DE4306691A1

DE4306691A1 - Ueberspannungsableiter

Info

Publication number: DE4306691A1
Application number: DE4306691A
Authority: DE
Inventors: Peter Leupp; Bertil Moritz; Walter Schmidt
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-11-03
Also published as: US5517382A; JPH06325852A; AU672860B2; ZA941311B; PL302386A1; HRP940146B1; CZ284669B6; EP0614198B1; HUT70232A; CA2116836A1; HU218050B; HU9400549D0; EP0614198A2; PL172988B1; ATE147883T1; RU2126576C1; HRP940146A2; AU5642394A; JP3556261B2; EP0614198A3

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Überspannungs ableiter nach dem einleitenden Teil von Patentanspruch 1.

Stand der Technik

Die Erfindung nimmt dabei auf einen Stand der Technik Bezug, wie er sich beispielsweise aus EP 0334 480 B1 ergibt. Ein in diesem Stand der Technik beschriebener Überspannungsableiter enthält mehrere übereinandergestapelte nichtlineare Widerstandselemente mit Varistorverhalten, welche zwischen zwei Stromanschlußarmaturen angeordnet sind. Eine um die Widerstandselemente und einen Teil der Anschlußarmaturen geführte Wicklung aus nichtleitendem Material verspannt die Anschlußarmaturen und die Widerstandselemente unter Bildung einer axial wirkenden Kraft. Diese Kraft ist zur Bildung eines Strompfades erforderlich, der beim Auftreten von Überspannung kurzzeitig hohe Ströme führen muß. Ein Gußgehäuse aus einem witterungsbeständigen Kunststoff umgibt die Widerstands elemente, die Wicklung und den überwiegenden Teil der Anschlußarmaturen.

Die Herstellung eines solchen Überspannungsableiters ist aufwendig, da die Widerstandselemente in einem Kunststoffrohr untergebracht sind, und da das Aufbringen der Wicklung zudem relativ kompliziert ist.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter zu schaffen, welcher trotz einfachen Aufbaus gute mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist und welcher in besonders kostengünstiger Weise hergestellt werden kann.

Der Überspannungsableiter nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber vergleichbaren Überspannungsableitern nach dem Stand der Technik dadurch aus, daß er trotz hervorragender mechanischer und elektrischer Eigenschaften einfach aufgebaut ist und daher in besonders wirtschaftlicher Weise hergestellt werden kann. Zu seiner Montage wird lediglich eine vorgefer tigte und vorübergehend eine axiale Führung gewährleistende Schablone benötigt, in der die Anschlußarmaturen und das mindestens eine Varistorelement zunächst gestapelt und danach durch Anbringen der Schlaufen und Bilden einer Vorspannung zum mechanisch stabilen Aktivteil des Überspannungsableiters verbunden werden. Da hierbei die Schlaufen mit Abstand von dem mindestens einen Varistorelement angebracht sind, kann das Aktivteil bei der anschließenden Herstellung des Gußgehäuses mit großer Sicherheit spalt- und lunkerfrei umgossen werden. Daher weist der erfindungsgemäße Überspannungsableiter nicht nur gute mechanische, sondern auch gute elektrische Eigenschaften auf.

Die Schlaufen können bereits vorgefertigt sein und brauchen bei der Montage dann nur noch auf die Auflageflächen der Anschlußarmaturen geschoben zu werden. Besonders stabile und dennoch klein bemessene Schlaufen enthalten ein schlaufen förmig gewickeltes Band, welches mit Vorteil in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist. Die mechanische Stabilität des Aktivteils kann dann durch nachträgliches Verspannen der bei der Montage in der Schablone gestapelten Elemente, etwa mittels einer in einer der beiden Anschlußarmaturen vorgesehenen Klemmvorrichtung, erreicht werden oder aber durch Federelemente, die in dem in der Schablone angeordneten Stapel eingebaut und beim Anbringen der Schlaufen unter Bildung der erwünschten Kontaktkraft und damit auch der notwendigen mechanischen Stabilität vorgespannt werden.

Eine zusätzliche Klemmvorrichtung bzw. zusätzliche Feder elemente können eingespart werden, wenn die Schlaufen jeweils durch ein elastisch deformierbares Band, etwa aus Glasfasern, gebildet werden. Das Band wird dann unter Bildung der Kontaktkraft und damit auch der mechanischen Stabilität des Aktivteils mit einer durch die Kontaktkraft vorgegebenen Vorspannung um die Anschlußarmaturen gewickelt und hierbei auf je einer der Auflageflächen jeder beiden Anschluß armaturen gelagert.

Zweckmäßigerweise sollte das gewickelte Band in eine Kunststoffmatrix eingebettet sein, welche nach dem Auflegen der Schlaufen auf die Auflageflächen durch Aushärten von härtbarem Kunststoff gebildet ist. Das Band ist mit Vorteil mit einem vorgelierten Kunststoff, etwa auf der Basis von Epoxid, imprägniert (Prepreg), welcher nach dem unter Vorspannung ausgeführten Wickeln ausgehärtet wird. Da ein derartiges Band gute Hafteigenschaften aufweist, entfallen bei seiner Verwendung Befestigungsvorrichtungen für das Bandende.

Die Auflageflächen auf den Anschlußarmaturen sollten vorzugsweise einen Abschnitt mit halbkreisförmigem Oberflächenprofil von möglichst großem Kreisdurchmesser aufweisen, da dann die vom Band ausgeübte Spannkraft besonders gleichmäßig von den Anschlußarmaturen aufgenommen und als homogen wirkende Kontaktkraft auf das mindestens eine Varistorelement übertragen wird. Die Auflageflächen können auf Ansätzen bzw. in Ausnehmungen der Anschlußarmaturen angeordnet sein, welche als Schulter bzw. als Nut ausgebildet sind. Die Ausbildung als Nut ist hierbei besonders vorteilhaft, da eine Nut problemlos in eine üblicherweise verwendete, zylinderförmige Anschlußarmatur eingeformt werden kann und gleichzeitig eine besonders sichere Lagerung der zugeordneten Schlaufe gewährleistet.

Für eine gute mechanische Stabilität des Aktivteils reichen im allgemeinen an jeder Anschlußarmatur zwei diametral zueinander angeordnete Auflageflächen aus, auf denen jeweils eine von zwei Schlaufen gelagert ist. Zusätzliche Stabilität wird durch Verwendung von drei um ca. 120° azimutal um die Achse versetzt angeordnete Auflageflächen erzielt, auf denen jeweils eine von drei Schlaufen gelagert ist. Die Stabilität wird durch vier oder mehr mehr Auflageflächen pro Anschlußarmaturen gegebenenfalls noch geringfügig verbessert, jedoch bedingt dies einen zusätzlichen fertigungstechnischen Aufwand.

Im Strompfad zwischen den Anschlußarmaturen ist zweckmäßigerweise mindestens ein bei der Bildung der Kontaktkraft verformbares Stromübergangselement vorgesehen. Hierdurch ist eine besonders sichere Kontaktierung und damit eine gute Stromtragfähigkeit des Stromüberganges zwischen zwei Varistorelementen oder der Anschlußarmatur und einem Varistorelement oder einer möglicherweise im Strompfad vorgesehenen Druckplatte gewährleistet. Als sehr günstig hat es sich herausgestellt, daß das Stromübergangselement als Scheibe ausgebildet ist und konzentrisch um die Achse geführte und in Stirnflächen der Scheibe eingeformte Rillen aufweist. Ein derart ausgebildetes Stromübergangselement dichtet nämlich die Stromübergangszonen im Aktivteil gegen das Eindringen von flüssigem Isolierstoff beim Gießen des Gehäuses des Überspannungsableiters ab.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen sind die Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 in Seitenansicht eine erste Ausführungsform des Überspannungsableiter nach der Erfindung, bei der das dem Betrachter zugewandte Teil des Gußgehäuses entfernt ist,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch die Ausführungsform des Überspannungsableiter gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Anschlußarmatur der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Anschlußarmatur einer zweiten Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Anschlußarmatur einer dritten Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung, und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Anschlußarmatur einer vierten Ausführungsform des Überspannungsableiters nach der Erfindung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte, im wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildete Überspannungsableiter weist zwei vorzugsweise aus Aluminium bestehende und voneinander längs der Zylinderachse beabstandete Anschlußarmaturen 1, 2 auf. Die Anschlußarmatur 1 ist mit einer nicht dargestellten Befestigungsvorrichtung für einen elektrischen Leiter versehen. In der erdbaren Anschlußarmatur 2 ist eine axial ausgerichtete Gewindebohrung 3 vorgesehen, in der eine Druckschraube 4 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. 5 bezeichnet zwei Schlaufen aus gewickeltem, glasfaserverstärktem und in eine Kunststoffmatrix eingebetteten Band. Die Schlaufen sind mit ihren Enden in Nuten 6 geführt, welche in die Anschlußarmaturen 1 und 2 eingeformt sind. Die Nuten 6 bilden im Nutengrund jeweils Auflageflächen mit einem Abschnitt von halbkreisförmigem Oberflächenprofil, an den sich jeweils zwei axial erstreckte Abschnitte anschließen (Fig. 2).

Zwischen den Anschlußarmaturen 1, 2 sind zylinderförmige Varistorelemente 7 aus nichtlinearem Widerstandsmaterial, etwa auf der Basis von Metalloxid, wie insbesondere von ZnO, angeordnet. In einer Aussparung der Anschlußarmaturen 1 ist eine scheibenförmige Druckplatte 8 aus Aluminium eingelegt. Zwischen dieser Platte und dem benachbarten Varistorelement 7, zwischen benachbarten Varistorelementen 7 und zwischen einer weiteren Druckplatte 9 aus Aluminium und einem weiteren Varistorelement 7 sind Stromübergangselemente angeordnet, welche jeweils als Scheibe 10 mit konzentrisch um die Achse geführten und in den beiden Stirnflächen der Scheibe eingeformten Rillen ausgebildet sind. Die Scheiben 10 sind mit Vorteil aus weichgeglühtem Aluminium gebildet.

Die Anschlußarmaturen 1, 2 sind teilweise, die Varistor elemente 7, die Druckplatten 8, 9 und die Schlaufen 5 sind vollständig von einem mit Schirmen 11 versehenen Gußgehäuse 12 aus Isoliermaterial umschlossen.

Zur Herstellung dieses Überspannungsableiters werden der Reihe nach die Anschlußarmatur 2, die Druckplatte 9, wechselweise die Scheiben 10 und die Varistorelemente 7, die Druckplatte 8 und die Anschlußarmatur 1 in einer Schablone übereinander gestapelt. Die Nuten 6 der beiden Anschlußarmaturen 1, 2 werden hierbei so ausgerichtet, daß sie miteinander fluchten (Fig. 1). Sodann werden zwei vorgefertigte Schlaufen 6, welche vorzugsweise jeweils aus einem gewickelten, bandförmigen Prepreg bestehen, welches nach dem Wickeln ausgehärtet wurde, in die miteinander fluchtenden Nuten 6 eingehängt und durch Verdrehen der Druckschraube 4 Kraft auf die Druckplatte 9 und damit über die sich spannenden Schlaufen 5 auch auf alle übrigen Teile des Ableiteraktivteils ausgeübt.

Anstelle von zwei vorgefertigten Schlaufen können auch zwei Schlaufen verwendet werden, die während der Herstellung des Überspannungsableiters gebildet werden. Zur Bildung dieser Schlaufen werden zwei jeweils mit einer Vorspannkraft beaufschlagte Bänder um die beiden Anschlußarmaturen 1, 2 gewickelt und auf den Auflageflächen der beiden fluchtenden Nuten 6 abgelegt. Hierbei werden die beiden Anschlußarmaturen 1, 2 unter Bildung von Kontaktkraft fest miteinander verspannt und dadurch ein mechanisch stabiler Aktivteil des herzustellenden Überspannungsableiters gebildet. Für eine gute mechanische Festigkeit des Ableiteraktivteils reicht diese Verspannung im allgemeinen bereits vollständig aus. Bei der Verwendung von Bändern mit ausreichender Elastizität, wie sie etwa bereits aus Glasfasern gefertigte Bänder aufweisen, kann das Ableiteraktivteil daher lediglich aus den beiden Anschlußarmaturen 1, 2, dem mindestens einem Varistorelement 7 und den Schlaufen 5 bestehen.

Vorzugsweise sind diese Bänder Prepregs, insbesondere auf der Basis von Glasfasern und Epoxid. Prepregs weisen eine gute Haftwirkung auf. Aus den vorgespannten Prepregs gewickelte Schlaufen sind daher nach dem Wickeln auch ohne zusätzliche Befestigungsvorrichtung stabil und können nun bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet werden. Hierbei bilden sich nun die Schlaufen 5, welche die Kontaktkraft und damit auch die mechanische Stabilität des Aktivteils bewirken und die aus dem gewickelten Band und einer das Band einbettenden, gehärteten Kunststoffmatrix bestehen.

Bei der Verwendung der Scheiben 10 wird durch die Verspannung der beiden Anschlußarmaturen 1, 2 neben einer guten Kontaktierung der einzelnen im Strompfad zwischen den beiden Anschlußarmaturen befindlichen Teile zugleich auch ein Anschmiegen der Rillen der Scheiben 10 an die Stirnflächen der Varistorelemente 7 und der Anschlußarmaturen 1, 2 sowie der gegebenenfalls vorgesehenen Druckplatten 8, 9 erreicht. Beim nachfolgenden Umgießen des Ableiteraktivteils mit Isoliermaterial, vorzugsweise auf der Basis von Silikon, wird das Eindringen von flüssigem Isolierstoff zwischen die einzelnen im Strompfad befindlichen Teile so weitgehend vermieden.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, können die Anschlußarmaturen anstelle von zwei Nuten auch zwei als Schultern 13 ausgebildete Ansätze aufweisen. Solche Ansätze können leicht in die Anschlußarmaturen 1, 2 eingeformt werden und erleichtern das Aufbringen der Schlaufen 5.

Aus den Fig. 5 und 6 ist ersichtlich, daß die Anschlußarmaturen gegebenenfalls auch drei jeweils um 120° versetzt angeordnete Nuten 6 oder Schultern 13 aufweisen können. Durch den Einbau solcher Anschlußarmaturen 1, 2 kann die mechanische Stabilität der Ableiteraktivteile bei vorgegebener Kontaktkraft zusätzlich erhöht werden.

Bezugszeichenliste

1, 2 Anschlußarmaturen
3 Gewindebohrung
4 Druckschraube
5 Schlaufen
6 Nuten
7 Varistorelemente
8, 9 Druckplatten
10 Scheiben
11 Schirme
12 Gußgehäuse
13 Schultern

Claims

1. Überspannungsableiter mit zwei längs einer Achse voneinander beabstandeten Anschlußarmaturen (1, 2), mindestens einem zwischen den beiden Anschlußarmaturen (1, 2) angeordneten, zylinderförmigen Varistorelement (7), einer die Anschlußarmaturen (1, 2) und das mindestens eine Varistorelement (3) unter Bildung von Kontaktkraft verspannenden Vorrichtung aus Isolierstoff und einem die Anschlußarmaturen (1, 2), das mindestens eine Varistorelement (7) und die Spannvorrichtung zumindest teilweise umhüllenden Gußgehäuse aus Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung mindestens zwei jeweils unabhängig voneinander auf die Anschlußarmaturen (1, 2) wirkende und jeweils als Schlaufe (5) ausgebildete Spannelemente aufweist, daß die Schlaufen (5) mit Abstand zu dem mindestens einem Varistorelement (7) angeordnet sind, und daß die Anschlußarmaturen (1, 2) jeweils der Anzahl der Schlaufen (5) entsprechende und azimutal gleichmäßig um die Achse verteilte Auflageflächen enthalten, auf denen jeweils ein Schlaufenende gelagert ist.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen jeweils einen Abschnitt mit halbkreisförmigem Oberflächenprofil aufweisen.

3. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen auf als Schulter (13) ausgebildeten Ansätzen mindestens einer der beiden Anschlußarmaturen (1, 2) angeordnet sind.

4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen in als Nut (6) ausgebildeten Ausnehmungen mindestens einer der beiden Anschlußarmaturen (1, 2) angeordnet sind.

5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der beiden Anschlußarmaturen (1, 2) zwei diametral zueinander angeordnete Auflageflächen vorgesehen sind.

6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der beiden Anschlußarmaturen (1, 2) drei um ca. 120° azimutal um die Achse versetzt angeordnete Auflageflächen vorgesehen sind.

7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Schlaufen (5) ein gewickeltes Band enthält.

8. Überspannungsableiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gewickelte Band in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist.

9. Überspannungsableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmatrix vor dem Auflegen der Schlaufe (5) auf die Auflageflächen durch Aushärten von härtbarem Kunststoff gebildet ist.

10. Überspannungsableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffmatrix nach dem Auflegen der Schlaufen (5) auf die Auflageflächen durch Aushärten von härtbarem Kunststoff gebildet ist.

11. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Strompfad zwischen den beiden Anschlußarmaturen (1, 2) mindestens ein bei der Bildung der Kontaktkraft verformbares Stromübergangs element vorgesehen ist.

12. Überspannungsableiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromübergangselement als Scheibe (10) ausgebildet ist und konzentrisch um die Achse geführte und in Stirnflächen der Scheibe eingeformte Rillen aufweist.