EP0689727B1 - Überspannungsableiter mit äusserer kurzschlusseinrichtung - Google Patents

Überspannungsableiter mit äusserer kurzschlusseinrichtung Download PDF

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EP0689727B1
EP0689727B1 EP94908274A EP94908274A EP0689727B1 EP 0689727 B1 EP0689727 B1 EP 0689727B1 EP 94908274 A EP94908274 A EP 94908274A EP 94908274 A EP94908274 A EP 94908274A EP 0689727 B1 EP0689727 B1 EP 0689727B1
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EP
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spring clip
connection wire
electrode
middle electrode
tabs
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Gerhard Lange
Thomas Westebbe
Michael Bluhm
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the invention is in the field of electrical components and can be used in the structural design of a gas-filled three-electrode surge arrester which is provided with an external short-circuiting device.
  • a short-circuit device serves to protect the surge arrester from long-term loads;
  • Such a short-circuit device generally contains a structural element which can be melted at higher temperatures and by means of which the central electrode and one or both end electrodes are short-circuited.
  • the outer short-circuit device consists of a two-armed and roof-like arched spring clip extending in the axial direction of the surge arrester, the arms of which enclose an obtuse angle between them and rest with their free ends with the interposition of a fusible insulating layer on the end electrodes.
  • the outermost ends of the two arms are slightly angled so that these ends run parallel to the axis of the surge arrester and consequently rest on the outer peripheral surface of the end electrodes.
  • the spring clip is provided in its center with an opening with which it is attached to the radially projecting connecting wire of the center electrode. In this way, the spring clip can be fixed to the connecting wire with pre-tension (FR-A-2625 377).
  • a two-armed spring clip is attached centrally to the center electrode.
  • the two free ends of the arms of this spring clip are isolated on the circumference of the end electrodes.
  • the surge arrester serves as a surge arrester both for the design of a short-circuit device and for the design of parallel air spark gaps.
  • an approximately 20 to 40 ⁇ m thick insulating layer made of, for example, polyurethane lacquer is applied to the ends of the two arms of the spring clip.
  • the central part of the spring clip is connected to the radially projecting connecting wire of the central electrode (US Pat. No. 4,912,592).
  • a spring clip is also provided as an external short-circuit device.
  • the arms of the spring clip protrude in the axial direction from the end electrodes of the arrester and their ends lie on the end electrodes with the interposition of an insulating film on the end face, that is to say axially.
  • this is provided in the middle with an opening in the form of an H-shaped punching, between the tabs of which the connecting wire of the center electrode is guided.
  • the spring clip is fixed to the connecting wire in the prestressed state by means of the resilient tabs (WO 90/13904).
  • the invention has for its object to choose the structural design of the spring clip so that it ensures reliable contact with the end electrodes.
  • the free ends of the arms of the spring clip axially protrude beyond the end electrodes and each rest on the peripheral edge of the respective end electrode.
  • the arms of the spring clip are set with a sufficiently large pretension punctiform on the end electrodes; this is when the insulating layer melts ensures safe contact.
  • the safety for a point-like seating can be increased in that two tabs abutting the peripheral edge of the respective end electrode are formed at the ends of the arms of the spring clip.
  • This also provides an anti-twist device for the spring clip.
  • Such a configuration of the spring clip is particularly suitable for those arresters in which the connecting wires of all electrodes run radially in the same direction.
  • the curvature of the spring clip is appropriately selected so that the arms enclose an obtuse angle of about 110-150 ° between them in the untensioned state.
  • the spring clip can be fixed to the center electrode or to its connecting wire or connecting pin in a simple manner in a material or, in particular, form-fitting manner.
  • the fixation also occurs with the aid of an on the connecting wire of the central electrode pushed-on crimp socket into consideration.
  • the spring clip is also provided with a bore in the area of the curvature and is fixed in the pretensioned state by means of the crimp bush.
  • the spring clip in the region of its curvature to form two resilient tabs with an H-shaped punching, the distance between the two tabs being smaller than the diameter of the connecting wire of the center electrode, and the spring clip using these tabs on the Clamp the connecting wire in the pretensioned state.
  • a plastic drop can be used to prevent rotation of the spring clip or a drop of soft solder is placed on one or both tabs at the point of contact with the lead wire.
  • the surge arrester according to Figures 1 and 2 consists in a known manner of the two end electrodes 1 and 2, the central electrode 3 and the two ceramic insulating bodies 4 and 5, which keep the electrodes at a distance.
  • the connecting wire 6, which protrudes radially upward, is welded to the center electrode.
  • the connecting wires 7 and 8 are welded to the side of the two end electrodes 4 and 5 and run radially downward.
  • the surge arrester is further provided with an external short-circuit device, which consists of the spring clip 20 and an insulating film 21 arranged between the spring clip and the end electrodes 1 and 2.
  • a metal strip 20 is used to form the spring clip 20, which is provided with a centrally arranged, H-shaped symmetrical opening or punching 21A. By means of this punch-out, tabs 22 and 23 are formed, the spacing A of which is smaller than the diameter D of the connecting wire 6 of the center electrode.
  • the sheet metal strip 20 according to Figure 3 is bent according to Figure 4 to form the spring clip such that a roof-shaped curvature 24 is formed.
  • the two arms 25 and 26 of the spring clip enclose an angle alpha of approximately 120 °.
  • the tabs 22 and 23 are elastically bent out of their rest position.
  • the edges of the tabs dig into the surface of the connecting wire 6, as a result of which the spring clip is fixed in a specific position in which the ends of the arms 25, 26 are under a prestress.
  • the amount of preload depends on how far the spring clip is pressed with its curvature in the direction of the center electrode. - In the desired position, the spring clip can be secured against rotation by a soft solder drop or a plastic drop that is applied at the point of contact of the tabs with the connecting wire.
  • the connecting wire 6 for the center electrode and the connecting wires 9 and 10 for the end electrodes run radially in the same direction. So that in this case the spring belt 27 does not touch the connecting wires 9 and 10, its ends are provided with a cutout, as shown in FIG. 6. As a result, two tabs 28 and 29 are formed, which on the circumferential edge of the respective end electrode 1, 2 point to point. This configuration also represents an anti-rotation device.
  • FIG. 7 shows the fixing of a spring clip 30 to the connecting wire 6 by means of a crimp bushing 31, the spring clip being provided with a bore in the region of its curvature.

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Abstract

Bei einem Drei-Elektroden-Überspannungsableiter, dessen Mittelelektrode (3) mit einem radial abstehenden Anschlußdraht (6) versehen ist, und der mit einer äußeren Kurzschlußeinrichtung versehen ist, besteht diese aus einem zweiarmigen Federbügel (20), dessen Arme die freien Enden der Endelektroden axial überragen und unter Zwischenschaltung einer Isolierfolie (21) auf der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode (1, 2) aufliegen. Der Federbügel (20) weist eine dachförmige Wölbung (24) auf und ist im Bereich dieser Wölbung mit einer Durchbrechung versehen, die dazu dient, den Federbügel am Anschlußdraht (6) der Mittelelektrode (3) zu fixieren.

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines gasgefüllten Drei-Elektroden-Überspannungsableiters anzuwenden, der mit einer äußeren Kurzschlußeinrichtung versehen ist. Eine derartige Kurzschlußeinrichtung dient dem Schutz des Überspannungsableiters bei Langzeitbelastungen; eine solche Kurzschlußeinrichtung enthält in aller Regel ein bei höheren Temperaturen schmelzbares Konstruktionselement, mit dessen Hilfe die Mittelelektrode und eine oder beide Endelektroden kurzgeschlossen werden.
  • Bei einem bekannten Drei-Elektrodenableiter dieser Art besteht die äußere Kurzschlußeinrichtung aus einem sich in Achsrichtung des Überspannungsableiters erstreckenden, zweiarmigen und dachartig gewölbten Federbügel, dessen Arme zwischen sich einen stumpfen Winkel einschließen und mit ihren freien Enden unter Zwischenschaltung einer schmelzbaren Isolierschicht an den Endelektroden anliegen. Die außersten Enden der beiden Arme sind dabei leicht abgewinkelt, so daß diese Enden parallel zur Achse des Überspannungsableiters verlaufen und folglich an der äußeren Umfangsfläche der Endelektroden anliegen. - Bei dieser bekannten Kurzschlußeinrichtung ist der Federbügel in seiner Mitte mit einer Durchbrechung versehen, mit der er auf dem radial abstehenden Anschlußdraht der Mittelektrode aufgesteckt ist. Auf diese Weise kann der Federbügel mit Vorspannung am Anschlußdraht fixiert werden (FR-A-2625 377).
  • Bei einem anderen bekannten Überspannungsableiter ist ein zweiarmiger Federbügel mittig an der Mittelelektrode befestigt. Die beiden freien Enden der Arme dieses Federbügels liegen isoliert am Umfang der Endelektroden auf. Bei diesem Überspannungsableiter dient der Federbügel sowohl zur Gestaltung einer Kurzschlußeinrichtung als auch zur Gestaltung von parallel geschalteten Luftfunkenstrecken. Hierbei ist an den Enden der beiden Arme des Federbügels jeweils eine etwa 20 bis 40 µm dicke Isolierschicht aus beispielsweise Polyurethanlack aufgebracht. Das Mittelteil des Federbügels ist mit dem radial abstehenden Anschlußdraht der Mittelelektrode verbunden (US-PS 4 912 592).
  • Bei einem weiterhin bekannten Überspannungsableiter ist als äußere Kurzschlußeinrichtung ebenfalls ein Federbügel vorgesehen. Die Arme des Federbügels überagen dabei in Achsrichtung die Endelektroden des Ableiters und liegen mit ihren Enden an den Endelektroden unter Zwischenschaltung einer Isolierfolie stirnseitig , also axial an. Zur Fixierung des flügelartig ausgebildeten Federbügels ist dieser in der Mitte mit einer Durchbrechung in Form einer H-förmigen Ausstanzung versehen, zwischen deren Lappen der Anschlußdraht der Mittelelektrode geführt ist. Mittels der federnden Lappen wird der Federbügel im vorgespannten Zustand am Anschlußdraht fixiert (WO 90/13904).
  • Ausgehend von einem gasgefüllten Überspannungsableiter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die konstruktive Ausgestaltung des Federbügels so zu wählen, daß er eine sichere Kontaktgabe zu den Endelektroden gewährleistet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die freien Enden der Arme des Federbügels die Endelektroden axial überragen und jeweils an der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode anliegen.
  • Bei einer derart ausgebildeten außeren Kurzschlußeinrichtung setzen die Arme des Federbügels mit genügend großer Vorspannung punktförmig auf den Endelektroden auf; dadurch ist beim Schmelzen der Isolierschicht eine sichere Kontaktgabe gewährleistet.
  • Die Sicherheit für ein punktförmiges Aufsitzen kann dadurch erhöht werden, daß an den Enden der Arme des Federbügels jeweils zwei an der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode anliegende Laschen gebildet werden. Dadurch ist zugleich eine Verdrehsicherung für den Federbügel gegeben. Eine solche Ausgestaltung des Federbügels ist besonders für solche Ableiter geeignet, bei denen die Anschlußdrähte aller Elektroden radial in der gleichen Richtung verlaufen. - Die Wölbung des Federbügels ist zweckmäßig so gewählt, daß die Arme im nichtgespannten Zustand zwischen sich einen stumpfen Winkel von etwa 110 - 150 ° einschließen. - Die Fixierung des Federbügels an der Mittelelektrode bzw. an deren Anschlußdraht oder Anschlußstift kann dabei auf einfache Weise stoff- oder insbesondere formschlüssig erfolgen. Neben einer Lötverbindung, bei der der Federbügel im Bereich der Wölbung mit einer in ihrem Durchmesser dem Durchmesser des Anschlußdrahtes entsprechenden Bohrung versehen und mittels einer Weichlötung am Anschlußdraht der Mittelelektrode im vorgespannten Zustand fixiert ist, kommt auch die Fixierung mit Hilfe einer auf den Anschlußdraht der Mittelelektrode aufgeschobenen Quetschbuchse in Betracht. Hierbei ist der Federbügel im Bereich der Wölbung ebenfalls mit einer Bohrung versehen und wird im vorgespannten Zustand mittels der Quetschbuchse fixiert. Montagetechnisch besonders günstig ist es, den Federbügel im Bereich seiner Wölbung zur Bildung zweier federnder Lappen mit einer H-förmigen Ausstanzung zu versehen, wobei der Abstand der beiden Lappen kleiner als der Durchmesser des Anschlußdrahtes der Mittelelektrode ist, und den Federbügel mittels dieser Lappen auf dem Anschlußdraht im vorgespannten Zustand festzuklemmen. Als Verdrehsicherung für den Federbügel kann hierbei ein Kunststofftropfen oder ein Weichlottropfen auf eine oder beide Lappen an der Berührungsstelle mit dem Anschlußdraht abgesetzt werden.
  • Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 7 dargestellt. Dabei zeigen die
    • Figuren 1 und 2
    in zwei Ansichten einen Drei-Elektroden-Überspannungsableiter mit aufgesetzter Kurzschlußeinrichtung, wobei der Anschlußdraht der Mittelelektrode radial entgegengesetzt zu den Anschlußdrähten der Endelektroden angeordnet ist, die
    Figuren 3 und 4
    in zwei Ansichten einen Federbügel mit H-förmiger Ausstanzung,
    Figuren 5 und 6
    einen Drei-Elektrodenableiter mit Kurzschlußeinrichtung, bei dem die Anschlußdrähte der Elektroden radial in der gleichen Richtung abstehen, und
    Figur 7
    eine alternative Befestigung des Federbügels am Anschlußdraht.
  • Der Überspannungsableiter gemäß den Figuren 1 und 2 besteht in bekannter Weise aus den beiden Endelektroden 1 und 2, der Mittelelektrode 3 und den beiden keramischen Isolierkörpern 4 und 5, die die Elektroden auf Abstand halten. An die Mittelelektrode ist der Anschlußdraht 6 angeschweißt, der radial nach oben absteht. An die beiden Endelektroden 4 und 5 sind seitlich die Anchlußdrähte 7 und 8 angeschweißt, die radial nach unten verlaufen.
  • Der Überspannungsableiter ist weiterhin mit einer äußeren Kurzschlußeinrichtung versehen, die aus dem Federbügel 20 und einer zwischen dem Federbügel und den Endelektroden 1 und 2 angeordneten Isolierfolie 21 besteht.
  • Zur Bildung des Federbügels 20 dient gemäß Figur 3 ein Blechstreifen 20, der mit einer mittig angeordneten, H-förmig symmetrisch ausgebildeten Durchbrechung oder Ausstanzung 21A versehen ist. Durch diese Ausstanzung werden Lappen 22 und 23 gebildet, deren Abstand A kleiner als der Durchmesser D des Anschlußdrahtes 6 der Mittelelektrode ist. - Der Blechstreifen 20 gemäß Figur 3 ist gemäß Figur 4 zur Bildung des Federbügels derart gebogen, daß eine dachförmige Wölbung 24 entsteht. Die beiden Arme 25 und 26 des Federbügels schließen dabei einen Winkel alpha von etwa 120 ° ein.
  • Beim Aufsetzen des Federbügels 20 auf den Anschlußdraht 6 werden die Lappen 22 und 23 aus ihrer Ruhelage elastisch ausgebogen. Dabei graben sich die Kanten der Lappen in die Oberfläche des Anschlußdrahtes 6 ein, wodurch der Federbügel in einer bestimmten Position, in welcher die Enden der Arme 25,26 unter einer Vorspannung stehen, fixiert wird. Das Maß der Vorspannung hängt dabei davon ab, wie weit der Federbügel mit seiner Wölbung in Richtung auf die Mittelelektrode gedrückt wird. - In der gewünschten Position kann der Federbügel durch einen Weichlottropfen oder einen Kunststofftropfen, der an der Berührungsstelle der Lappen mit dem Anschlußdraht aufgebracht wird, gegen Verdrehung gesichert werden.
  • Bei dem Überspannungsableiter gemäß Figur 5 verlaufen der Anschlußdraht 6 für die Mittelelektrode und die Anschlußdrähte 9 und 10 für die Endelektroden radial in der gleichen Richtung. Damit in diesem Fall der Federgübel 27 nicht die Anschlußdrähte 9 und 10 berührt, sind - gemäß Figur 6 - dessen Enden mit einer Aussparung versehen. Dadurch werden jeweils zwei Lappen 28 und 29 gebildet, die an der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode 1,2 punktförmig anliegen. Diese Ausgestaltung stellt zugleich eine Verdrehsicherung dar.
  • Figur 7 zeigt die Fixierung eines Federbügels 30 am Anschlußdraht 6 mittels einer Quetschbuchse 31, wobei der Federbügel im Bereich seiner Wölbung mit einer Bohrung versehen ist.

Claims (6)

  1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit zwei sich axial gegenüberstehenden zylindrischen Endelektroden (1, 2), einer ringförmigen Mittelelektrode (3) und zwei zwischen den Elektroden angeordneten hohlzylindrischen Isolierkörpern (4, 5) sowie mit einer an der Mittelelektrode befestigten äußeren Kurzschlußeinrichtung in Form eines sich in Achsrichtung erstreckenden zweiarmigen und dachartig gewölbten Federbügels (20, 27, 30), dessen Arme (25, 26) zwischen sich einen stumpfen Winkel einschließen und mit ihren freien Enden unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht (21) an den Endelektroden anliegen, wobei die Mittelelektrode mit einem radial abstehenden Anschlußdraht (6) versehen ist und A der Federbügel (20) in seiner Mitte eine Durchbrechung (21A) aufweist, durch die der Anschlußdraht (6) der Mittelektrode (3) geführt ist, so daß der Federbügel (20) im vorgespannten Zustand am Anschlußdraht (6) fixiert ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die freien Enden der Arme (25,26) des Federbügels (20) die Endelektroden (1, 2) axial überragen und jeweils an der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode (1, 2) anliegen.
  2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an den Enden des Federbügels (27) jeweils zwei an der umlaufenden Kante der jeweiligen Endelektrode anliegende Laschen (28,29) gebildet sind (vgl. Fig. 6).
  3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Federbügel (30) im Bereich der Wölbung mit einer Bohrung versehen und mittels einer auf den Anschlußdraht (6) der Mittelelektrode aufgeschobenen Quetschbuchse (31) im vorgespannten Zustand fixiert ist (vgl. Fig. 7).
  4. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Federbügel im Bereich der Wölbung mit einer in ihrem Durchmesser dem Durchmesser des Anschlußdrahtes (6) entsprechenden Bohrung versehen und mittels einer Weichlötung am Anschlußdreht der Mittelelektrode im vorgespannten Zustand fixiert ist.
  5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,.
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Federbügel (20) im Bereich seiner Wölbung (24) zur Bildung zweier federnder Lappen (22,23) mit einer H-förmigen Ausstanzung (21A) versehen ist, wobei der Abstand (A) der beiden Lappen kleiner als der Durchmesser (D) des Anschlußdrahtes (6) der Mittelelektrode (3) ist,
    und daß der Federbügel (20) mittels dieser Lappen (22,23) auf dem Anschlußdraht (6) im vorgespannten Zustand festgeklemmt ist und die Lappen (22,23) am Anschlußdraht (6) stoffschlüssig fixiert sind.
  6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die zwischen dem Federbügel (20) und den Endelektroden (1, 2) zwischengeschaltete Isolierschicht eine Isolierfolie (21) ist.
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