EP1066640A1 - Überspannungsableiter - Google Patents

Überspannungsableiter

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EP1066640A1 EP99906008A EP99906008A EP1066640A1 EP 1066640 A1 EP1066640 A1 EP 1066640A1 EP 99906008 A EP99906008 A EP 99906008A EP 99906008 A EP99906008 A EP 99906008A EP 1066640 A1 EP1066640 A1 EP 1066640A1
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    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Abstract

Der Überspannungsableiter weist ein zwischen zwei Anschlussarmaturen (1, 2) angeordnetes, axialsymmetrisches Aktivteil (2) auf. Dieses Aktivteil (2) enthält übereinandergestapelte zylinderförmige Varistorelemente (12) sowie ein im Ableiteraktivteil (2) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Varistorelementen (12) angeordnetes axialsymmetrisches Verbindungselement (13) aus elektrisch leitendem Material. In das Verbindungselement (13) sind mindestens vier in Umfangsrichtung gleichmässig um die Achse verteilte Lagerstellen (16, 16') eingeformt. Zwei erste (16) der Lagerstellen stützen jeweils eine von zwei ersten Schlaufen (15) ab, welche das Verbindungselement (13) und auf dem Verbindungselement (13) aufliegende Varistorelemente (12) mit Kontaktkraft beaufschlagen. Zwei zweite (16') der Lagerstellen stützen jeweils eine von zwei zweiten Schlaufen (15) ab, welche das Verbindungselement (13) und unter dem Verbindungselement befindliche Varistorelemente (12) mit Kontaktkraft beaufschlagen. Ein solcher Überspannungsableiter kann grosse Bauhöhen aufweisen und zeichnet sich dennoch durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften aus.

Description

B E S C H R E I B U N G
Uberspannungsableiter
TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Uberspannungsableiter nach dem einleitenden Teil von Patentanspruch 1.
STAND DER TECHNIK
Die Erfindung nimmt dabei auf einen Stand der Technik Bezug, wie er sich aus EP 0 614 198 B1 ergibt. Ein in diesem Stand der Technik beschriebener Uberspannungsableiter enthält zwei Anschlussarmaturen und eine zwischen den Anschlussarmaturen angeordnete Säule aus übereinander gestapelten Varistorelementen. Elektrischer Kontakt zwischen den Anschlussarmaturen und den Varistorelementen wird durch zwei oder mehr Isolierstoffschlaufen erzeugt, deren Enden jeweils in einer der beiden Anschlussarmaturen gelagert sind, und welche die beiden Anschlussarmaturen und damit auch die dazwischenliegenden Varistorelemente mit Kontaktkraft beaufschlagen.
Für grosse Bauhöhen, wie sie beispielsweise bei Nennspannungen von mehr als 70 kV benötigt werden, wird ein derart aufgebauter Uberspannungsableiter im allgemeinen nicht verwendet, da dann relativ aufwendige zusätzliche Massnahmen bei seiner Herstellung vorzusehen sind.
Aus EP 0 335 479 B1 ist ein Uberspannungsableiter bekannt mit einem Wetterschutzgehäuse, zwei aus dem Gehäuse geführten Anschlussarmaturen und einem axialsymmetrisch ausgeführten Aktivteil, welches - zwischen den Anschlussarmaturen angeordnet - sich im Gehäuseinneren befindet. Das Aktivteil wird gebildet von mehreren zylinderförmigen Modulen, die nach Art einer Säule übereinander gestapelt sind. Jedes Modul weist mehrere längs der Zylinderachse mit ihren Stirnseiten aufeinanderliegende, zylinderförmige Varistorelemente auf. Elektrischer Kontakt zwischen den Varistorelementen wird durch eine überwiegend axial geführte Fadenwicklung erreicht, welche zwei das Modul stirnseitig begrenzende, metallene Endteile mit Vorspannkraft beaufschlagt. Die Endteile benachbarter Module sind mittels eines Schraubbolzens miteinander galvanisch verbunden.
Die Herstellung eines solchen Überspannungsabieiters ist relativ aufwendig, da in einem ersten Schritt zunächst die Module durch Fadenwickeln hergestellt werden und in einem nachfolgenden zweiten Schritt sodann die Module durch Verschrauben benachbarter Endteile der Module unter Bildung eines elektrisch gut leitenden Verbindungsteil zusammengeführt werden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Uberspannungsableiter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher auch bei grosser Bauhöhe in einfacher und kostengünstiger Weise hergestellt werden kann.
Der Uberspannungsableiter nach der Erfindung zeichnet sich gegenüber vergleichbaren Überspannungsableitem nach dem Stand der Technik dadurch aus, dass er praktisch mit beliebiger Bauhöhe in einfacher und wirtschaftlicher Weise gefertigt werden kann. Es wird zusätzlich in das Abieiteraktivteil lediglich mindestens ein zwischen zwei aufeinanderfolgenden Varistorelementen angeordnetes Verbindungselement aus elektrisch leitendem Material mit geeignet ausgebildeten und angeordneten Lagerstellen eingebaut. An den Lagerstellen gehaltene Schlaufen werden in entgegengesetzte Richtungen geführt und an Lagerstellen der Anschlussarmaturen oder eines weiteren Verbindungselementes oder zweier weiterer Verbindungselemente unter Bildung von Kontaktkraft festgesetzt. Daher wird zu seiner Montage im wesentlichen nur eine bei der Herstellung von Überspannungsableitem nach dem Stand der Technik bereits bewährte, vorgefertigte und vorübergehend axiale Führung gewährleistende Schablone benötigt, in der die Anschlussarmaturen, die Varistorelemente und je nach Durchmesser der Varistorelemente und Bauhöhe auch eines oder mehrere der Verbindungseiemente gestapelt und danach durch Anbringen der Schlaufen und Anlegen von Vorspannung zum mechanisch stabilen Aktivteil des Überspannungsabieiters verbunden werden
Während des Stapeins kann die mechanische Stabilität des Aktivteils durch sukzessives Verspannen von aufeinanderfolgenden Teilstapeln erreicht werden, wobei die Vorspannkraft durch in die Armaturen und/oder die Verbindungselemente integrierte Klemmvorrichtungen erreicht wird oder aber auch durch Federelemente, die in den in der Schablone gebildeten Stapel eingebaut werden und beim Anbringen der Schlaufen die erwünschten Kontaktkraft und damit auch die notwendigen mechanischen Stabilität aufbringen.
Eine zusätzliche Klemmvorrichtung kann bzw. zusätzliche Federelemente können eingespart werden, wenn die Schlaufen jeweils durch ein elastisch deformierbares Band, etwa aus Glasfasern, gebildet sind.
Für eine gute mechanische Stabilität des Aktivteils reichen im allgemeinen vier am Verbindungselement gelagerte Schlaufen aus, von denen zum Beispiel je zwei diametral zueinander angeordnet und gegenläufig zu den anderen zwei Schlaufen geführt sind. Erhöhte Stabilität wird durch Verwendung von sechs um ca. 60° im Umfangsrichtung versetzt angeordnete Lagerstellen erzielt, auf denen jeweils drei der Führung von Schlaufen in einer vorgegebenen ersten Richtung und drei weitere in der entgegengesetzten Richtung dienen. Die Stabilität wird durch acht oder mehr mehr Lagerstellen noch geringfügig verbessert, jedoch bedingt dies einen zusätzlichen fertigungstechnischen Aufwand. Auf einem Verbindungsstück entgegengesetzt geführte Schlaufen können auch ohne Versetzung im Umfangsrichtung lediglich in axialer Richtung versetzt angeordnet sein. Gegebenenfalls kann dann das Verbindungsstück aus zwei lösbar miteinander verbindbaren oder voneinander trennbaren Teilen gebildet sein, welche jeweils lediglich in einer Richtung ausgerichtete Schlaufen tragen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
In der einzigen Zeichnung ist eine Seitenansicht eines Uberspannungsableiter nach der Erfindung dargestellt, dessen axialsymmetrisch ausgeführtes Gehäuse geschnitten dargestellt ist.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Der in der einzigen Figur dargestellte Uberspannungsableiter weist ein axialsymmetrisch ausgebildetes Gehäuse 1 auf, in dem längs der nicht bezeichneten Gehäuseachse ein axialsymmetrisch ausgeführtes Abieiteraktivteil 2 angeordnet ist. Das Gehäuse ist gebildet von einem mit Schirmen versehenen Isolierrohr 3 aus einem witterungsbeständigen Material, beispielsweise polymeren Material, wie etwa einem Silikon, oder einem Porzellan und zwei an den Stirnseiten des Isolierstoffrohrs befestigten metallenen Anschlussarmaturen 4 und 5. Die Anschlussarmaturen 4, 5 weisen jeweils eine das Gehäuse 1 gasdicht abschliessende, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bezeichnete Metallplatte auf sowie jeweils ein zylinderförmiges Abschlussteil 6 bzw. 7, welches axialsymmetrisch im Inneren des Gehäuses 1 angeordnet und das Abieiteraktivteil 2 nach oben bzw. nach unten abschliessen. In das Abschlussteil 6 bzw. 7 ist eine mit einem Innengewinde versehene Bohrung eingelassen. Mit dem Innengewinde wirkt eine längs der Gehäuseachse durch die Platte der Anschlussarmatur nach aussen geführte Druckschraube 8 bzw. 9 zusammen. Der Fuss der Druckschraube 8 bzw.9 ist auf einer in einer Aussparung des Abschlussteils 6 bzw. 7 axial verschieblichen metallenen Druckplatte 10 bzw. 11 des Abieiteraktivteils 2 gelagert.
Das Abieiteraktivteil ist als Stapel ausgebildet und enthält neben den beiden Abschlussteilen 6 und 7 auch zylinderförmige Varistorelemente 12 aus nichtlinearem Widerstandsmaterial, etwa auf der Basis von Metalloxid, wie insbesondere von ZnO, und zylinderförmig ausgeführte metallene Verbindungselemente 13. Im Abieiteraktivteil 2 sind ferner weitere Druckplatten 10', 11' sowie scheibenförmig ausgebildete Stromübergangselemente 14 vorgesehen, welche zwischen einer Druckplatte 10, 10', 11 , 11 ' und einem benachbarten Varistorelement 12, zwischen benachbarten Varistorelementen 12 und zwischen einem Verbindungselement 13 und einem Varistorelemente 12 oder einer Druckplatte angeordnet sein können.
Mit dem Bezugszeichen 15 sind Schlaufen aus Isolierstoff bezeichnet, welche vorzugsweise von einem gewickelten, faserverstärkten und in eine Polymermatrix eingebetteten Band gebildet sind und welche zwei Verbindungselementen 13 oder das Abschlussteil 6 und das im Abieiteraktivteil 2 sich an das Teil 6 anschliessende Verbindungselement 13 bzw. das Abschlussteil 7 und das im Abieiteraktivteil 2 sich an das Teil 7 anschliessende Verbindungselement 13 unter Bildung von Kontaktkraft verspannen. Die Schlaufen 15 sind mit ihren Enden in Nuten 16, 16' geführt, welche in die Mantelflächen der Abschlussteile 6, 7 und der Verbindungselemente 13 eingeformt sind. Die Abschlussteile 6, 7 bzw. die Verbindungselemente 13 überragen die Druckplatten 10, 10', 11 , 11' und die Varistorelemente 12 in radialer Richtung. Die in den Nuten 16, 16' gelagerten Schlaufen 15 weisen so in dielektrisch günstiger Weise einen definierten Abbstand von den Varistorelemente 12 auf. Eine analoge Führung der Schlaufen kann erreicht werden, wenn die Abschlussteile 6, 7 und die Verbindungselemente 13 zwar die gleichen Durchmesser haben wie die Varistorelemente 12, jedoch anstelle der Nuten nun radial geführte Vorsprünge aufweisen, auf denen die Schlaufen 15 gelagert sind.
Jedes der beiden Verbindungselemente 13 weist sechs jeweils um ca. 60° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Nuten 16, 16' auf. Diese Nuten weisen alle einen in axialer Richtung geöffneten, halbkreisförmigen Abschnitt auf, in dem ein Ende einer der Schlaufen 15 gelagert ist. An den halbkreisförmigen Abschnitt schliessen sich zwei überwiegend in axialer Richtung geführte Abschnitte an, in denen jeweils ein Teil eines an das Ende der gelagerten Schlaufe sich anschliessender, geradlinig verlaufender Schlaufenabschnitt gehalten ist. Dieser Abschnitt verläuft parallel und mit vorgegebenem dielektrisch günstigem Abstand zu den von der gelagerten Schlaufe mit Kontaktkraft beaufschlagten Varistorelementen.
Die geradlinig geführten Abschnitte der Nuten 16 verlaufen entgegengesetzt zu den entsprechenden Abschnitten der Nuten 16'. In den Nuten 16' ist jeweils eine von drei Schlaufen abgestützt, welche das Verbindungselement 13 und das Abschlussteil 6 sowie die dazwischen angeordneten Varistorelemente miteinander unter Bildung von Kontaktkraft verspannt. Die Grosse der Kontaktkraft wird bei der Montage des Überspannungsabieiters durch Verdrehen der Druckschraube 8 und damit durch axiales Verschieben der Druckplatte 10 eingestellt. In den Nuten 16 ist jeweils eine von drei Schlaufen abgestützt, welche die beiden Verbindungselemente 13 und die dazwischen angeordneten Varistorelemente unter Bildung von Kontaktkraft verspannt. Die Kontaktkraft wird hierbei durch elastisch deformierbare Schlaufen erreicht, und kann falls gewünscht durch eine in das Verbindungselement 13 einbaubare Klemmvorrichtung mit einer Druckschraube und einer Klemmplatte in ihrer Grosse variiert werden. Gebenenfalls kann im Verbindungselemente 13 noch eine zweite Klemmvorrichtung eingebaut sein, welche auf den darüber liegenden Abschnitt des Ableiteraktivteils 2 wirkt. Klemmschraube 8 und Druckplatte 10 sind dann entbehrlich.
In Umfangsrichtung der Verbindungselemente 13 folgen die Nuten 16 und 16' abwechselnd aufeinander. Die von den Schlaufen aufgenommene Vorspannkraft wird so gleichmässig auf die Varistorelemente 12 übertragen.
Zur Herstellung dieses Überspannungsabieiters werden der Reihe nach das Abschlussteil 7, die Druckplatte 11 , das Stromübergangselement 14, wechselweise weitere Stromübergangselemente, Varistorelemente 12, die Druckplatte 11 ' und das untere Verbindungselement 13 in einer Schablone übereinandergestapelt. Die Nuten 16' des Abschlussteils 7 und 16 des Verbindungselements 13 werden hierbei so ausgerichtet, dass sie miteinander fluchten. Sodann werden drei vorgefertigte Schlaufen 15, welche vorzugsweise jeweils aus einem gewickelten, bandförmigen Prepreg bestehen, welches nach dem Wickeln ausgehärtet wird, in die miteinander fluchtenden Nuten 16, 16' eingehängt und durch Verdrehen der Druckschraube 9 Kraft auf die Druckplatte 11 und damit über die sich spannenden Schlaufen 15 auch auf alle zwischen den Teilen 7 und 13 angeordneten Varistorelemente des Ableiteraktivteils ausgeübt.
Auf das Verbindungselement 13 werden nun entsprechend weitere Varistorelemente 12 und Stromübergangselemente gestapelt und dieser Teilstapel mit dem weiteren Verbindungselement 13 abgeschlossen. Dieser Teilstapel des Ableiteraktivteils kann mit Schlaufen verspannt werden, die bei der Fertigung des Überspannungsabieiters jeweils durch Wickeln eines mit Vorspannkraft beaufschlagten und in den miteinander fluchtenden Nuten 16 und 16' abgelegten Bandes gebildet werden.
In entsprechender weise kann das Abieiteraktivteil durch weitere Teilstapel verlängert und schliesslich durch das Abschlussteil 6 abgeschlossen werden. Das Aktivteil kann nun in das Gehäuse 1 eingesetzt und dieses nach Füllen mit einem härtbaren Isoliermittel geschlossen werden. Da hierbei die Schlaufen mit Abstand von dem Varistorelementen 12 angebracht sind, umschliesst das Isoliermittel das Aktivteil mit grosser Sicherheit spalt- und lunkerfrei. Daher weist der erfindungsgemässe Uberspannungsableiter trotz beliebiger Bauhöhe nicht nur gute mechanische, sondern auch gute elektrische Eigenschaften auf.
Das Gehäuse muss nicht notwendigerweise Isolierstoff enthalten, es kann auch metallen sein. Zwischen der Gehäusewand und dem Abieiteraktivteil sind dann zusätzlich potentialsteuernde Mittel und an den Gehäusestirnseiten Durchführungen vorzusehen.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
1 Gehäuse
2 Abieiteraktivteil
3 Isolierrohr
4, 5 Anschlussarmaturen
6, 7 Abschlussteile
8, 9 Druckschrauben
10, 10' 11 , 11 ' Druckplatten
12 Varistorelemente
13 Verbindungselemente
14 Stromübergangselemente
15 Schlaufen 16, 16' Nuten, Lagerstellen

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Uberspannungsableiter mit zwei längs einer Achse voneinander beabstandeten, stromleitenden Anschlussarmaturen (1 , 2), einem zwischen den beiden Anschlussarmaturen (1 , 2) angeordneten, axialsymmetrischen Aktivteil (2), welches übereinandergestapelte, zylinder örmige Varistorelemente (12) enthält, mit einem das Aktivteil aufnehmenden Gehäuse (1 ) und mit einer das Aktivteil (1 ) mit Kontaktkraft beaufschlagenden und Schlaufen (15) aufweisenden Halterung, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivteil (2) mindestens ein elektrisch leitendes, axialsymmetrisches Verbindungselement (13) aufweist, dass das Verbindungselement (13) zwischen zwei in Stapel aufeinanderfolgenden Varistorelementen (12) angeordnet ist und mindestens vier Lagerstellen (16, 16') aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmässig um die Achse verteilt in das Verbindungselement (13) ein- und/oder an das Verbindungselement (13) angeformt sind, dass auf zwei ersten (16) der Lagerstellen jeweils eine von zwei ersten Schlaufen (15) abgestützt ist, welche das Verbindungselement (13) und ein erstes der beiden Varistorelemente (12) mit einer ersten Kontaktkraft beaufschlagt, und dass auf zwei zweiten (16') der Lagerstellen jeweils eine von zwei zweiten Schlaufen (15) abgestützt ist, welche das Verbindungselement (13) und ein zweites der beiden Varistorelemente (12) mit einer zweiten Kontaktkraft beaufschlagt.
2. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine die erste und/oder die zweite Kontaktkraft erzeugende Klemmvorrichtung enthält.
3. Uberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten Lagerstellen (16) zwischen je zwei der zweiten Lagerstellen (16') angeordnet ist.
4. Uberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (13) die Varistorelemente (12) in radialer Richtung überragt, und dass in den überragenden Abschnitt des Verbindungsteils die Lagerstellen bildende Nuten (16, 16') eingelassen sind.
5. Uberspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (16, 16') einen in axialer Richtung geöffneten, halbkreisförmigen Abschnitt aufweisen, in dem ein Ende einer der ersten oder zweiten Schlaufen (15) gelagert ist.
6. Uberspannungsableiter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den halbkreisförmigen Abschnitt zwei überwiegend in axialer Richtung geführte Abschnitte anschliessen, in denen jeweils ein Teil eines an das Ende der Schlaufe sich anschliessender, geradlinig verlaufender Schlaufenabschnitt gelagert ist, welcher parallel und mit einem vorgegebenen Abstand zu den von der Schlaufe (15) mit Kontaktkraft beaufschlagten Varistorelementen (12) verläuft.
7. Uberspannungsableiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geradlinig geführten Abschnitte in Umfangsrichtung aufeinanderfolgender Nuten gegenläufig ausgerichtet sind.
8. Uberspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil sechs jeweils um ca. 60° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Nuten aufweist.
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