedem Ende durch einen geeigneten Abschluß abgedeckten Varistorblöcken ausgebildet ist, wobei eine vergossene Hülse aus Wärmeschrumpfmaterial die Anordnung umhüllt, wobei das Wärmeschrumpfmaterial ein elektrischer Hochspannungsisolator ist, der dazu in der Lage ist, dem elektrischen Potential z. B. eines Blitzschlags ohne dielektrischen Durchschlag standzuhalten. Ein derartiger Überspannungsableiter versprach, eine elegante und vorteilhafte Lösung für das Porzellanisolatorproblem darzustellen, mit anderen Vorteilen hinsichtlich der Einfachheit der Herstellung und eines Kostennutzens. Jedoch hat die Erfahrung gezeigt, daß der vorgeschlagene Überspannungsableiter, obwohl seine Konstruktion elegant einfach und theoretisch konkurrenzfähig war, sich nicht für Massenherstellung eignete.
Ein ähnlicher Überspannungsableiter wie der, der im vorstehend genannten britischen Patent 2,073,965 vorgeschlagen wurde, ist in der russischen Patentbeschreibung 853,728 beschrieben und erweist einen Stapel von Varistorblöcken auf, die mit Metallkontaktplatten verschachtelt sind und in einem Gehäuse aus Wärmeschrumpfmaterial eingehüllt sind. Der in diesem russischen Patent beschriebene Überspannungsableiter wird nicht als wirksame Konstruktion angesehen, und zwar weil es unvermeidlich ist, daß das Aufschrumpfen des Wärmeschrumpfmaterialgehäuses auf die zusammengebauten Varistorblöcke und die Metallkontaktplatten zu Lufteinschlüssen führen würden, wodurch es zur Gefahr örtlicher Ionisation und eines Überschlagversagens des Ableiters kommt. So steuert die Offenbarung dieses russischen Patents keine Lösung zu den Schwierigkeiten der bekannten Überspannungsableiter bei.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist ein spaltloser Überspannungsableiter (d. h. ein Überspannungsableiter, der keine Funkenspalte enthält) geschaffen, mit einem langgestreckten, steifen Kern, der durch einen Stapel Varistorblöcke, die in Kopf an Kopf stehendem Kontakt zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlußblock dadurch gehalten werden, daß die Varistorblökke und die Anschlußblöcke innerhalb einer steifen Hülle aus verstärktem, steifen Kunststoffmaterial eingekapselt sind, das für die strukturelle Unversehrtheit des Kerns sorgt; und einem Außengehäuse mit Isolierglocken für den Kern, mit einem vorgeformten Schlauch aus polymerem Wärmeschrumpfmaterial oder einem mechanisch entspannbaren Elastomermaterial, das dicht auf den Kern geschrumpft oder auf diesen hin entspannt wird, oder mit einem vor Ort angegossenem Kunststoffmaterial, wobei die Hülle auch als Wärmesperre zwischen dem Kern und dem Gehäuse dient, und wobei die Grenzflächen zwischen den Varistor- und Anschlußblöcken und der sie einkapselnden Hülle sowie zwischen der Hülle und dem Außengehäuse hohlraumfrei und und frei von Gaseinschlüssen sind.
Wie nachfolgend vollständig beschrieben, ermöglicht es die Erfindung, einen Überspannungsableiter zu schaffen, der sich für Massenherstellung eignet. Ferner ermöglicht sie das Schaffen eines Festkörper-Überspannungsableiters, der relativ einfach und fest zusammenhängend hergestellt werden kann und nicht die risikoreiche Gefahr eines explosiven Zerbrechens bietet, wie sie bei herkömmlichen Ableitern mit Porzellangehäuse besteht, und ferner besteht kein Erfordernis für spezielle Druckabbaueinrichtungen wie zerreißbare Membranen, und zwar weil keinerlei Luft eingeschlossen ist. Die Erfindung ermöglicht auch das Vorsehen eines Überspannungsableiters, der einen solchen robusten Aufbau aufweist, daß er mit Vorteil anstelle eines Trägerisolators in einem Verkabelungssystem verwendet werden kann und dadurch die Doppelfunktion eines Überspannungsleiters und eines Trägerisolators ausführt, was die Isolations- und die Begleitkosten dramatisch verringert, während die Beeinträchtigung der Umgebung verringert wird, wie sie durch komplexe und unansehnliche Installationen hervorgerufen wird.
Nachfolgend wird im einzelnen eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei der die Konstruktion des Überspannungsableiters Varistorventilblöcke, die z. B. aus Zinkoxid als nichtlinearem Widerstandsmaterial bestehen, und ähnlich geformte Wärmesenke/Abstandshalter- Elemente aus Metall aufweist, die zusammen in einer verteilten, linearen Anordnung zwischen einem ersten und einem zweiten Metallanschlußblock angeordnet sind, wobei das Material strukturmäßig dadurch stabilisiert ist, daß es in einer Hülle aus glasfaserverstärktem Epoxidharzmaterial (oder dergleichen) eingeschlossen ist, das mit der Außenfläche der Anordnung fest verbunden ist. Die so ausgebildete, strukturmäßig stabilisierte Anordnung wird dann als Kernanordnung für einen Überspannungsableiter verwendet, wobei das Außengehäuse aus wärmeschrumpfendem oder mechanisch entformtem elastomeren oder vor Ort gegossenem Kunstharz oder Polymermaterial, das vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt mit integralen Isolierglocken ausgebildet ist, auf der Kernanordnung vorhanden ist. Die glasfaserverstärkte Epoxidharzhülle dient dazu, die Ventilblöcke, die Anschlußblöcke und die Wärmesenke/Abstandshalter-Elemente in engem Frontkontakt aneinanderzuhalten, und sie wird auf eine Weise aufgebracht, die das Einschließen von Luft innerhalb der Struktur oder ein Eindringen von Harz zwischen die jeweiligen Teile vermeidet. Die sich ergebende Kernanordnung zeigt selbst bei den ernstesten Testbedingungen ein sehr hohes Ausmaß strukturmäßiger Unversehrtheit.
Varistorventilblöcke stehen im allgemeinen in Zylinderform mit metallisierten Aluminiumkontakten an ihren flachen Endseiten zur Verfügung, wobei ihre gekrümmte Umfangsfläche mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet ist. Die Wärmesenke/Abstandshalter-Elemente bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in Form von Zylindern mit demselben Durchmesser wie ihn die Varistorventilblöcke aufweisen. Die Varistorventilblöcke sind in ausreichender Zahl vorhanden, um dem Ableiter die erwünschten Widerstandseigenschaften zu verleihen und die Wärmesenke/ Abstandshalter sind in ausreichender Anzahl vorhanden, um dem Ableiter eine ausreichende Länge zwischen seinen Anschlüssen zu verleihen, damit er der Nennspannung ohne Bogenbildung standhalten kann und sie sind so mit den Ventilblöcken verteilt, daß sie den Spannungsabfall auf die gesamte Länge des Ableiters aufteilen.
Die verstärkte Kunststoffhülle könnte als vorgeformtes Rohr bereitgestellt werden, in dem die Ventilblöcke, die Anschlußblöcke und die Wärmesenke/Abstandshalter zusammengebaut und mit Kunstharzmaterial vergossen werden, jedoch ist es bevorzugt, zunächst die Ventilblöcke, die Anschlußblöcke und die Wärmesenke/Abstandshalter mit ihrer gewünschten Anordnung zusammenzubauen und dann ein vorimprägniertes Fasermaterial aus einer mit Harz imprägnierten Textilfaser oder -matte aus faserverstärktem Material um die Anordnung herumzulegen, wobei die Anordnung unter axialem Druck gehalten wird und danach das Harz ausgehärtet wird. Wie erkennbar, ist es erforderlich, zu gewährleisten, daß innerhalb der Hohlräume in der Kernanordnung keine Luft eingeschlossen ist, und zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, das Harz im vorimprägnierten Fasermaterial innerhalb einer evakuierten Formanordnung auszuhärten, um das Harzmaterial eng um die Ventilblockanordnung herum auszubilden; nachfolgend werden verschiedene Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, die dazu dienen, dies zu erreichen.
Nachdem der Ableiterkern auf diese Weise hergestellt wurde, ist der Zusammenbau mit dem Kern des Außengehäuses aus Wärmeschrumpfmaterial (manchmal als durch wärmerückgewinnbares Material bezeichnet) oder mechanisch entformtem elastomeren Material oder vor Ort gegossenem Kunstharzmaterial einfach. Wärmeschrumpfschläuche mit integralen Isolierglocken, die zu diesem Zweck geeignet sind, sind von Raychem Limited erhältlich und sie sind Gegenstand der britischen Patente 1,530,994 und 1,530,995 von Raychem. Das Wärmeschrumpfmaterial verfügt über erwünschte Antikriech- und andere elektrischen Eigenschaften, die es für seine Verwendung als elektrischer Hochspannungsisolator geeignet machen. Innerhalb des Wärmeschrumpfschlauchs wird ein Kittabdichtmittel verwendet, um zu gewährleisten, daß die Grenzfläche zwischen dem Außengehäuse aus dem Wärmeschrumpfmaterial und der verstärkenden Kunststoffhülle des Ableiterkerns hohlraumfrei und undurchlässig für das Eindringen von Wasserdampf usw. ist, und ein solches Kittabdichtmittel ist ebenfalls von Raychem Limited erhältlich. Als Alternative für ein Wärmeschrumpfmaterial könnte ein elastomeres Material verwendet werden, wobei der Elastomerschlauch mechanisch erweitert und auf den Kern aufgesetzt und dann freigegeben wird, damit es sich elastisch zu engem Eingriff mit der Kernfläche zusammenzieht, wobei ein witterungsbeständiges Abdichtmittel vorzugsweise die Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Elastomerschlauch abdichtet. Alternativ könnte das Außengehäuse auf den vorgeformten Ableiterkern aufgegossen werden.
Wir haben herausgefunden, daß erfindungsgemäß aufgebaute Überspannungsableiter sehr hohe körperliche Festigkeit aufweisen. Bei vielen elektrischen Spannungsversorgungssystemen ist es auch herkömmlich, z. B. dort, wo eine Freileitung in der Luft an ein vergrabenes Kabel anschließt, die Verbindung zwischen dem Kabelende und der Leitung durch einen sogenannten Trägerisolator abzustützen, der im allgemeinen einen vergossenen dielektrischen Körper aus z. B. Porzellan oder einen dielektrischen Kern innerhalb einer Polymerhülle aufweist, und als getrennte Komponente einen Überspannungsableiter anzuordnen, der zwischen die Leitung und Erde geschaltet ist. Dank der beträchtlichen Festigkeit eines erfindungsgemäß aufgebauten Überspannungsableiters und dank seiner Fähigkeit, nicht durch eine Explosion zu versagen, kann die herkömmliche Anordnung dadurch verändert werden, daß ganz auf den Trägerisolator verzichtet wird und der Überspannungsableiter auch als Trägerisolator verwendet wird. Dies hat deutliche Kosten- und Umweltvorteile.
Nachfolgend wird auch eine Vorrichtung beschrieben, die speziell zur Verwendung bei der Herstellung von Überspannungsableitern wie vorstehend beschrieben konstruiert ist, um einen zylindrischen Überspannungsableiterkern mit mehreren Windungen einer Folie aus vorimprägniertem Fasermaterial wie einer mit einem Kunstharz imprägnierten Glasfasermatte oder einem Glasfasergewebe einzuwickeln, wobei die genannte Vorrichtung folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Zuführen des vorimprägnierten Fasermaterials in Folienform zu einer Schneideinrichtung zum Herstellen von Zuschnitten vorimprägnierten Fasermaterials vorgegebener Größe, eine beheizte Platte zum Aufnehmen der Zuschnitte und eine Einrichtung zum Rollen des Ableiterkerns über den auf der Platte aufgenommenen Zuschnitt, damit der Kern den Zuschnitt in Form einer Wicklung mit mehreren Windungen um sich herum aufnimmt.
Um beim so durch vorimprägniertes Fasermaterial eingewickelten Ableiterkern ein Aushärten vorzunehmen und um gleichzeitig das das vorimprägnierte Fasermaterial imprägnierende Harz zu verfestigen oder zu formen, wird ferner nachfolgend eine Vakuumsack-Formvorrichtung beschrieben, in die ein mit einem vorimprägnierten Fasermaterial umwickelter Ableiterkern oder mehrere (vorzugsweise eine erhebliche Anzahl), die geeigneterweise von einer Trennmaterialfolie, die am Harz nicht anhaftet, umschlossen sind, eingegeben werden können, wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß dann, wenn sie evakuiert wird, diese flexiblen Formfolien auf die Ableiterkerne zusammenfallen und diese zusammendrücken. Die Vakuumsack-Formvorrichtung ist ferner so ausgebildet, daß sie als Autoklav wirken kann, um die Ableiterkerne weiter unter Druck zu setzen und aufzuheizen, um ein hohlraumfreies Aushärten des Harzmaterials im vorimprägnierten Fasermaterial und eine glatte und fehlerfreie gehärtete Harzoberfläche zu erhalten, die gut dafür ausgebildet ist, mit dem anschließend hinzugefügten externen elastomeren oder Wärmeschrumpf- oder vor Ort vergossenen Material zusammenzupassen, das den Ableiter aufnimmt.
Nachfolgend wird auch ein speziell konstruierter Vakuumofen zum Wärmeaufschrumpfen von Wärmeschrumpfmaterialschläuchen auf vorgeformte Ableiterkerne beschrieben.
Die vorstehenden und andere Merkmale der Erfindung werden in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, und sie werden zusammen mit den Vorteilen derselben unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung besser verstanden werden, wobei die Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen beispielhaften, gemäß der Erfindung aufgebauten Überspannungsableiter in einer teilgeschnittenen Teilseiten-Vorderansicht;
Fig. 2 zeigt eine Anzahl verschieden klassifizierter Überspannungsableiter, die in Übereinstimmung mit den Konstruktionsprinzipien des Überspannungsableiters von Fig. 1 aufgebaut sind;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die innere Konstruktionsanordnung der in Fig. 2 dargestellten Ableiter zeigt;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das die verschiedenen Stufen veranschaulicht, wie sie bei der Herstellung eines beispielhaften Überspannungsableiters gemäß der Erfindung auftreten;
Fig. 5-1, 5-2 und 5-3 veranschaulichen schematisch alternative Verfahren zum Einwickeln einer Anordnung von Varistorventilblöcken, Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcken und Anschlußblöcken mit vorimprägniertem Fasermaterial;
Fig. 6-1 bis 6-6 zeigen schematisch verschiedene unterschiedliche Ansichten einer beispielhaften Einwickelmaschine für vorimprägniertes Fasermaterial;
Fig. 7-1 und 7-2 zeigen schematisch eine Vakuumformvorrichtung zum Formen und Aushärten von Überspannungsableiter- Kernen, die mit vorimprägniertem Fasermaterial umwickelt sind;
Fig. 8-1 und 8-2 zeigen schematisch einen Vakuumofen zum Wärmeschrumpfen externer Gehäuse aus Wärmeschrumpfmaterial auf vorgeformte Kernanordnungen von Überspannungsableitern;
Fig. 9 zeigt einen herkömmlichen elektrischen Spannungsversorgungsmast mit zugeordneten Überspannungsableitern und Trägerisolatoren, der vorteilhaft unter Verwendung der erfindungsgemäßen Überspannungsableiter verändert werden kann.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in der teilweise im Schnitt und teilweise in seitlicher Vorderansicht ein die Erfindung verkörpernder Überspannungsableiter 1 dargestellt ist. Der Überspannungsableiter 1 weist Metalloxid-Varistorblöcke 2, Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke 3 aus einer Aluminiumlegierung und Anschlußblöcke 4 auf, die konstruktionsmäßig innerhalb einer glasfaserverstärkten Kunststoffhülle 5 kombiniert sind, die mit den zylindrischen Außenflächen der Blöcke 2, 3 und 4 verbunden ist. Die Varistorblöcke 2, die Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke 3, die Anschlußblöcke 4 und die glasfaserverstärkte Kunststoffhülle 5 bilden einen Ableiterkern mit einstückiger Struktur mit großer körperlicher Festigkeit, wobei die Frontflächen der jeweiligen Blöcke Kopf an Kopfin körperlichem und elektrischem Kontakt gehalten werden, ohne Lufteinschluß oder Verlaufen von Kunststoffmaterial. Ein Wärmeschrumpfschlauch 6 mit integrierten Isolierglocken 7 mit abwechselnd größerem und kleinerem Durchmesser, wie dargestellt, ist auf den Ableiterkern aufgeschrumpft, wobei ein fließendes Kittmaterial dazwischengefügt ist, um zu gewährleisten, daß die Grenzfläche zwischen dem Wärmeschrumpfschlauch und der Außenfläche des Ableiterkerns frei von Hohlstellen oder Lufteinschlüssen ist und kein Wasserdampf eindringen kann. Endkappen 8 aus rostfreiem Stahl sind an jedem Ende des Ableiters über ein Dichtmittel 9 aus Silicongummi oder dergleichen aufgepaßt, das die Räume zwischen dem Inneren der Endkappe und dem Ableiterkern ausfüllt und sie werden durch Anschlußanordnungen 10 aus rostfreiem Stahl festgehalten, die durch Schraubgewinde mit den Anschlußblöcken 4 verbunden sind, wobei Abdichtungen 11 vorhanden sind, um das Eindringen von Wasserdampf in die zueinander passenden Schraubengewinde zu verhindern. Es ist dargestellt, daß eine Montageschelle 12 aus Galvanikstahl am unteren Ende des Ableiters um die untere Endkappe 8 herum angeklemmt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Hemdabschnitte der Endkappen 8 auf dem Niveau der Verbindungsstelle zwischen dem jeweiligen Anschlußblock 4 und dem damit in Verbindung stehenden Varistorblock 2 enden müssen, um die Errichtung von Spannungsgradienten an diesen zwei Positionen zu verhindern, was andernfalls das dazwischenliegende dielektrische Material nachteilig beeinflussen würde.
Die Metalloxid-Varistorblöcke 2 sind z. B. von Meidensha käuflich erhältlich und sie weisen vorzugsweise Zinkoxid als nichtlineares Widerstandsmaterial auf. Der Wärmeschrumpfschlauch 6 ist von Raychem erhältlich und er kann z. B. durch das Dichtmittel Raychem PPS 3022 gegen die glasfaserverstärkte Kunststoffhülle 5 abgedichtet werden, und dasselbe Dichtmittel kann zum Abdichten der Endkappen 8 gegen das polymere Wärmeschrumpfmaterial verwendet werden.
Fig. 2 veranschaulicht, wie ein Sortiment von Überspannungsableitern mit verschiedener Größe und für verschiedene Nennverteilleistungen gemäß den Prinzipien von Fig. 1 dadurch aufgebaut werden kann, daß einfach die Anzahl und die Verteilung der Varistorblöcke 2 und der Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke 3 aus Aluminium verändert wird, um die Länge des Ableiters zu verändern. Die vier in Fig. 2 dargestellten Überspannungsableiter sind als Typen EA, EB, EC und ED bezeichnet und ihre Nennwerte in kV, ihre Bogenbildungsabstände (zwischen den Endkappen) und ihre Kriechabstände sind in den Fig. 2 als typische Werte angegeben. Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Anordnung der Aufbaublöcke bei den verschiedenen Aufbauten von Überspannungsableitern von Fig. 2 veranschaulicht, und wie es ersichtlich ist, bestehen alle vier Überspannungsableiter aus einem ersten und einem zweiten Endblock A und B aus Aluminiumlegierungszylindern von 32 mm Durchmesser und 35 mm bzw. 40 mm Länge, aus Wärmesenke/Abstandshaltern X und Y aus Aluminiumlegierungszylindern von 32 mm Durchmessern und 40 mm bzw. 35 mm axialer Länge sowie aus Varistorblöcken E in Form von Zylindern von 32 mm Durchmesser und 30 mm axialer Länge, wobei die Ableiter verschiedener Länge aus verschiedenen Kombinationen dieser Grundelemente bestehen, wobei die Varistorblöcke über die Länge der jeweiligen Ableiter für Spannungsabstufungsprozesse verteilt sind. Es ist ersichtlich, daß die Abmessungen der Teile, wie sie in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben sind, nur beispielhaft sind und Änderungen unterliegen.
Im Vergleich zu einem entsprechenden herkömmlichen Überspannungsableiter mit Porzellangehäuse hat ein gemäß den Lehren der Fig. 1 bis 3 aufgebauter Überspannungsableiter den deutlichen Vorteil, daß er eine Funktion ohne Versagen durch Explosion zeigt und noch zu weiteren Vorteilen dahingehend führt, daß er leicht ist, wobei er nur ungefähr die Hälfte eines herkömmlichen Ableiters wiegt, und dennoch fest und robust ist und gegen Beschädigungen durch Vandalismus und ungeeignete Handhabung beständig ist und von atmosphärischen Verunreinigungsstoffen nicht beeinflußt wird und gegen das Eindringen von Wasserdampf dicht ist. Es wurde erst kürzlich erkannt, daß einige zuvor unerklärbare Versagen herkömmlicher Überspannungsableiter von Ionisationseffekten innerhalb des Ableiters herrühren könnten (und höchstwahrscheinlich herrührten), die eine reduzierende Atmosphäre erzeugen, die die elektrische Leitfähigkeit der Varistorelemente erhöht. Diese Effekte werden durch das Vorhandensein von Wasserdampf innerhalb des Ableiters verschlimmert sowie durch eine externe, atmosphärische Verunreinigung, die darauf hinausläuft, daß die interne elektrische Beanspruchung der Varistorelemente ansteigt. Dadurch, daß die Erfindung das Einschließen von Gas oder Wasserdampf innerhalb eines Überspannungsableiters verhindert, beseitigt sie diese Schwierigkeiten herkömmlicher Überspannungsableiter vollständig. Darüberhinaus kann ein erfindungsgemäßer Überspannungsableiter mit geringeren Kosten als ein herkömmlicher Überspannungsableiter hergestellt werden. Es kann als überraschend und bedeutsam angesehen werden, daß niemand zuvor einen solchen Aufbau vorgeschlagen hat, da diese Vorteile vorliegen und da polymere Wärmeschrumpfmaterialien bei Hochspannungsanwendungen, insbesondere bei Kabelendstücken seit bis zu 20 Jahren verwendet wurden und da Varistorblöcke des beim erfindungsgemäßen Überspannungsableiters verwendeten Typs ursprünglich vor über 15 Jahren entwickelt wurden und bei Überspannungsableitern eine umfangreiche Anwendung erfuhren.
Es ist zu beachten, daß die Aluminiumblöcke 3 vorstehend als Wärmesenke/Abstandshalter bezeichnet wurden, da die Blöcke 3 tatsächlich zwei wesentliche Funktionen ausüben. Zunächst dienen sie als Wärmesenken innerhalb des Ableiters, wobei sie als Sicherung für die strukturelle Unverletzlichkeit des Ableiterkerns dadurch dienen, daß wesentliche Wärmesenken an den Frontseiten der Varistorblöcke 2 vorgesehen sind, und zweitens dienen sie dazu, den Ableiter zu verlängern, um den erforderlichen Bogenbildungsabstand zu erreichen. Auf ähnliche Weise dient die glasfaserverstärkte Kunststoffhülle 5 den Doppelfunktionen des Schaffens struktureller Unverletzlichkeit der Ableiterkernanordnung und sie dient auch als Wärmesperre. Wie vom Fachmann erkennbar, fließt im Kurzschlußversagen-Modus des Ableiters (und statistisch gesehen ist jeder Ableiter unvermeidlicherweise einem Versagen bei diesem potentiell gefährlichsten Betrieb ausgesetzt), der für mindestens den Bruchteil einer Sekunde andauert, bis ein Trennschalter im zugeordneten Energieversorgungssystem einschnappt, ein sehr hoher Übergangsstrom durch den Ableiter, mit einer folgenden Erzeugung von Temperaturen in der Größenordnung von 2000ºC innerhalb des Ableiterkerns; die glasfaserverstärkte Kunststoffhülle dient dazu, das polymere Außengehäuse des Ableiters vor dieser extremen Übergangstemperatur zu schützen, um dadurch die strukturmäßige Unversehrtheit des Ableiters während der gesamten Dauer des Übergangs und danach zu gewährleisten. Ein herkömmlicher Ableiter mit Porzellangehäuse würde höchstwahrscheinlich als Ergebnis eines solchen Übergangszustand explodierend zertrümmert werden.
Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Überspannungsableiter sind die erforderlichen Voraussetzungen, daß Hohlstellen und Lufteinschlüsse verhindert werden müssen, und entsprechend muß auch ein Ausfließen flüssigen Kunststoffmaterials zwischen die aneinandergrenzenden Flächen der Varistorblöcke und der angrenzenden Anschluß- und Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke vermieden werden. Bei diesen Forderungen erfordert es die Ausführung der Erfindung, daß die keramischen Varistorventilblöcke, die Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke aus Aluminium und die Endblöcke aus Aluminium dadurch in flächigem Kontakt miteinander gehalten werden, daß sie in eine Hülle aus glasfaserverstärktem Epoxid eingekapselt werden, und grundsätzlich existieren zwei alternative Verfahren, um dies zu erzielen. Gemäß einem Verfahren können die Ableiterkernblöcke in ein vorgeformtes und vorgehärtetes Rohr aus glasfaserverstärktem Epoxid eingesetzt werden, einem axialen Zusammendrücken innerhalb des Rohrs unterzogen werden und ein Epoxidkleber kann im Vakuum in das Rohr eingespritzt und ausgehärtet werden. Gemäß einem zweiten Verfahren werden die zusammengebauten und axial zusammengedrückten Kernkomponenten mit einem vorimprägnierten Fasermaterial aus glasfaserverstärktem Epoxid umwickelt und dann wird das Aushärten ausgeführt. Während theoretisch diese beiden Verfahren ausführbar sind, wird derzeit das zweitgenannte Verfahren wegen Schwierigkeiten bevorzugt, die sich beim Ausüben des ersten Verfahren zeigten, und zwar beim Verhindern des Eindringens von Epoxidmaterial zwischen die Flächen der zusammengesetzten Komponentenblöcke, obwohl irgendwelche Schwierigkeiten in dieser Hinsicht dadurch umgangen werden könnten, daß die Lücken der zusammengesetzten Komponentenblöcke unter Verwendung eines elektrisch leitenden Materials wie z. B. eines Epoxidharzes mit Silberfüllung abgedichtet würden.
Beim Ausüben des zweiten vorstehend genannten Verfahrens zum Herstellen der Kernanordnung sind, wie dies nachfolgend vollständiger beschrieben wird, die folgenden Hauptproduktionsstufen beteiligt, wie beim Prozeßflußdiagramm von Fig. 4 angegeben:
1. Kernherstellung;
2. Einwickeln des Kerns mit vorimprägniertem Fasermaterial und
3. Aushärten und Formen.
Wenn die Anordnung von Fig. 1 zur Veranschaulichung verwendet wird, und mit einem Ableitertyp mit der Bezeichnung EA gemäß den Fig. 2 und 3, besteht die Kernanordnung aus fünf verschiedenen Komponenten:
1. Keramikvaristorelemente 'E' mit 30 mm Länge;
2. Wärmesenke 'X' mit 40 mm Länge;
3. Wärmesenke 'Y' mit 35 mm Länge;
4. Endblock 'A' mit 35 mm Länge; und
5. Endblock 'B' mit 40 mm Länge.
Jede der vier grundsätzlichen Anordnungslängen für die Ableitertypen EA, EB, EC und ED beinhaltet verschiedene Kombinationen der vorstehenden Komponenten. Die korrekte Anordnungskonfiguration ist für den Betrieb des Ableiters kritisch, weswegen die Kerne wünschenswerterweise durch einen getrennten Vorgang zusammengebaut werden. Die Komponenten werden sorgfältig entfettet und gereinigt und dann in der erforderlichen Reihenfolge in einer Festhaltemulde oder einer Spanneinrichtung zusammengebaut, wo sie unter axialem Druck gehalten werden, wobei nach dieser Stufe vor dem Einwickeln keine weitere Handhabung erforderlich ist. Dies ermöglicht es, daß die Kernanordnungen auf eine korrekte Konfiguration hin einzeln untersucht werden können, wobei fehlerhafte Anordnungen in diesem Stadium leicht berichtigt werden können. Die Kerne sollten bis zum Einwickelstadium nicht aus dem Trog entnommen werden. Falls erwünscht, kann eine kleine Menge eines leitenden Klebers wie z. B. eines Epoxidharzes mit Silberfüllung zwischen die aneinandergrenzenden Flächen der Varistor-Wärmesenke- und Endblöcke eingefügt werden, um hauptsächlich die Lücken zwischen solchen aneinandergrenzenden Flächen gegen Eindringen während der anschließenden Herstellabläufe abzudichten.
Bevor die Kerne mit vorimprägniertem Fasermaterial umwickelt werden, müssen sie voraufgeheizt werden. Dies ist wichtig, da das vorimprägnierte Fasermaterial während des Einwickelprozesses auf seine Erweichungstemperatur erwärmt werden muß, um es zu ermöglichen, daß das Harz etwas fließt, was es ermöglicht, daß das vorimprägnierte Fasermaterial mit der Form des Kerns übereinstimmt, die Verbindung zwischen der Hülle und dem Kern fördert, das Einschließen von Luft verhindert und die getrennten Lagen verdichtet. Auch wenn ein elektrisch leitendes Harz als Lückendichtmaterial zwischen den Komponentenblöcken verwendet wird, dient das Vorheizen dazu, das Harz auszuhärten. Das Vorheizen kann einfach dadurch bewerkstelligt werden, daß die Mulde mit Kernen in einen Luftzirkulierofen eingesetzt wird und die Kerne bei der erforderlichen Temperatur stabilisieren können. Diese Temperatur hängt von der Harzzusammensetzung ab, jedoch liegt sie typischerweise in der Größe von 50 bis 70ºC. Nach dem Heizen kann die Mulde mit Kernen ohne Störung zur Einwickelstufe transportiert werden. Die Masse der festen Kernelemente sollte zu hohen Wärmeverlust vor dem Umwickeln verhindern.
Nachdem die Kernkomponenten in der gewünschten Zusammensetzung und Komponentenverteilung zusammengebaut wurden, kann das Einwickeln der Kernkomponenten durch zwei Grundtechniken erzielt werden, nämlich:

1. Wickeln

a) Die einfachste Technik ist schematisch durch Fig. 5-1 veranschaulicht, und sie besteht darin, die Kernkomponenten zwischen Zentrierungen rotierend aufzunehmen und ein Umwikkeln mit vorimprägniertem Fasermaterial direkt ausgehend von einer unter Spannung stehenden Rolle vorzunehmen, wobei Wärme durch Infrarotheizer oder Warmluftstrahler zugeführt wird. Das Umwickeln wird dadurch vollzogen, daß der Kern gedreht wird, bis die erforderliche Anzahl von Windungen aufgetragen wurde. Diese Technik ist für die Verwendung mit Kernanordnungen kleiner Länge am geeignetsten, die einem Zerbrechen bei der Spannung des vorimprägnierten Fasermaterials standhalten; wenn es für größere Längen verwendet würde, wären Stützrollen erforderlich;
b) Eine zweite Wicklungstechnik ist schematisch durch Fig. 5-2 veranschaulicht und sie verwendet einen Maschinentyp mit drei Walzen. Der Kern kann auf zwei Trägerwalzen ruhen, wobei eine dritte Antriebswalze den Kern dreht und für einen hohen Verdichtungsdruck sorgt. Vorimprägniertes Fasermaterial wird in die Walzen geführt und durch den voraufgeheizten Kern aufgenommen. Wie oben angegeben, wird die Rotation fortgesetzt, bis die erforderliche Anzahl von Windungen vervollständigt ist. Das vorimprägnierte Fasermaterial wird erneut von einer unter Zug stehenden Rolle zugeführt. Diese Technik sorgt für eine gute Abstützung der Kernanordnung mit zusätzlich gewissem axialem Druck, jedoch besteht die Neigung, daß aufgrund des hohen Walzendrucks der zum Verdrehen des Kerns erforderlich ist, Harz aus dem vorimprägnierten Fasermaterial herausgequetscht wird. Maschinen dieses Typs können auch zu Schwierigkeiten beim Festmachen des vorimprägnierten Fasermaterials am Kern führen.

2. Rollen

Bei diesem Prozeß, der schematisch durch Fig. 5-3 veranschaulicht wird, liegt das vorimprägnierte Fasermaterial in Form eines beschnittenen Zuschnitts vor, der flach auf einer beheizten Platte liegt. Der voraufgeheizte Kern wird auf die Vorderkante des Zuschnitts gelegt und einfach über die Platte gerollt, um das vorimprägnierte Fasermaterial aufzuwikkeln. Eine Verfestigung kann, falls erforderlich, durch Verwendung einer zweiten Platte über der ersten erzielt werden, wobei die eine Platte stationär verbleibt, während die andere sich in Längsrichtung bewegt, um den Kern einzuwickeln, jedoch darf, da, wie nachfolgend beschrieben, ein Formprozeß unter Verwendung von Druck während des Aushärtens verwendet wird, die Verdichtung im Einwickelstadium nur minimal sein oder sie kann ganz weggelassen werden.
Beide vorstehenden Wickelprozesse haben den Nachteil, daß das vorimprägnierte Fasermaterial von einer Rolle abgenommen wird, deren Achse parallel zur Rohrachse ist: d. h., daß die Länge der hergestellten Hülle von der Breite der Rolle abhängt. Verschiedene Längen von Kernanordnungen würden verschiedene Rollenbreiten und damit ein größeres Lager an Rohmaterial erfordern. Im Vergleich zu den Wickelprozessen hat der Rollprozeß den Vorteil, daß das vorimprägnierte Fasermaterial in Form eines Zuschnitts verwendet wird. Da die Ableiterkerne im wesentlichen konstante Hüllendicke aufweisen müssen, mit angenommenerweise sechs Windungen, bleibt eine Abmessung des Zuschnitts des vorimprägnierten Fasermaterials konstant, was es ermöglicht, daß eine Rolle mit vorimprägniertem Fasermaterial konstante Breite aufweist, wodurch einfach die erforderliche Länge so abgeschnitten wird, daß sie zur Kernanordnung paßt. Daher ist nur eine Rollengröße erforderlich, was zu verringertem Ausmaß des Lagers führt und das Erfordernis beseitigt, die Rollen an der Maschine für verschiedene Kernanordnungen zu ändern. Andere Vorteile rühren bei der Rolltechnik davon her, daß der Zuschnitt aus vorimprägniertem Fasermaterial auf der Platte gleichmäßig beheizt wird, wodurch eine Faltenbildung verhindert oder zumindest minimiert wird und das anfängliche Erweichen des auf die Hülle zu rollenden Materials verbessert wird, der Zuschnitt des vorimprägnierten Fasermaterials steht nicht unter Zug, weswegen allein der axiale Druck dafür ausreicht, die Kerne zusammenzuhalten, wobei eine einfache Führungswalze über dem Kern ausreicht, jedes Verbiegen aufgrund einer Fehlausrichtung der Kernelemente zu verhindern, und die mechanische Konstruktion der Rollmaschine ist dadurch vereinfacht, daß eine einzelne beheizte Platte statt Walzen oder Heizbänken vorliegt, eine unkomplizierte Antriebsanordnung möglich ist und keine Zugvorrichtung zum Auslassen des vorimprägnierten Fasermaterials erforderlich ist. Daher ist der Prozeß dahingehend vielseitig, daß verschiedene Längen und Durchmesser von Kernanordnungen hergestellt werden können.
Die Fig. 6-1 bis 6-6 zeigen eine beispielhafte Form einer Rollmaschine, die wir zum Zweck des Einwickelns von Ableiterkernen mit Zuschnitten aus vorimprägniertem Fasermaterial konstruiert und aufgebaut haben, wobei Fig. 6-1 eine Draufsicht auf die Maschine zeigt, Fig. 6-2 eine Vorderansicht ist, die Fig. 6-3 und 6-4 jeweilige Endansichten sind, Fig. 6-5 eine Ausschnittsdarstellung ist, die veranschaulicht, wie die Kernanordnung während des Einwickelns durch Walzen getragen wird, und Fig. 6-6 eine weitere Ausschnittsdarstellung ist, die die Zuführanordnung für das vorimprägnierte Fasermaterial veranschaulicht.
Kurz gesagt, wird die Maschine der Fig. 6-1 bis 6-6 so verwendet, wie es nachfolgend erläutert wird. Vorimprägniertes Fasermaterial in Form einer mit Harz imprägnierten Fasermatte, die zusammen mit einer nicht klebenden Trennfolie aufgewickelt ist, ist auf einer Zuführwalze 50 vorhanden, und sie wird, wie es in Fig. 6-6 deutlich dargestellt ist, von der Zuführwalze 50 durch eine elektrisch angetriebene Antriebswalze 51 abgezogen, die die Trennfolie aufwickelt, um dadurch diese Trennfolie vom vorimprägnierten Fasermaterial abzuziehen und gleichzeitig das vorimprägnierte Fasermaterial auf dem Arbeitstisch der dargestellten Maschine vorwärts zu bewegen. Die Menge des auf dem Arbeitstisch geförderten vorimprägnierten Fasermaterials wird durch eine einstellbare Positionseinstellung eines photoelektrischen Sensors 52 festgelegt, der die Vorderkante des vorwärts laufenden vorimprägnierten Fasergewebes erkennt und daraufhin das Vorwärtsbewegen des vorimprägnierten Fasermaterials anhält und einen Schlagschneider 53 aktiviert, der dazu dient, das Gewebe in Breitenrichtung des Arbeitstisches durchzutrennen, um dadurch einen rechteckigen Zuschnitt vorimprägnierten Fasermaterials mit genau festgelegter Größe von dem zugeführten vorimprägnierten Fasermaterial abzutrennen. Danach wird der Zuschnitt vorimprägnierten Fasermaterials entweder von Hand oder automatisch an eine temperaturgeregelte, beheizte Rollplatte 54 der Maschine mit einer nichthaftenden Beschichtung aus z. B. PTFE transportiert und die vorerwärmte Kernanordnung, die zu umwickeln ist, wird an einem Ende derselben mit dem Zuschnitt des vorimprägnierten Fasermaterials verbunden, wobei die natürliche Haftfähigkeit des vorimprägnierten Fasermaterials verwendet ist, woraufhin ein Eingriff mit einem Rollkopf 55 erfolgt.
Der Rollkopf 55 ist an einem freitragendem Arm 56 angebracht, der, wie in Fig. 6-3 dargestellt, nach oben verschwenkt werden kann, damit der Ableiterkern mit dem Rollkopf auf diejenige Weise in Eingriff gebracht werden kann, die schematisch in Fig. 6-5 dargestellt ist, wobei der Ableiterkern zwischen einem Paar Trägerwalzen 57 aufgenommen wird und durch die Walzen 57 auf der Platte 54 zwangsweise positioniert wird. Der Rollkopf 55 ist so am Arm 56 angebracht, daß er sich über die Platte 54 bewegen kann, um den vorgeschnitten Zuschnitt aus vorimprägniertem Fasermaterial auf den Ableiterkern aufzurollen, wobei diese Bewegung vorzugsweise automatisch unter Überwachung durch eine Bedienperson ausgeführt wird, um zu gewährleisten, daß das vorimprägnierte Fasermaterial auf dem Ableiterkern gleichmäßig aufgenommen wird. Der freitragende Arm 56 ist in einer vertikalen Ebene verschwenkend bewegbar, um Ableiterkerne einzusetzen und zu entnehmen, und er ist wünschenswerterweise so ausgebildet, daß er für einen steuerbaren Rolldruck in solcher Weise sorgt, daß die Aufwicklung des vorimprägnierten Fasermaterials auf den Ableiterkern mit einem steuerbaren Ausmaß während des Rollens verfestigbar ist. Der Rollkopf 55 ist so ausgebildet, daß er den Ableiterkern mit seiner Aufwicklung aus vorimprägniertem Fasermaterial zur Vorderseite der Maschine zurückführt, was ebenfalls zur Verfestigung des vorimprägnierten Fasermaterials beiträgt.
Die Ableiterkerne mit dem aufgewickelten vorimprägnierten Fasermaterial werden dann der Maschine entnommen, und zwar entweder automatisch oder von Hand.
Die so beschriebene Rollmaschine wird während ihrer ganzen Abläufe automatisch gesteuert, bei denen sie folgendes ausführt: Abstreifen der Trägerfolie vom vorimprägnierten Fasermaterial und Fördern desselben zur Schneideinrichtung; Anhalten des Förderns des vorimprägnierten Fasermaterials abhängig von der eingestellten Position des photoelektrischen Sensors, um die Breite des Zuschnitts des vorimprägnierten Fasermaterials festzulegen, das von der Walze abgeschnitten wird; Abschneiden des vorwärtsbewegten Teils der Rolle vorimprägnierten Fasermaterials durch den Schlagschneider, um den Zuschnitt festzulegen; und Aufrollen des Zuschnitts des vorimprägnierten Fasermaterials auf den Ableiterkern, wobei die Temperatur der beheizten Platte zusätzlich zum aktuellen Rollvorgang (Länge des Rollhubs) gesteuert wird und der Verdichtungsdruck gesteuert wird. Bei einer tatsächlichen Ausführungsform der von uns gebauten Maschine werden das Abstreifen der Trägerfolie und das Vorwärtsbewegen des vorimprägnierten Fasermaterials durch eine geeignete Steuerung des Elektromotors gesteuert, der die Aufnahmewalze 51 antreibt, sowie durch eine geeignete Getriebeübersetzung zwischen der Aufnahmewalze 51 und der Zuführwalze 50, um zu gewährleisten, daß das vorimprägnierte Fasermaterial der Maschine mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt wird und die Trägerfolie mit im wesentlichen konstantem Zug aufgenommen wird. Der Schlagschneider 53 wird pneumatisch gesteuert durch den Photosensor 52 für Vorwärts- und Rückwärtshübe betätigt und es wird auch eine pneumatische Antriebsvorrichtung für den Rollkopf 55 verwendet. Die Rollplatte 54 wird durch eine Reihe flacher elektrischer Heizelemente gleichmäßig beheizt, die unter der Platte liegen, und die so geregelt werden, daß eine Plattentemperatur erzielt wird, die gerade hoch genug dafür ist, daß das Epoxidharz des Zuschnitts vorimprägnierten Fasermaterials erweicht, ohne daß dasselbe übermäßig flüssig oder klebrig wird. Die Plattentemperatur kann passend so eingestellt werden, daß sie zum speziellen, verwendeten vorimprägnierten Fasermaterial paßt.
Andere Merkmale der in den Fig. 6-1 bis 6-6 veranschaulichten Maschine bilden keinen Teil der Erfindung und werden nicht weiter beschrieben, wobei die vorstehend erfolgte Beschreibung in Verbindung mit der Beschreibung für den erfindungsgemäßen Überspannungsableiter und sein Herstellverfahren klar dafür ausreichen, die Erfindung mit all ihren Erscheinungsformen zu realisieren.
Was die Spezifikation der vorimprägnierten Fasermaterialien betrifft, gelten die folgenden Überlegungen. Das vorimprägnierte Fasermaterial ist geschickterweise ein glasfaserverstärktes Epoxidmaterial unter Verwendung eines Epoxidharzes mit guten Hafteigenschaften und mit einem Aushärtezyklus, der kurz und unkompliziert ohne Etappen oder dazwischenliegende Temperaturruheperioden ist. Die Materialien sollten leicht erhältlich sein und vorzugsweise kommerziellen Normen entsprechen, und wünschenswerterweise sollten sie eine lange Lagerungsdauer aufweisen, um das Erfordernis einer gekühlten Lagerung zu umgehen. Das vorimprägnierte Fasermaterial sollte einfach handhabbar sein, leicht herstellbar sein und ohne überschüssiges Zusatzmaterial vorliegen und wünschenswerterweise sollte die Erweichungstemperatur des Harzes ungefähr 50ºC und vorzugsweise ungefähr 30 bis 40ºC betragen. Schließlich sollte ein Harz elektrischer Güteklasse mit guten Isoliereigenschaften verwendet werden.
Ein beispielhaftes vorimprägniertes Fasermaterial, das diesen Überlegungen genügt, verwendet ein Glasfasergewebe mit einer Gewebeform 7628, das sich zu einem vorimprägnierten Fasermaterial mit einer Dicke von 0,008'' formt. Es handelt sich um ein feines Gewebe mit Leinenbindung und ist eine Standardgewebeform, wie sie allgemein für elektrische Laminatverstärkung verwendet wird, und es ist im Vereinigten Königreich und den USA leicht erhältlich. Der Gewebeaufbau ist ein solcher mit 42 Kettfäden·32 Schußfäden unter Verwendung eines Garns 75-1/0. Die Hauptparameter zum Auswählen des Harzes sind seine Funktionseigenschaften, seine Kosten, seine Verarbeitungseigenschaften und seine Verfügbarkeit. Der Harzgehalt, das Fließverhalten, die Erweichungstemperatur, das Haftvermögen und selbst der Aushärtzyklus können geändert werden, wenn dies erforderlich ist, um Änderungen des Prozesses zu genügen. Die Aufbaubestandteile eines geeigneten Harzsystems werden von Ciba Geigy hergestellt und sind leicht erhältlich. Das fragliche System ist ein bromiertes Bisphenol-A-Harz unter Verwendung von Dicyandiamide (Dicy) als Härtungsmittel. Flüssiges, nicht modifiziertes Bisphenol-A kann der Zubereitung zugesetzt werden, um den Erweichungspunkt herabzusetzen. Das System ist flammenverzögernd und genügt der NEMA-Güteklasse FR-4. Es wird herkömmlicherweise dazu verwendet, elektrische Laminate, insbesondere gedruckte Leiterplatten hoher Qualität herzustellen. Das Harzsystem enthält folgendes:
Harz Ciba XD4153, bromiertes Epoxid
Härter Ciba X83/520, Dicy
Modifizierungsmittel Ciba MY750, Bisphenol-A
Härtungszyklus 1/2 Std bei 170/180ºC
Erweichungspunkt 45/50ºC
Harzgehalt 45 ± 1 Gewichts %
Nachdem die Ableiterkernanordnung mit dem vorimprägnierten Harzmaterial umwickelt wurde, ist der nächste Schritt das Formen und gleichzeitige Aushärten des Harzmaterials. Der Aushärteprozeß beinhaltet ein Erwärmen der vorgeformten Kernanordnung auf eine erhöhte Temperatur und ein Aufrechterhalten auf dieser für eine vorgegebene Zeitspanne, wobei die Zeit und die Temperatur durch die Zubereitung des Harzsystems bestimmt werden. Während des Härtungszyklus wird Druck ausgeübt, um das Harz auszubilden und es zu fördern, daß das Harz durch die ganzen Gewebe lagen und in engen Kontakt mit dem darunterliegenden Kern fließt, jedoch nicht zwischen die aneinandergrenzenden Flächen der Blöcke, und zwar wegen der relativ hohen Viskosität des Harzes und der Art des engen Zusammenpassens der Kopf-an-Kopf-Blockkontakte und/oder wegen des Vorhandenseins einer elektrisch leitenden Abdichtverbindung zwischen den Flächen der Blöcke. Nach dem vollen Aushärten ist das Harz ein harter, homogener, fester Stoff. Der Aushärtprozeß kann am zufriedenstellendsten dadurch ausgeführt werden, daß der Kern in einem Formwerkzeug erwärmt wird, und zum Herstellen erheblicher Mengen an Ableitern ist speziell konstruiertes, besonders vorgesehenes Werkzeug erforderlich. Die Verwendung eines Formwerkzeugs erlaubt die Anwendung höherer Formdrücke mit daraus folgenden Verbesserungen hinsichtlich der Formungsqualität und der Eigenschaften, und der Herstellprozeß wird weniger für Schwankungen in der Qualität des vorimprägnierten Fasermaterials anfällig und er erfordert weniger Geschicklichkeit einer Bedienperson. Zusätzlich ist der Einwickelprozeß vereinfacht, da eine gute Verfestigung der Vorform nicht erforderlich ist, da der Formdruck zu einem guten Harzfließen und zu einem Beseitigen von Hohlräumen führt, insbesondere dann, wenn das Formwerkzeug gleichzeitig evakuiert wird.
Es stehen verschiedene Verfahren zum formenden Härten der mit vorimprägniertem Fasermaterial umwickelten Kernanordnung zur Verfügung. Einige Verfahren, die die Formwerkzeugkonstruktion beeinflussen, sind die Herstellrate, der Härtungszyklus, der erforderliche Formungsdruck, Schwankungen in der Komponentenlänge und dem Durchmesser, denen genügt werden muß, und die Kapitalkosten. Bei einer Herstellrate von angenommenerweise 15 Komponenten pro Stunde und einem Aushärtzyklus von angenommenerweise 1/2 Std. bei 170ºC würde ein Werkzeug mit 8 Hohlräumen erforderlich sein. Dieses Werkzeug wäre ungefähr 600 mm lang·400 mm breit und die Hohlräume würden eine weiche Auskleidung (z. B. aus Silicongummi) benötigen, um Schwankungen im Durchmesser der Keramikelemente zu ermöglichen. Ein Formungsdruck von 15 bis 20 psi würde eine Gesamtschließkraft für das Werkzeug von ungefähr 4 Tonnen benötigen. Eine Presse mit ausreichender Plattenfläche zum Aufnehmen des Werkzeugs und mit beheizten Platten wäre verhindernd teuer und würde beim zur Verfügung stehenden Pressendruck ungeheuer überdimensioniert sein. Ein beheiztes Werkzeug, das ,von einem hergestellten Rahmen getragen wird, und durch eine einfache hydraulische Presse unter Druck gesetzt wird, könnte speziell für den Prozeß mit deutlich geringeren Kapitalkosten hergestellt werden. Es würde auch weniger Stellfläche als eine herkömmliche Presse einnehmen und würde wahrscheinlich wirtschaftlicher zu betreiben sein.
Eine alternative und praktischere Technik mit geschlossenem Formwerkzeug ist durch die Fig. 7-1 und 7-2 veranschaulicht; sie verwendet einen Vakuumsack. Es handelt sich tatsächlich um ein flexibles Formwerkzeug mit einem Rahmen zum Festhalten der Komponenten. Beim Anlegen von Vakuum legt sich der Sack dicht um die Kanten und legt sich an die Form der Komponenten an, wodurch Druck gleichmäßig auf alle Flächen ausgeübt wird. Das Aushärten wird dadurch erzielt, daß Erwärmen in einem Luftzirkulationsofen oder noch besser in einem Autoklaven erfolgt (mit dem Vorteil, daß zusätzlicher externer Druck angelegt werden kann). Lufteinschluß wird durch das Anlegen von Vakuum während des ganzen Aushärtezyklus verhindert. Diese Technik erfordert für die Werkzeugerstellung geringe Kapitalkosten, insbesondere wenn ein Ofen und eine Vakuum-Pumpanordnung bereits vorhanden sind. Die Produktionsraten sind nicht so hoch wie bei angepaßten Metallformwerkzeugen, da die Wärmeübertragungsraten kleiner sind. Jedoch können zusätzliche Formwerkzeugsäcke (d. h. zusätzliche Werkzeughohlräume) zu sehr geringen Kosten hinzugefügt werden.
Es wird spezieller auf Fig. 7-1 Bezug genommen, in der die beispielhafte Vakuumsackanordnung schematisch im Querschnitt dargestellt ist, wobei für ein Aushärten beispielhaft nur drei Überspannungsableiteranordnungen Seite an Seite nebeneinanderliegend dargestellt sind, obwohl in der Praxis viel mehr Anordnungen aufgenommen würden, wobei die Anordnung einen oberen Teil 60 und einen unteren Teil 61 aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie aneinandersitzen wie dargestellt, und zusammen eine Abdichtung für das Evakuieren der so zwischen ihnen festgelegten Kammer bilden. Der obere Teil 60 weist einen rechteckigen, offenen Rahmen 62 mit einer an ihm luftdicht befestigten Silicongummimembran 63 auf, die mit einem Dichtungsband 64 versehen ist, um eine Abdichtung zum unteren Teil vorzunehmen. Der untere Teil 61 weist einen ähnlichen Rahmen 65 auf, an dem ein Gitter aus Trägerstäben 66 gehalten wird, die dazu dienen, eine Reihe herabhängender Schlingen 67 in einer dicht am Rahmen 65 angebrachten Silicongummimembran festzulegen. Überspannungsableiter-Kernanordnungen 68 sind schematisch innerhalb der Schlingen 67 liegend dargestellt, und es ist erkennbar, daß dann, wenn die zwei Teile der dargestellten Vakuumsackanordnung zusammengebracht werden und der dazwischenliegende Raum evakuiert wird, die Silicongummimembranen 63 und 67 um die Kernanordnungen 68 herum zusammenfallen, um auf dieselben einen Formungsdruck auszuüben, der verstärkt wird, wenn die Vakuumsackanordnung in eine unter Druck stehende Atmosphäre eingesetzt wird, wie z. B. in einem Autoklaven. Die Silicongummimembranen 63 und 67 sind, wie es in Fig. 7-1 dargestellt ist, mit einer wegwerfbaren, luftdurchlässigen, atmenden Schicht 69 ausgekleidet, um die Evakuierung des dazwischenliegenden Luftraums zu erleichtern.
Um zu gewährleisten, daß die Überspannungsableiter-Kernanordnungen 68 mit herumgewickeltem, vorimprägniertem Fasermaterial nicht an der atmenden Schicht 69 oder den Silicongummimembranen 63 und 67 anhaften, werden die aus der vorstehend beschriebenen Rollmaschine herkommenden Kernanordnungen zunächst sorgfältig mit einem Trennfilm oder einer Abziehschicht umwickelt, an der das Epoxidharz nicht anhaftet. Dann werden zum Vermeiden einer Ausbildung von Falten oder Runzeln im ausgehärteten Harz die mit der Anziehschicht umwickelten Kernanordnungen jeweils in ein in Längsrichtung unterteiltes Silicongummirohr mit einem Durchmesser, der im wesentlichen dem erforderlichen Außendurchmesser der fertiggestellten Anordnungen entspricht, eingesetzt, wobei der Schlitz im Silicongummirohr z. B. durch ein Metallunterlegblech oder dergleichen abgedichtet wird, um zu gewährleisten, daß die Ableiteroberfläche nach dem Formen keinen Formungsfehler aufweist, der dem Schlitz im Silicongummirohr entspricht. Fig. 7-2 zeigt, daß die Kernanordnung 68 so, wie sie von der Rollmaschine für das vorimprägnierte Fasermaterial kommt, in eine Trennfilmschicht 70 eingewickelt ist, die ihrerseits vom geschlitzten Silicongummirohr 71 umschlossen wird, wobei ein Unterlegblech 72 unter dem Schlitz im Rohr liegt. Die Bezugszahlen 73 kennzeichnen temperaturbeständiges Klebeband, das dazu verwendet wird, die verschiedenen Schichten sicher um die Kernanordnung 68 mit umwickeltem, vorimprägniertem Fasermaterial zu positionieren.
Durch das Formen und Aushärten des mit vorimprägniertem Fasermaterial umwickelten Ableiterkerns, wie vorstehend beschrieben, wird gewährleistet, daß das Epoxidharz im vorimprägnierten Fasermaterial um den Ableiterkern ohne irgendwelche Hohlräume oder Lufteinschlüsse gleichmäßig verfestigt wird, und daß das ausgehärtete Epoxidharz ferner eine sehr glatte Oberfläche aufweist, auf der das externe Elastomer- oder Wärmeschrumpfgehäuse des fertiggestellten Ableiter leicht sitzen kann, ohne daß Hohlräume oder Lufteinschlüsse gebilden werden, wie es beim Ausführen der Erfindung von höchster Wichtigkeit ist, wenn höchste Qualitäten für die Überspannungsableiter zu gewährleisten sind.
Nachdem der Ableiterkern wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, ist das Anbringen des Wärmeschrumpfschlauchs und der Endkappen sowie der Anschlüsse an den Kern einfach. Die Kernanordnung wird auf irgendwelche Harzauslaufstellen an den Endflächen der Endblöcke des Kerns hin untersucht und wenn irgendwelche solche Harzauslaufstellen auftraten, erfolgt eine Reinigung z. B. durch Schleifen. Die Kernanordnung kann dann, falls erforderlich, gereinigt und entfettet werden und mit den Endkappen und Anschlußkomponenten sowie dem Wärmeschrumpfschlauch in einer einfachen Spanneinrichtung zusammengebaut werden. Das Abdichtmittel für die Grenzfläche zwischen dem Wärmeschrumpfschlauch und dem Kern kann auf die Innenseite des Wärmeschrumpfschlauchs vorab aufgetragen werden, oder es kann auf den Kern aufgetragen werden, und das Abdichtmittel für die Endkappen kann durch die Bedienperson in dieselben eingefüllt werden. Nachdem die Komponenten auf diese Weise zusammengebaut sind, wird die Spanneinrichtung mit den zusammengebauten Komponenten in eine evakuierbare Ofenkammer eingesetzt, in der die Anordnung Wärme von z. B. Infrarot-Strahlungsheizern unterworfen wird, um dafür zu sorgen, daß das Wärmeschrumpfmaterial auf den Ableiterkern schrumpft, wobei durch das Evakuieren der Kammer irgendwelche Lufteinschlüsse verhindert werden und Hohlräume durch das plastische Fließvermögen des Abdichtmittels verhindert werden. Das Beheizen und Luftabpumpen härten auf ähnliche Weise das Abdichtmittel in den Endkappen aus und gewährleisten, daß dort keine Hohlräume zurückbleiben.
Die Fig. 8-1 und 8-2 veranschaulichen in Vorder- bzw. Seitenansicht einen beispielhaften Vakuumofen, den wir zur Verwendung beim abschließenden Wärmeschrumpfen der externen Gehäuse aus Wärmeschrumpfmaterial für Überspannungsableiter auf die wie vorstehend beschrieben vorab hergestellten Überspannungsableiterkerne entwickelt haben. Die Vakuumkammer der veranschaulichten Vorrichtung wird durch eine zylindrische Unterdruckglocke 80 festgelegt, die an ihrem unteren Ende offen ist und die auf vertikalen Führungsschienen so angebracht ist, daß sie vertikal in bezug auf eine Abdichtplatte 81 verschiebbar ist, die auf der Oberfläche eines Arbeitstisches 82 vorhanden ist. Die Abdichtplatte 81 ist mit einer O-Ring-Dichtung oder dergleichen versehen, die mit der Unterkante der Druckglocke 80 zusammenwirkt, wenn sich dieselbe in ihrer abgesenkten Position befindet, wie in Fig. 8-2 dargestellt, um eine abgedichtete, evakuierbare Arbeitskammer festzulegen. Eine Drehwelle 83 erstreckt sich vertikal durch die Mitte der Abdichtplatte 81, wobei eine Druckabdichteinrichtung zwischen der Oberfläche der Welle und der Platte vorhanden ist und sie trägt an ihrem oberen Ende einen Aufnehmer 84, der so ausgebildet ist, daß darin ein Ende eines Überspannungsableiters 85 aufgenommen werden kann, der in der Vorrichtung zu behandeln ist. Das untere Ende der Welle 83 ist mit einem Antriebsmotor 86 verbunden. Ein Infrarot-Strahlungsheizer oder mehrere sind innerhalb der Druckglocke 80 angeordnet und die Anordnung aus dem drehenden Aufnehmer 84 mit der Antriebswelle 83 und dem Motor 86 dient dazu, den Überspannungsableiter 85 in bezug auf den (die) Strahlungsheizer zu verdrehen, um zu gewährleisten, daß der Wärmeschrumpfschlauch des Ableiters gleichmäßig aufgeheizt wird. Die Bezugszahl 87 kennzeichnet eine Vakuumpumpe zum Evakuieren des Vakuumofens und die Bezugszahl 88 kennzeichnet ein Steuermodul, das eine Druck- und Temperaturüberwachungs und -regelausrüstung und eine Ablaufsteuerausrüstung zum Überwachen und Steuern des Gesamtbetriebs des Ofens beinhaltet.
Während der in den Fig. 8-1 und 8-2 veranschaulichte Ofen nur Maßnahmen enthält, um jeweils einen Überspannungsableiter zu behandeln, ist es ersichtlich, daß für einen Massendurchsatz mehrere drehbare Aufnehmer in der Abdichtplatte 81 vorhanden wären, so daß mehrere Ableiter gleichzeitig behandelt werden könnten. Wie dargestellt, ist ein Prüffenster in der Zylinderwand der Druckglocke 80 vorhanden.
Es wird nun auf Fig. 9 bezug genommen, in der ein herkömmlich nachbearbeiteter Energieverteilungsmast dargestellt ist, der dazu dient, 3-Phasenstrom-Freileitungen mit dem Ende eines unterirdisch verlegten Stromkabels zu verbinden. Die Figur zeigt drei Stromfreileitungen 91, 92 und 93, die von einem kreuzförmigen Arm gehalten werden, der durch isolierende Verbindungsteile 94, 95 und 96 am Mast befestigt ist. Mit jeder der Stromleitungen 91, 92 und 93 ist ein Ende einer jeweiligen Verbindungsleitung 97 verbunden, dessen anderes Ende durch einen jeweiligen von drei wegstehenden Trägerisolatoren gehalten wird, mit einem Anschluß an einen jeweiligen Kern eines Kabels 99. Drei herkömmliche Überspannungsableiter 100 mit Porzellangehäuse werden an einem Montagebock 101 gehalten, der am Stromversorgungsmast befestigt ist, und jeder Überspannungsableiter 100 ist elektrisch zwischen Erde und eine jeweilige der Verbindungsleitungen 97 geschaltet. Wie es vom Fachmann im einschlägigen Stand der Technik gut erkennbar ist, ist die dargestellte Anordnung hinsichtlich der Komponenten teuer und sie erfordert auch viel Zeit zur Herstellung. Angesichts der Tatsache, daß erfindungsgemäße Überspannungsableiter sehr beträchtliche körperliche Festigkeit aufweisen, entsteht die Möglichkeit, derartige Überspannungsableiter anstelle der wegstehenden Trägerisolatoren 98 zu verwenden, in welchem Fall die Überspannungsableiter 100, ihr zugeordneter Montagebock 101 und die ihnen zugeordneten Verdrahtungsanschlüsse wegfallen können. Demgemäß sind die erfindungsgemäßen Überspannungsableiter nicht nur als solche kostenmäßig vorteilhaft, sondern sie ermöglichen es auch, daß auf andere herkömmlich erforderliche Komponenten verzichtet werden kann, was nicht nur ästhetisch und für die Umwelt willkommener ist, sondern was es auch ermöglicht, daß die zur Herstellung eines solchen Systems, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, erforderliche Zeit deutlich verringert werden kann.
Nachdem so im vorstehenden der körperliche Aufbau erfindungsgemäßer Überspannungsableiter, von Vorrichtungen, Verfahren und Materialien für deren Herstellung sowie eine vorteilhafte beispielhafte Anwendung derselben beschrieben wurden, ist zu beachten, daß Änderungen und Modifizierungen, z. B. hinsichtlich der Verwendung eines mechanisch entspannten elastomeren Materials oder eines vor Ort vergossenen Kunstharzmaterials statt des hier speziell beschriebenen Wärmeschrumpfmaterials vorgenommen werden können, ohne vom Wesentlichen der Erfindung abzuweichen, das darin besteht, daß ein steifer Festkörper-Ableiterkern mit Varistorblöcken dicht und ohne Hohlräume oder Gaseinschlüsse in einem Außengehäuse aus polymerem Wärmeschrumpfmaterial oder mechanisch entformtem elastomeren Material oder vor Ort vergossenem Kunstharzmaterial eingeschlossen wird, wobei eine Wärmeabschirmung aus dielektrischem Material zwischen dem Kern und dem Außengehäuse vorhanden ist, um die Unverletzlichkeit des Außengehäuses gegen hohe Übergangstemperaturen zu schützen, wie sie bei Bedingungen mit Kurzschlußversagen auftreten. Eine wie vorstehend beschriebene Kernanordnung kann leicht innerhalb eines mechanisch ausgeformten Elastomergehäuses dadurch eingekapselt werden, daß einfach das Elastomer gestreckt wird, es über den Kern gezogen wird und es dann losgelassen wird, wodurch es innerhalb einer Vakuumumgebung möglich ist, zu gewährleisten, daß keine Hohlräume oder Gaseinschlüsse zwischen dem Kern und dem Gehäuse vorliegen. Auf ähnliche Weise könnte ein Kunststoffgehäuse leicht direkt auf den Kern gegossen werden.

Claims

1. Spaltloser Überspannungsableiter (1) mit einem langgestreckten, steifen Kern, der durch einen Stapel Varistorblöcke (2), die in Kopf an Kopf stehendem Kontakt zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlußblock (4) dadurch gehalten werden, daß die Varistorblöcke und die Anschlußblöcke innerhalb einer steifen Hülle (5) aus verstärktem, steifen Kunststoffmaterial eingekapselt sind, das für die strukturelle Unversehrtheit des Kerns sorgt; und einem Außengehäuse (6) mit Isolierglocken für den Kern, mit einem vorgeformten Schlauch aus polymerem Wärmeschrumpfmaterial oder einem mechanisch entspannbaren Elastomermaterial, das dicht auf den Kern geschrumpft oder auf diesen hin entspannt wird, oder mit einem vor Ort angegossenen Kunststoffmaterial, wobei die Hülle (5) auch als Wärmesperre zwischen dem Kern und dem Gehäuse (6) dient, und wobei die Grenzflächen zwischen den Varistor- und Anschlußblöcken und der sie einkapselnden Hülle sowie zwischen der Hülle und dem Außengehäuse hohlraumfrei und und frei von Gaseinschlüssen sind.

2. Spaltloser Überspannungsableiter nach Anspruch 1, bei dem der langgestreckte Kern zylindrisch ist und aus zylindrischen Varistorblöcken (2) und zylindrischen Anschlußblökken (4) besteht, wobei die Blöcke um ihre zylindrisch gebogenen Flächen herum innerhalb der steifen Hülle (5) aus verstärktem, steifem Kunststoffmaterial eingekapselt sind, so daß der Kern eine steife, integrale Struktureinheit bildet, wobei metallische Endkappen (8) vorhanden sind, die die Enden des Kerns und des umgebendes Außengehäuses abdecken, wobei in wasserdichtes Abdichtmaterial die Abdichtkappe/Außengehäuse/Kern-Grenzfläche abdichtet.

3. Spaltloser Überspannungsableiter nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse (6) einen vorgeformten Polymerschlauch aus elektrisch isolierendem, wärmeschrumpfbarem Material oder aus mechanisch entspanntem, elastomerem Material mit integrierten Isolierglocken aufweist und es dicht auf den Kern aufgeschrumpft oder auf diesen aufgepaßt ist, wobei ein wasserdichtes Abdichtmittel zwischen der Kernoberfläche und dem Schlauch liegt, um zwischen diesen eine hohlraumfreie Grenzfläche zu erzielen, und bei dem Endkappen (8) vorhanden sind, die die Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Schlauch an den beiden Enden derselben abdecken, mit einem wasserdichten Abdichtmittel zwischen den Endkappen und dem Schlauch, um eine hohlraumfreie Grenzfläche dazwischen zu erzielen, wobei der Kern an jedem seiner Enden einen zylindrischen Anschlußblock und zwischen den Anschlußblöcken einen Stapel zylindrischer Varistorblöcke (2) aufweist, deren Endflächen in jedem Fall in körperlichem und elektrischem Kontakt mit der angrenzenden Endfläche eines anderen Varistorblocks oder eines jeweiligen der Anschlußblöcke stehen, und bei dem die Anschlußblöcke (4) und die Varistorblöcke (2) durch die Hülle aus verstärktem, steifem Kunststoffmaterial steif zusammengehalten werden, das mit der gekrümmten Außenfläche der jeweiligen Blöcke verbunden ist und die Blöcke ohne Hohlräume und Gaseinschlüsse zwischen der Hülle und den Blöcken einkapselt.

4. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein elektrisch isolierendes Material zwischen dem Varistormaterial der Varistorblöcke (2) und der einkapselnden Hülle (5) aus verstärktem, steifen Kunststoffmaterial vorhanden ist.

5. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Varistorblöcke (2) metallisierte Elektroden aufweisen, die an ihren entgegengesetzten Endflächen ausgebildet sind.

6. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem elektrisch leitende Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke (3) im Stapel der Varistorblöcke (2) enthalten sind.

7. Überspannungsableiter nach Anspruch 6, bei dem die Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke (3) so mit den Varistorblöcken (2) verteilt sind, daß für eine Spannungsverteilung über den gesamten Kern gesorgt ist, mit einem vorgegebenen Bogenbildungsabstand für die Kernlänge.

8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Wärmesenke/Abstandshalter-Blöcke (3) aus Aluminium bestehen.

9. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Hülle (5) aus verstärktem, steifem Kunststoffmaterial mit den jeweiligen Oberflächen aller Blöcke im Kern verbunden ist.

10. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Varistorblöcke (2) aus Zinkoxid als nichtlinearem Widerstandsmaterial bestehen.

11. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das verstärkte, steife Kunststoffmaterial der Hülle (5) aus glasfaserverstärktem Epoxidharz besteht.

12. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die verstärkte, steife Kunststoffhülle (5) aus einer ausgehärteten Wicklung eines mit Kunststoffimprägnierten Materials besteht, die auf dem Kern ausgebildet ist.

13. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die verstärkte, steife Kunststoffhülle (5) aus einem vorgeformten Rohr besteht, in dem die Kernkomponenten zusammengebaut sind.

14. Überspannungsableiter nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem aneinandergrenzende Flächen benachbarter Blöcke (2, 3, 4) im Kern über einen elektrisch leitenden Kleber miteinander verklebt sind.

15. Verfahren zum Herstellen eines Überspannungsableiters nach einem der vorstehenden Ansprüche, das folgendes umfaßt: Einsetzen der Kernkomponenten in ein vorgeformtes Rohr aus mit Kunststoffimprägniertem Verstärkungsmaterial, das die verstärkte, steife Kunststoffhülle (5) bildet, und Einspritzen von Kunststoffmaterial in das Rohr und Aushärten des Materials, um eine einstückige Struktur auszubilden, bei der der Kern in das vorgeformte Rohr eingekapselt ist.

16. Verfahren zum Herstellen eines Überspannungsableiters nach einem der Ansprüche 1 bis 14, das folgendes umfaßt: Umwickeln der Kernkomponenten mit einem nicht ausgehärteten mit Kunststoffimprägnierten Verstärkungsmaterial mit anschließendem Aushärten des Materials.

17. Verfahren zum Herstellen eines Überspannungsableiters nach einem der Ansprüche 1 bis 14, das folgendes aufweist:

- Zusammenbauen der Blöcke (2, 3, 4) nach Wunsch, um den Kern auszubilden;

- Anwenden von Kräften auf die Anschlußblöcke (4), um alle Blöcke im Kern zusammenzudrücken;

- Umwickeln der Blockanordnung, während die Blöcke unter Druck gehalten werden, mit einer Wicklung aus einem nicht ausgehärteten, mit Kunststoffimprägnierten Verstärkungsmaterial;

- Aushärten des nicht ausgehärteten Kunststoffmaterials unter Druck, um die Blöcke innerhalb der steifen Hülle (5) ohne Hohlräume und Gaseinschlüsse zwischen den Blöcken und der Hülle einzukapseln; und

- Versehen des so hergestellten Kerns aus umkapselten Blökken mit dem mit Isolierglocken versehenden Außengehäuse (6), das dicht auf den Kern aufgepaßt ist, ohne Hohlräume und Gaseinschlüsse zwischen der Hülle (5) und dem Außengehäuse (6).

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Umwickeln der Blöcke (2, 3, 4) durch das nicht ausgehärtete, mit Kunststoffimprägnierte Verstärkungsmaterial dadurch ausgeführt wird, daß eine geeignet bemessene Folie aus nicht ausgehärtetem, mit Kunststoff imprägniertem Gewebematerial ausgewählt wird und die Blöcke im Gewebe aufgerollt werden, so daß das Gewebe von den Blöcken aufgenommen wird und um diese herumgewickelt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die umwickelte 1 Blockanordnung während des Rollvorgangs verfestigt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, bei dem das Umwickeln der Ableiterblöcke mit der Folie aus Gewebematerial unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt wird, die eine Einrichtung (50, 51, 52) zum Zuführen von Gewebematerial zu einer Schneideinrichtung (53) zum Herstellen von Folien vorgegebener Größe, eine beheizte Platte (54) zum Aufnehmen der Folien und eine Einrichtung (55) aufweist, die dazu dient, die Ableiterblöcke auf der auf der Platte aufgenommenen Folie zu rollen, damit die Blöcke die Folie in Form einer umlaufenden Wicklung mit mehreren Windungen aufnehmen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Gewebematerial eine Rolle desselben aufweist, mit einer dazwischenliegenden, nicht klebrigen Trägerfolie, und bei dem die Einrichtung zum Zuführen des Gewebematerials zur Schneideinrichtung eine Einrichtung zum Spannen der Trägerfolie und zum Abziehen und Abstreifen derselben vom Gewebe aufweist, wobei eine Gegenkraft auf das Gewebe ausgeübt wird, um dasselbe vorwärtszubewegen.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem das Aushärten des Kunststoffmaterials unter Verwendung eines Formwerkzeugs ausgeführt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Aushärten des Kunststoffmaterials unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt wird, die flexible Formwerkzeugschichten (63, 67) aufweist, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie zu Kontakt mit dem umwickelten Kern zusammengedrückt werden können, der zwischen ihnen angeordnet ist, u. a. durch Evakuieren des Innenraums zwischen den Formwerkzeugschichten.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem das Außengehäuse ein polymeres Wärmeschrumpfmaterial ist und bei dem das Wärmeaufschrumpfen des Gehäuses auf den Kern unter Verwendung eines Vakuumofens mit einer Druckglocke (80) erfolgt, die so ausgebildet ist, daß sie wegnehmbar auf eine Abdichtplatte (81) so aufgesetzt werden kann, daß eine evakuierbare Kammer festgelegt wird, mit einer Einrichtung (84) zum Anbringen des Ableiters innerhalb der evakuierbaren Kammer in solcher Weise, daß er gedreht werden kann, um gleichmäßig erwärmt zu werden.

25. Verfahren zum Aufbauen einer elektrischen Installation, das die Verwendung eines Überspannungsableiters nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als wegstehender Trägerisolator in einer Situation verwendet, in der der Überspannungsableiter sowohl als Überspannungsableiter als auch als Trägerisolator wirkt.

26. Verfahren zum Aufbauen einer elektrischen Installation nach Anspruch 25, bei dem eine elektrische Leitung mit Isolation durch ein Trägerteil gehalten werden muß und durch einen Überspannungsableiter gegen vorübergehende Spannungsstöße geschützt werden muß, wobei es zum Verfahren gehört, daß die Leitung durch einen Überspannungsableiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 gehalten wird, der an seinem einen Ende mit dem Trägerteil und an seinem anderen Ende elektrisch mit der Leitung verbunden ist, wobei der Ableiteranschluß am genannten einen Ende geerdet ist.

27. Verfahren zum Aufbauen einer elektrischen Installation nach Anspruch 25, bei der zum Verbinden einer elektrischen Versorgungsfreileitung mit einem Erdkabel an einem elektrischen Einrichtungsmast ein Ende der Leitung durch ein isolierendes Verbindungsteil am Mast abgestützt wird, wobei der Leiter des Erdkabels isolierend in bezug auf den Mast durch einen Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gehalten wird, wobei der Leiter des Erdkabels mit dem Anschluß an einem Ende des Überspannungsableiters verbunden ist und der Anschluß am anderen Ende des Überspannungsableiters mit dem Erdpotential verbunden ist, und die elektrische Versorgungsleitung mit dem Anschluß des Überspannungsableiters an dessen einem Ende verbunden wird, wodurch der Überspannungsableiter die Doppelfunktion eines Überspannungsableiters und eines Trägerisolators wahrnimmt.

28. Elektrische Stromversorgungsinstallation, bei der Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in Situationen verwendet werden, bei denen sie auch als Trägerisolatoren arbeiten.