EP0954893B1 - Selbstkomprimierender überspannungsableitermodul und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Selbstkomprimierender überspannungsableitermodul und verfahren zu seiner herstellung Download PDF

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    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Definitions

  • an object of this invention is to coordinate shrinkage during reaction (cure) and thermal expansion properties so as to maintain axial compression on the coated parts as well as to maintain a good dielectric interface to the component periphery.
  • the art of coordinating thermal expansion mismatch is well understood by those skilled in the art.
  • the novel aspect of the present invention is to use these coating parameters to control contact pressure in the stacked array of coated electrical components.
  • the rigid epoxy skin together with end plug 320 and stopper 324, completely enclose and seal the components of the surge arrestor, making it suitable for use in a variety of environments, including under oil.

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Claims (30)

  1. Unterbaugruppe für einen Überspannungsableiter (60), umfassend:
    eine Mehrheit elektrischer Komponenten (12, 14, 18), die in einem axialen Array (20) gestapelt sind, wobei besagtes Array eine Außenfläche aufweist; und
    eine isolierende Beschichtung (16), die über besagter Außenfläche des besagten axialen Arrays (20) angeordnet ist, wobei besagte Beschichtung mit besagter Außenfläche des besagten Arrays verbunden ist und eine axial gerichtete Kraft auf besagtes Array aufbringt, um besagte Komponenten in besagtem Array (20) in elektrischem Eingriff miteinander zu halten;
    besagte Beschichtung (16), die einen Koeffizienten thermischer Ausdehnung aufweist, der größer als der Koeffizient der thermischen Ausdehnung besagter elektrischen Komponenten (12, 14, 18) ist.
  2. Unterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei besagte Beschichtung eine Matrix (21) und Verstärkungsmaterial (24, 28) umfasst, wobei besagte Matrix und besagtes Verstärkungsmaterial im Wesentliches stabil sind, wenn sie Hochspannung und Hochtemperatur unterworfen werden.
  3. Unterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei besagte Matrix (21) zumindest ein durch Wärme härtbares Harz (22) umfasst.
  4. Unterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei besagte Matrix (21) zumindest zwei durch Wärme härtbare Harze (22, 25) umfasst, wobei besagte Harze gegenseitig kompatibel sind.
  5. Unterbaugruppe nach Anspruch 3, wobei besagtes durch Wärme härtbares Harz (22) aus der Gruppe selektiert ist, die aus Polyester-, Phenol- und Epoxidharzen besteht und eine Aushärtungstemperatur hat, die größer als die maximal erwartete Ausfalltemperatur der besagten Unterbaugruppe bei Verwendung in einem Überspannungsableiter ist.
  6. Unterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei besagtes Verstärkungsmaterial (24, 28) aus der Gruppe gewählt ist, die aus Glas und Keramikmaterial besteht, wobei besagtes Verstärkungsmaterial fähig ist, den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung der besagten Beschichtung (16) zu modifizieren.
  7. Unterbaugruppe nach Anspruch 6, wobei das ganze oder ein Teil des besagten Verstärkungsmaterials (24, 28) Fiberglas in Form kontinuierlicher fein geteilter Litzen ist, die sich entlang der ganzen Länge des besagten Arrays (20) erstrecken.
  8. Unterbaugruppe nach Anspruch 7, wobei zumindest eine Schicht der Matrix (21) zwischen besagten Fasern und besagtem Array (20) angeordnet ist, wobei besagte Matrix Bindung besagter Fasern an besagtes Array bereitstellt.
  9. Unterbaugruppe nach Anspruch 8, wobei besagte Fasern harzgesättigt sind und zumindest in zwei parallelen Gruppen angeordnet sind, wobei jede Gruppe in Form einer kontinuierlichen Bandlitze ist.
  10. Unterbaugruppe nach Anspruch 8, wobei alle oder ein Teil der besagten Fasern kontinuierliche Litzen sind, die spiralförmig um besagtes Array (20) angeordnet sind und sich über die Länge des besagten Arrays erstrecken.
  11. Unterbaugruppe nach Anspruch 6, wobei besagte Fasern gleichmäßig mit besagter Matrix (21) vermischt sind.
  12. Unterbaugruppe nach Anspruch 6, wobei besagte Beschichtung (16) Abschnitte ohne Fasern umfasst, wobei besagte Bereiche in Intervallen entlang der Länge des besagten Arrays (20) angeordnet sind.
  13. Unterbaugruppe nach Anspruch 6, wobei ein Teil besagter Fasern als eine oder mehr lineare Gruppen angeordnet sind, die sich über die Länge besagten Arrays (20) erstrecken und ein anderer Teil besagter Fasern als eine oder mehr Gruppen angeordnet sind, die sich spiralförmig über die Länge besagten Arrays erstrecken, wobei besagte spiralförmigen Gruppen an jedem Ende besagten Arrays mit zumindest vier überlagerten Windungen enden, wobei jede besagte spiralförmige Gruppe über besagten linearen Gruppen angeordnet ist, eine Schicht einer geeigneten Matrix zwischen besagten linearen und spiralförmigen Gruppen angeordnet ist.
  14. Unterbaugruppe nach Anspruch 13, wobei besagte linearen Fasergruppen und besagte spiralförmigen Fasergruppen so angeordnet sind, dass faserlose Abschnitte in Intervallen entlang der Länge besagten Arrays (20) definiert sind.
  15. Unterbaugruppe nach Anspruch 9, wobei besagtes Band (24) ein Harz der B-Stufe umfasst.
  16. Unterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei besagte Matrix (21) ein keramisches Material ist.
  17. Unterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei besagte Matrix (21) Glas ist.
  18. Unterbaugruppe nach Anspruch 2, wobei besagte Matrix (21) ein Silikongummi ist.
  19. Unterbaugruppe nach Anspruch 6, die weiter Entlüftungsmittel (29) umfasst.
  20. Unterbaugruppe nach Anspruch 19, wobei besagtes Entlüftungsmittel (29) Bereiche reduzierter Festigkeit in besagter Beschichtung (16) umfasst.
  21. Unterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei besagte elektrischen Komponenten zumindest ein Paar Metalloxid-Varistoren bzw. MOVs (12) und einen leitfähigen Wafer einschließen, der zwischen jedem benachbarten Paar MOVs angeordnet ist, wobei besagter Wafer zinnengekrönte obere und untere Oberflächen aufweist.
  22. Unterbaugruppe nach Anspruch 21, wobei besagte elektrischen Komponenten weiter zumindest eine Funkenstreckenbaugruppe einschließen.
  23. Unterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei:
    die Mehrheit elektrischer Komponenten zumindest ein Paar MOVs (12) einschließt;
    und
    die isolierende Beschichtung (16) umfasst:
    eine erste Matrixschicht (22), die ein durch Wärme härtbares Harz umfasst, das aus den Gruppen selektiert wurde, die aus Polyesterharzen, Phenolharzen und Epoxidharzen und kompatiblen Kombinationen davon bestehen, wobei besagtes durch Wärme härtbares Harz an besagte Außenfläche gebunden wird;
    eine zweite Matrixschicht (25) ein durch Wärme härtbares Harz umfasst, das aus der gleichen Gruppe wie besagte erste Matrixschicht selektiert wurde, wobei besagte zweite Matrixschicht an besagte erste Matrixschicht gebunden wird;
    eine erste Faserschicht (24), die mit Abstand angeordnete Bandstreifen umfasst, die sich über die Länge des besagten Arrays erstrecken, wobei jeder Streifen eine Vielheit mit einem Polyesterharz der B-Stufe gesättigter Fasern umfasst, die in einem parallelen Array angeordnet sind, wobei besagte Streifen in besagter zweiten Matrixschicht (25) eingebettet sind;
    eine dritte Matrixschicht (26), die ein durch Wärme härtbares Harz umfasst, das aus der gleichen Gruppe wie besagte ersten Matrixschichten selektiert ist;
    eine zweite Faserschicht (28), die eine Mehrheit von mit Polyesterharz der B-Stufe gesättigten Fasern umfasst und in einem parallelen Array in einem zweiten Bandstreifen angeordnet ist, wobei besagter zweite Streifen schmaler als besagter erste Streifen ist und spiralförmig um besagte Außenfläche angeordnet ist und sich über die Länge des besagten Arrays (20) erstreckt und an jedem Ende des besagten Arrays beendet ist, wobei besagte zweite Faserschicht und besagte dritte Matrixschicht (26) zumindest teilweise in besagter zweiten Matrixschicht eingebettet sind; und
    eine vierte Matrixschicht (27) aus im Wesentlichen der gleichen durch Wärme härtbaren Harzzusammensetzung wie besagte zweite Matrixschicht;
    die isolierende Beschichtung (16), die axial und radial gerichtete Kräfte auf besagtes Array (20) bei normalen Betriebstemperaturen dermaßen aufbringt, dass besagte Komponenten in elektrischem Eingriff und in axialer Ausrichtung miteinander gehalten werden.
  24. Unterbaugruppe nach Anspruch 23, wobei besagtes Array (20) weiter zumindest eine Funkenstreckenbaugruppe (315) einschließt.
  25. Unterbaugruppe nach Anspruch 24, wobei besagtes Array (20) weiter ein entlüftetes Anschlussteil (320) an einem Ende einschließt.
  26. Unterbaugruppe nach Anspruch 25, wobei besagtes entlüftete Anschlussteil ein Bohrloch (322) durch dieses hindurch einschließt and besagtes Array weiter einen Stopfen zum Verschließen des besagten Bohrlochs (324) einschließt.
  27. Elektrische Baugruppe, die die Unterbaugruppe des Anspruchs 23 und ein wasserdichtes Gehäuse umfasst, das mit besagter Beschichtung (16) gebildet und damit integral ist, wobei besagtes Gehäuse einen Kern, der um besagte Unterbaugruppe angeordnet ist und eine Mehrheit radialer Rippen umfasst, die axial mit Abstand entlang besagten Kerns angeordnet sind.
  28. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Unterbaugruppe für einen Überspannungsableiter (60), das folgende Schritte umfasst:
    Vorwärmung einer Mehrheit elektrischer Komponenten (12, 14, 18) auf eine Temperatur zwischen 300-500 Grad F (150 - 260 °C);
    Anordnung besagter vorgewärmter Komponenten (12, 14, 18) einschließlich zumindest eines Paars MOVs (12) und eines leitfähigen Wafers, der zwischen jedem Paar MOVs angeordnet ist, in einem axialen Array (20) durch Platzieren besagter Komponenten in eine Halterung, um einen Stapel zu bilden, der eine Außenfläche und einen Klemmenblock (14) an jedem Ende aufweist;
    Aufbringen axialer Kraft auf die Enden besagten Stapels, die ausreicht, guten elektrischen Kontakt zwischen besagten Komponenten (12, 14, 18) bereitzustellen;
    während Beibehaltung besagter axialen Kraft und Beibehaltung besagter Komponenten auf einer Temperatur von mindestens 150 °C, Aufbringen einer ersten Matrixschicht (22) auf die Außenfläche besagten Stapels, die zumindest ein gegenseitig kompatibles dielektrisches Material umfasst, das hohe Spannungsstabilität aufweist, wobei jedes besagte Material aus der Gruppe gewählt ist, die aus durch Wärme härtbaren Harzen, Keramikmaterial, Glas und Silikongummi besteht;
    Überlagerung besagter ersten Matrixschicht (22) mit einer zweiten Matrixschicht (25), wobei besagte erste Matrixschicht fähig ist, schneller als besagte zweite Matrixschicht auszuhärten, sodass besagte erste Matrixschicht an die Außenfläche besagten Arrays gebunden wird und mit besagter zweiten Matrixschicht vermischt und/oder verbunden wird, wobei besagte zweite Matrixschicht eine relativ weichere Außenseite aufweist, die fähig ist, eine oder mehr Schichten des Bands zumindest teilweise in sich einzubetten;
    im Wesentlichen die Außenseite besagter zweiten Matrixschicht (25) mit einer ersten Bandschicht (24) abzudecken, die eine Mehrheit radial mit Abstand angeordneter Streifen harzgesättigten Bands umfasst, wobei besagtes Band eine Vielheit linear ausgerichteter Fasern umfasst, besagte Fasern aus der Gruppe gewählt sind, die aus Fiberglas, Nylon, Kunstseide und Keramikmaterial besteht, wobei sich besagter Bandstreifen über die Länge besagten Stapels erstreckt und besagter Abstand zwischen benachbarten Bandstreifen ausreichend ist, um Entlüften besagten Stapels während Ionisierungsereignissen bei Verwendung in einem Überspannungsableiter zu gestatten, wobei besagtes Harz aus der Gruppe gewählt ist, die aus Polyesterharzen, Epoxidharzen und Phenolharzen besteht, die hohe Spannungsstabilität aufweisen;
    Halten besagter Fasern in einem harzgesättigten Zustand, Aufbringen einer dritten Matrixschicht (26) aus zumindest einem gegenseitig kompatiblen dielektrischen Material mit hoher Spannungsstabilität über die zweite Matrixschicht (25) und die erste Bandschicht (24) , wobei besagtes Material aus der Gruppe gewählt ist, die aus durch Wärme härtbaren Harzen, Keramikmaterial, Glas und Silikongummi besteht, besagte dritte Matrixschicht eine weiche Außenseite bildet, die fähig ist, zumindest eine oder mehr Schichten des Bands in sich einzubetten;
    Aufbringen über besagte dritte Matrixschicht (26) einer zweiten Bandschicht (28), die einen zweiten harzgesättigten Bandstreifen mit einer Vielheit linear ausgerichteter Fasern umfasst, wobei besagte Fasern aus der Gruppe gewählt sind, die aus Fiberglas, Nylon, Kunstseide und Keramikmaterial besteht, besagtes Harz der B-Stufe aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyesterharzen, Epoxidharzen und Phenolharzen mit hoher Spannungsstabilität besteht und besagter Bandstreifen spiralförmig um besagtes Array angeordnet ist und sich über die Länge des besagten Arrays erstreckt, wobei besagter zweite Bandstreifen an jedem Ende des besagten Arrays (20) mit zumindest zwei überlagerten Windungen endet,
    Aufbringen über besagte dritte Matrixschicht (26) und besagte zweite Bandschicht (28) einer vierten Matrixschicht (27), die zumindest ein gegenseitig kompatibles dielektrisches Material mit hoher Spannungsstabilität umfasst, wobei besagtes Material aus der Gruppe gewählt ist, die aus durch Wärme härtbaren Harzen, Keramikmaterial, Glas und Silikongummi besteht;
    Aushärten besagter Matrixschichten (22, 25, 26, 27) und Harze für ausreichende Zeit bei einer Temperatur, die die erwartete Ausfalltemperatur besagter elektrischen Komponenten, bei Verwendung in einem Überspannungsableiter, überschreitet;
    Kühlung der Unterbaugruppe und Entfernen der axialen Kraft von den Enden der Unterbaugruppe.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei besagter Vorwärmungsschritt Versehen des MOV-Stapels (12) mit zumindest einer Funkenstreckenbaugruppe (315) und einem entlüfteten Anschluss (320) einschließt.
  30. Unterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei:
    die Mehrheit elektrischer Komponenten zumindest ein Paar MOVs (12), zumindest eine Funkenstreckenbaugruppe (315) und einen entlüfteten Anschluss (320) einschließt.
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