EP1821379B1 - Gasgefüllter Überspannungsableiter mit äusserer Kurzschlusseinrichtung - Google Patents

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EP1821379B1
EP1821379B1 EP07009636.7A EP07009636A EP1821379B1 EP 1821379 B1 EP1821379 B1 EP 1821379B1 EP 07009636 A EP07009636 A EP 07009636A EP 1821379 B1 EP1821379 B1 EP 1821379B1
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EP
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short
surge arrester
circuiting
spacer
circuiting link
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Peter Bobert
Jürgen Boy
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Epcos 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 is to be applied in the structural design of a gas-filled surge arrester, which is provided with an external short-circuiting device.
  • Such shorting devices are common in both two-electrode and three-electrode surge arresters. They serve to protect the surge arrester with long-term loads; such a short-circuiting device usually contains a fusible at higher temperatures construction element by which the two electrodes or the center electrode and one or both end electrodes are short-circuited.
  • a spring contact and a drain contact are arranged electrically parallel to the two electrodes, wherein the spring contact is kept at a distance from the drain contact by means of a spacer applied to the insulator of the arrester and softening at elevated temperature.
  • This spacer consists of a dimensionally stable at normal operating temperature and at elevated temperature softening, glass fiber reinforced plastic, such as polycarbonate ( EP 0 548 587 A1 ).
  • an external short-circuit device is further known, which is provided for such applications, in which a larger number of arresters in chambers of an existing insulating plastic magazine or a cassette are arranged.
  • the short-circuit device in the form of a surge arrester axially not superior, electrically conductive strap with two right angles angled ends is in each case located in a immediately adjacent to the respective arrester lying, the holding device of the bracket forming separate chamber, wherein the one chamber wall forms the fusible spacer.
  • the bracket is preformed so that a spring force is exerted on its angled ends when inserting the bracket in the chamber, under the action of the ends of the spring clip in case of overload penetrate the chamber wall ( EP 0 312 729 A1 ).
  • an external short-circuiting device which consists of an attached to the center electrode clamp of an open ring, one end of which together with laterally formed arms forms a shorting bar.
  • the free ends of the two arms are held by means of a arranged between the center electrode and shorting bar spacer made of a fusible insulating material radially at a distance from the end electrodes of the arrester.
  • the free ends of the two arms can be provided with special contacts.
  • the contacts mentioned may also be coated with an insulating coating ( US 4,984,125 A ).
  • the free ends of the two arms of the shorting bar are angled such that they rest against the peripheral edge of the respective electrode, said have free ends in the region of the contact point a heat-meltable insulating coating ( FR-A-2 670 624 ).
  • a surge arrester is described in which the spacer is arranged between the middle part of the shorting bar and the insulator.
  • Such a configuration of the short-circuit device makes of the known ( US 4,984,125 ) Construction of a short-circuit device use, but in this case the clip is not on an electrode, but - in a known manner ( FR-A-2 670 624 ) - placed on the insulator between two electrodes.
  • the shorting bar is arranged floating; This can have an advantageous effect in narrow installation conditions (magazine or cassette), as in unilateral contact of the shorting bar with a potential-carrying contact terminal no disturbing short circuit can occur.
  • the spacer can be made relatively thin; Incidentally, a relatively inexpensive thermoplastic material can be used for the spacer, since the insulator heats up delayed with respect to the short-circuited electrodes.
  • the short-circuiting device may consist of a parts and is easily adaptable to different Ableitergeometrien as a result of their simple design.
  • the short-circuit device can also be retrofitted; It can also be exchanged after a response, provided that the actual arrester is still intact.
  • the described short-circuit device can be used for two-electrode arresters.
  • the open, snap-on ring of the new shorting device can be made of a heat-resistant plastic or a less electrically conductive, resilient metal (eg spring steel or a copper alloy), wherein on one end of the open ring a metallic, electrically very conductive ( made of copper, for example), shorting bar is attached or otherwise fastened.
  • the open ring consists of the same material as the actual shorting bar and is formed integrally therewith, wherein the open ring is provided to form the shorting bar at one end with two laterally molded tabs. To improve the contact, these tabs may be slightly angled at their free ends.
  • a fusible plastic part into consideration.
  • a spacer made of a solder material can be used.
  • These spacers may, for example, have the form of a rivet which is fastened to the middle part of the stirrup.
  • a plastic clip attached to the middle part of the bracket can also be used.
  • FIG. 1 shows a surge arrester 1, which consists of the insulator 2 and the two end electrodes 3 and 4.
  • a short-circuiting device 10 is placed, which consists of a in FIG. 2 separately shown open ring 11 made of spring-hard metal and an insulating spacer 20 consists.
  • the open ring 11 is formed at its one end as a shorting bar 12 and has a flat central part and two laterally molded, slightly angled at the ends tabs 14 and 15.
  • the axial length of the shorting bar 12 is chosen so that the short circuit bar does not protrude beyond the surge arrester (see also FIG. 5 ).
  • the spacer 20 could also consist of a solder material.
  • FIG. 3 consists of the short-circuiting device for the arrester 1 also from an open, on the insulator of Arrester aufschnappbaren ring, wherein a plastic rivet 21 is provided as a spacer for the actual shorting bar 13, which is fixed in a bore of the central part 13 of the shorting bar.
  • a plastic rivet 21 is provided as a spacer for the actual shorting bar 13, which is fixed in a bore of the central part 13 of the shorting bar.
  • FIG. 4 can be used as a spacer plastic clip 22 which is pushed onto the middle part 13 of the shorting bar.
  • the electrodes 31 and 32 of the surge arrester are provided with a larger outer diameter than the insulator 2. As a result, it is unnecessary to bend the ends of the actual short-circuiting device 16 at the ends.
  • FIG. 6 shows a not belonging to the claimed invention arrester, wherein between the end electrodes 3 and 4, a center electrode 5 is still arranged, wherein the arrester has two insulators 6 and 7. On each insulator a short-circuiting device 10 is placed, as well as for the arrester according to FIG. 1 is used.

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Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines gasgefüllten Überspannungsableiters anzuwenden, der mit einer äußeren Kurzschlußeinrichtung versehen ist. Derartige Kurzschlußeinrichtungen sind sowohl bei Zwei-Elektroden- als auch bei Drei-Elektroden-Überspannungsableitern üblich. Sie dienen zum Schutz des Überspannungsableiters bei Langzeitbelastungen; eine solche Kurzschlußeinrichtung enthält in aller Regel ein bei höheren Temperaturen schmelzbares Konstruktionselement, mit dessen Hilfe die beiden Elektroden bzw. die Mittelelektrode und eine oder beide Endelektroden kurzgeschlossen werden.
  • Bei einem bekannten Zwei-Elektrodenableiter dieser Art sind elektrisch parallel zu den beiden Elektroden ein Federkontakt und ein Ableiterkontakt angeordnet, wobei der Federkontakt vom Ableiterkontakt mittels eines am Isolator des Ableiters anliegenden und bei erhöhter Temperatur erweichenden Abstandhalters auf Abstand gehalten wird. Dieser Abstandhalter besteht aus einem bei normaler Betriebstemperatur dimensionsstabilen und bei erhöhter Temperatur erweichenden, glasfaserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat ( EP 0 548 587 A1 ).
  • Für Zwei-Elektroden-Ableiter ist weiterhin eine äußere Kurzschlußeinrichtung bekannt, die für solche Anwendungsfälle vorgesehen ist, bei denen eine größere Anzahl von Ableitern in Kammern eines aus isolierendem Kunststoff bestehenden Magazins oder einer Kassette angeordnet sind. Die Kurzschlußeinrichtung in Form eines den Überspannungsableiter axial nicht überragenden, elektrisch leitfähigen Bügels mit zwei rechtwinklig abgewinkelten Enden wird dabei jeweils in einer unmittelbar neben dem jeweiligen Ableiter liegenden, die Halteeinrichtung des Bügels bildenden separaten Kammer angeordnet, wobei die eine Kammerwand den schmelzbaren Abstandhalter bildet. Der Bügel ist dabei so vorgeformt, daß auf seine abgewinkelten Enden beim Einsetzen des Bügels in die Kammer eine Federkraft ausgeübt wird, unter deren Einwirkung die Enden des Federbügels im Überlastfall die Kammerwand durchdringen ( EP 0 312 729 A1 ).
  • Für Drei-Elektroden-Ableiter ist eine äußere Kurzschlußeinrichtung bekannt, die aus einer auf die Mittelelektrode aufgesetzten Klammer aus einem offenen Ring besteht, dessen eines Ende zusammen mit seitlich angeformten Armen einen Kurzschlußbügel bildet. Die freien Enden der beiden Arme werden mittels eines zwischen Mittelelektrode und Kurzschlußbügel angeordneten Abstandhalters aus einem schmelzbaren Isolierstoff radial auf Abstand zu den Endelektroden des Ableiters gehalten. Die freien Enden der beiden Arme können dabei mit speziellen Kontakten versehen sein. Anstelle der Verwendung eines Abstandhalters zwischen Mittelelektrode und Kurzschlußbügel können die erwähnten Kontakte auch mit einem isolierenden Überzug beschichtet sein ( US 4,984,125 A ). - Bei einer ähnlich ausgestalteten äußeren Kurzschlußeinrichtung, die sowohl für Drei- als auch für Zwei-Elektroden-Ableiter verwendet werden kann, sind die freien Enden der beiden Arme des Kurzschlußbügels derart abgewinkelt, daß sie an der umlaufenden Kante der jeweiligen Elektrode anliegen, wobei die freien Enden im Bereich der Kontaktstelle einen unter Wärmezufuhr schmelzbaren Isolierüberzug aufweisen ( FR-A-2 670 624 ).
  • Es wird ein Überspannungsableiter beschrieben, bei dem der Abstandhalter zwischen dem Mittelteil des Kurzschlußbügels und dem Isolator angeordnet ist.
  • Eine derartige Ausgestaltung der Kurzschlußeinrichtung macht von dem an sich bekannten ( US 4,984,125 ) Aufbau einer Kurzschlußeinrichtung Gebrauch, jedoch wird hierbei die Klammer nicht auf eine Elektrode, sondern - in ebenfalls bekannter Weise ( FR-A-2 670 624 ) - auf den zwischen zwei Elektroden befindlichen Isolator aufgesetzt. Dadurch ist der Kurzschlußbügel potentialfrei angeordnet; dies kann sich bei engen Einbauverhältnissen (Magazin oder Kassette) insofern vorteilhaft auswirken, als bei einseitiger Kontaktgabe des Kurzschlußbügels mit einer potentialführenden Kontaktklemme kein störender Kurzschluß auftreten kann. - Da der Abstandhalter zwischen dem Kurzschlußbügel und dem Isolator angeordnet wird, kann der Abstandhalter relativ dünn ausgebildet werden; im übrigen kann für den Abstandhalter ein relativ preiswerter thermoplastischer Kunststoff verwendet werden, da der Isolator sich gegenüber den kurzzuschließenden Elektroden verzögert erhitzt.
  • Ein derart ausgebildeter Überspannungsableiter mit Kurzschlußeinrichtung zeichnet sich somit durch einen sehr kompakten und hinsichtlich der Einfügung einer größeren Anzahl solcher Ableiter in Kassetten sehr platzsparenden Aufbau aus, wobei die Kurzschlußeinrichtung aus ein Teilen bestehen kann und in Folge ihrer einfachen Gestaltung leicht an unterschiedliche Ableitergeometrien anpaßbar ist. Die Kurzschlußeinrichtung kann auch nachträglich montiert werden; sie kann auch nach einem Ansprechen ausgetauscht werden, sofern der eigentliche Ableiter noch intakt ist.
  • Die beschriebene Kurzschlußeinrichtung kann für Zwei-Elektroden-Ableiter verwendet werden.
  • Der offene, aufschnappbare Ring der neuen Kurzschlußeinrichtung kann aus einem wärmebeständigen Kunststoff oder einem elektrisch weniger gut leitenden, federnden Metall (z. B. Federstahl oder einer Kupferlegierung) bestehen, wobei auf das eine Ende des offenen Ringes ein metallener, elektrisch sehr gut leitfähiger (z. B. aus Kupfer) Kurzschlußbügel aufgesetzt oder anderweitig befestigt ist. Vorzugsweise besteht der offene Ring aber aus dem gleichen Material wie der eigentliche Kurzschlußbügel und ist mit diesem einstückig ausgebildet, wobei der offene Ring zur Bildung des Kurzschlußbügels an dem einen Ende mit zwei seitlich angeformten Laschen versehen ist. Zur Verbesserung der Kontaktgabe können diese Laschen an ihren freien Enden leicht abgewinkelt sein.
  • Als Abstandhalter für die Kurzschlußeinrichtung kommt in bekannter Weise ein schmelzbares Kunststoffteil in Betracht. In gleicher Weise kann auch ein Abstandhalter aus einem Lotmaterial verwendet werden. Diese Abstandhalter können beispielsweise die Form eines Nietes haben, der am Mittelteil des Bügels befestigt wird. Alternativ kann auch ein auf das Mittelteil des Bügels aufgesetzter Kunststoffklipp verwendet werden.
  • Beispiele für das Verständnis der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 6 dargestellt. Dabei zeigt
    • Figur 1
    einen mit einer Kurzschlußeinrichtung bestückten gasgefüllten Überspannungsableiter mit zwei Elektroden,
    Figur 2
    die Kurzschlußeinrichtung ohne Ableiter,
    Figuren 3
    einen Überspannungsableiter, bei dem der Abstandhalter der Kurzschlußeinrichtung aus einer Niet besteht,
    Figur 4
    einen Überspannungsableiter mit einer Kurzschlußeinrichtung, bei der der Abstandhalter aus einem Kunststoffklipp besteht,
    Figur 5
    eine Kurzschlußeinrichtung mit besonderer Ausgestaltung der Elektroden des Ableiters und
    Figur 6
    einen nicht zur beanspruchten Erfindung gehörigen Drei-Elektroden-Ableiter mit zwei auf die beiden Isolatoren aufgesetzten Kurzschlußeinrichtungen.
  • Figur 1 zeigt einen Überspannungsableiter 1, der aus dem Isolator 2 und den beiden Endelektroden 3 und 4 besteht. Auf den Isolator 2 ist eine Kurzschlußeinrichtung 10 aufgesetzt, die aus einem in Figur 2 separat dargestellten offenen Ring 11 aus federhartem Metall und einem isolierenden Abstandhalter 20 besteht. Der offene Ring 11 ist dabei an seinem einen Ende als Kurzschlußbügel 12 ausgebildet und weist ein eben verlaufendes Mittelteil und zwei seitlich angeformte, an den Enden leicht abgewinkelte Laschen 14 und 15 auf. Die axiale Länge des Kurzschlußbügels 12 ist dabei so gewählt, dass der Kurzschlußbügel den Überspannungsableiter axial nicht überragt (siehe auch Figur 5). - Der Abstandhalter 20 könnte auch aus einem Lotmaterial bestehen.
  • Gemäß Figur 3 besteht die Kurzschlußeinrichtung für den Ableiter 1 ebenfalls aus einem offenen, auf den Isolator des Ableiters aufschnappbaren Ring, wobei als Abstandhalter für den eigentlichen Kurzschlußbügel 13 ein Kunststoffniet 21 vorgesehen ist, der in einer Bohrung des Mittelteiles 13 des Kurzschlußbügels fixiert ist. - Gemäß Figur 4 kann als Abstandhalter ein Kunststoffklipp 22 verwendet werden, der auf das Mittelteil 13 des Kurzschlußbügels aufgeschoben ist.
  • Gemäß Figur 5 sind die Elektroden 31 und 32 des Überspannungsableiters mit einem größeren Außendurchmesser als der Isolator 2 versehen. Dadurch erübrigt es sich, die Enden der eigentlichen Kurzschlußeinrichtung 16 an den Enden abzuwinkeln.
  • Figur 6 zeigt einen nicht zur beanspruchten Erfindung gehörigen Ableiter, bei dem zwischen den Endelektroden 3 und 4 noch eine Mittelelektrode 5 angeordnet ist, wobei der Ableiter zwei Isolatoren 6 und 7 aufweist. Auf jeden Isolator ist eine Kurzschlußeinrichtung 10 aufgesetzt, wie sie auch für den Ableiter gemäß Figur 1 verwendet ist.

Claims (6)

  1. Gasgefüllter Überspannungsableiter mit genau zwei Elektroden (3, 4) und mit einem zwischen den zwei Elektroden angeordneten Isolator (2) und mit einer Überlastsicherung in Form einer äußeren Kurzschlußeinrichtung (10; 16),
    bei dem die Kurzschlußeinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen, in Achsrichtung des Überspannungsableiters verlaufenden Kurzschlußbügel (12, 13) besteht, dessen Enden mittels einer eine Federkraft ausübenden Halteeinrichtung und eines bei wärmezufuhr schmelzbaren Abstandhalters (20; 21; 22) in einem radialen Abstand zu den Elektroden gehalten werden,
    und bei dem die Halteeinrichtung aus einem auf den Isolator aufschnappbaren offenen Ring (11) aus einem streifenförmigen, federnden Material besteht, an dessen einem Ende der Kurzschlußbügel angeordnet ist, wobei der Abstandhalter (20, 23) zwischen dem Mittelteil (13) des Kurzschlußbügels (12) und dem Isolator (2) angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, dass der Kurzschlußbügels (12) den Überspannungsableiter axial nicht überragt.
  2. Überspannungsableiter nach Patentanspruch 1, wobei
    der aufschnappbare offene Ring (11) aus Metall besteht und einstückig mit dem Kurzschlußbügel (12) ausgebildet ist, wobei der offene Ring an dem kurzschlußseitigen Ende mit zwei seitlich angeformten Laschen (14, 15) versehen ist.
  3. Überspannungsableiter nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Enden (14, 15) des Kurzschlußbügels (12) leicht abgewinkelt sind.
  4. Überspannungsabieiter nach Patentanspruch 1 bis 3, weiter
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Abstandhalter aus einem am Mittelteil (13) des Kurzschlußbügels befestigten Niet (21) aus einem Kunststoff oder aus einem Lotmaterial besteht.
  5. Überspannungsableiter nach Patentanspruch 1 bis 3, weiter
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Abstandhalter aus einem auf das Mittelteil (13) des Kurzschlußbügels aufgesetzten Kunststoffklipp (22) besteht.
  6. Überspannungsableiter nach Patentanspruch 1,
    bei dem der Abstandhalter ein schmelzbare Kunststoffteil ist.
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