EP3048617A1 - Überspannungsableiter - Google Patents

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EP3048617A1
EP3048617A1 EP15152476.6A EP15152476A EP3048617A1 EP 3048617 A1 EP3048617 A1 EP 3048617A1 EP 15152476 A EP15152476 A EP 15152476A EP 3048617 A1 EP3048617 A1 EP 3048617A1
Authority
EP
European Patent Office
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housing
earth
end fitting
side end
feedthrough
Prior art date
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Granted
Application number
EP15152476.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3048617B1 (de
Inventor
Markus Sulitze
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Publication of EP3048617A1 publication Critical patent/EP3048617A1/de
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Publication of EP3048617B1 publication Critical patent/EP3048617B1/de
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—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
    • 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; Arresters
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester according to the preamble of patent claim 1.
  • Surge arresters are protective systems, for example, for switchgear, which in case of overvoltages caused by lightning or malfunction of other subsystems derive these surges towards the ground and protect other components of the switchgear.
  • Such a surge arrester comprises one or more active parts which have a varistor column constructed from individual likewise cylindrical varistor elements, also referred to as a rejection column.
  • Varistor elements are characterized by a voltage-dependent resistance. At low voltages these act as insulators. From a certain threshold voltage, which is material-dependent, they show a good conductivity. Frequently, varistor elements are made of metal oxides such as zinc oxide.
  • the active part is limited at both ends by end fittings, which establish electrical contact with the switchgear and ground. To ensure a good electrical contact even under mechanical stress, the varistor column must be held together under pressure. This can be done by tension members, for example, ropes or rods are preferably clamped in glass fiber reinforced plastic in the end fittings under train. The tension elements surround the varistor column and thus form a cage around them.
  • For use in gas-insulated switchgear surge arresters have a fluid-tight housing, which surrounds the active part.
  • the housing is to increase the dielectric strength with a fluid, usually sulfur hexafluoride, filled.
  • the housing is usually made of metal and is electrically grounded.
  • An end fitting is over one through the housing guided contact connected to a ground terminal.
  • the other end fitting is electrically connected via a high voltage leadthrough to a high voltage terminal located on the outside of the housing, which connects to the switchgear.
  • the surge arrester thus establishes a connection of the switchgear to earth potential.
  • the isolation distance is generally the distance between two conductors that carry different electrical potential, which does not cause electrical breakdown at a given voltage.
  • the isolation distance depends on the voltage difference of the two electrical potentials and the medium in the space between the conductors.
  • the distance between a high-voltage-carrying part, such as the active part of a surge arrester, and the ground potential-carrying housing is usually decisive for the insulation distance. If the essential parameters, such as nominal voltage, required test voltages and type and pressure of the insulating fluid, are known in a gas-insulated switchgear, the skilled person can calculate the necessary insulation distances.
  • the switchgear If the switchgear is to be electrically tested, for example by means of a surge voltage test, the connection of the switchgear to the earth must be disconnected via the surge arrester because of the then occurring high voltages. Otherwise, the surge arrester would divert the voltage to ground and falsify the measurement result. Because of this, surge arresters sometimes have a disconnecting device, with which the surge arrester can be disconnected from the switchgear. This separation can take place between the active part and the high-voltage connection or between the active part and the earth connection.
  • So far surge arresters are known in which a separation takes place by opening a separation point within the housing. To actuate this separation point, the housing must be opened via a manhole and the separation point manually actuated.
  • a surge arrester is known whose active part is arranged concentrically to the high-voltage contact.
  • a driven from the outside moving control hood serves as a separator.
  • a surge arrester with three active parts known.
  • the active parts are arranged offset radially outward to the high-voltage contacts.
  • a guided through the end fitting of the active parts contact element is displaceable in the axial direction by means of a push rod driven from the outside and makes the connection to the high voltage contact or separates them.
  • a disadvantage of the known state of the art is that either the housing must be laboriously opened, or that elaborate separation mechanisms are required.
  • the object of the invention is to provide a surge arrester with a disconnecting device, which works without complex separation mechanism and yet easy to operate.
  • a surge arrester for a fluid-insulated switchgear for this purpose has a fluid-tight housing and a ground-side implementation with a feedthrough conductor which provides a current insulated from the housing path from the inside to the outside of the housing.
  • ladder / conductor and isolator / isolate is meant here in each case the corresponding electrical property.
  • an active part is arranged, which has a arranged between a high-voltage side end fitting and a ground-side end fitting Ableit yarn. To increase the mechanical stability, the Ableit yarn by means of tension elements between the Be clamped end fittings.
  • the earth-side bushing for assembly and disassembly can be guided by means of exclusive handling from outside the housing through a passage opening in the housing. It is therefore no intervention in the interior of the housing necessary. In particular, no opening in the housing, except the resulting from the disassembly of the implementation opening is necessary. In the mounted state of the earth-side implementation this closes the passage opening fluid-tight and the feedthrough conductor is in electrical contact with the ground-side end fitting. In the disassembled state of the earth-side implementation of the feedthrough conductor is separated from the ground-side end fitting, so is not in electrical contact with this. The passage opening is closed fluid-tight by a blind plug.
  • the earth-side end fitting is arranged at a distance D to the housing, which is dimensioned such that when dismantled earth-side implementation in a voltage test of the switchgear no electrical flashover between the active part and the housing takes place.
  • This distance D is dependent on the highest occurring voltage at the required for this switchgear voltage tests and other parameters of the switchgear such as type of insulation fluid and its pressure. Since the surge arrester must be adapted to these parameters, these are fixed in the design of the surge arrester and the expert can calculate the necessary minimum distance D, which corresponds to the isolation distance at the given parameters of the switchgear. In such a surge arrester, the separation of the surge arrester is achieved by the switchgear by disassembly of the earth-side implementation.
  • the active part still remains connected to the switchgear, but the connection of active part and ground is disconnected so that no current can flow from the switchgear to the earth via the active part.
  • the required voltage tests of the switchgear can be performed.
  • the assembly and disassembly of the earth-side implementation is easy to accomplish and to manufacture such a surge arrester inexpensively.
  • the earth-side feedthrough on a feedthrough insulator which surrounds the feedthrough conductor radially. In this way, a particularly simple insulation of the feedthrough conductor and thus the current path against the housing can be achieved.
  • the feedthrough insulator has a shaft radially enclosing the feedthrough conductor, wherein the feedthrough conductor projects out of the shaft with an inner end and an outer end.
  • the feedthrough conductor is designed bolt or pin-like. Its inside end is mounted on the ground-side implementation within the housing, this opposite outer side is then outside the housing.
  • the shaft may extend through the passage opening into the housing when mounted on the ground-side passage.
  • the bushing insulator has a flange which surrounds the shaft in an annular manner, by means of which the bushing on the ground side can be fastened to the housing.
  • the feedthrough insulator is made of a cast resin which is molded around the feedthrough conductor. Such a procedure is easy to produce and ensures a simple way of high tightness.
  • the feedthrough conductor has a feedthrough pin radially enclosed by the feedthrough insulator, a contact sleeve fixed to its inner end, and a contact pin spring-mounted in the contact sleeve for making contact with the earth-side end fitting.
  • Contact sleeve and bushing bolt can be bolted together, for example.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the earth-side end fitting is radially enclosed by a shield ring with rounded outer edges.
  • a shield ring with rounded outer edges.
  • Such preferably made of a conductive material shield ring provides during a voltage test with disassembled earth-side implementation for a more homogeneous field distribution of the voltage applied to the ground-side end fitting high voltage by shielding their corners and edges.
  • an insulating tube is arranged, through which extends when mounted earth-side implementation of the feedthrough conductor.
  • the insulating tube serves on the one hand as a spacer between earth-side end fitting and housing and ensures compliance with the distance D and on the other hand as a guide for the earth-side implementation. Such an arrangement is particularly space-saving.
  • the FIG. 1 shows a cut-over surge arrester 1 according to the invention, the FIG. 2 a section of the environment of an earth-side implementation.
  • a fluid-tight housing 3 three active parts 2 are arranged, of which only two are visible here.
  • the housing 3 is substantially cylindrical. It has at a high-voltage side end face a high-voltage bushing 4 and on a ground-side end face a housing cover 6, which close the housing 3 fluid-tight.
  • the active parts 2 have a cylindrical, along a longitudinal axis 40 extending Ableit yarn 23, which is limited at their end faces of end fittings 20, 21.
  • the longitudinal axis 40 are axial, ie parallel to this extending and radial, ie perpendicular to this direction defined directions.
  • the earth-side end fitting 21 may be surrounded by a shield ring 25.
  • This shield ring 25 has rounded outer edges to avoid stress peaks. It is designed in cross-section L-shaped and surrounds the earth-side end fitting 21 on its shell side and its earth-side end face.
  • the high-voltage bushing 4 consists of a frame 26, usually made of metal, which surrounds a disk-shaped bushing insulator 27 made of an electrically insulating material such as cast resin, annular.
  • a high-voltage contact 28 is used for each of the active parts 2 arranged in the housing 3.
  • the high voltage electrical potential without risk of a rollover between high voltage and earthed Housing 3 are guided from the outside into the housing 3 into it.
  • Each active part 2 is electrically connected via its high-voltage side end fitting 20 within the housing 3 with one of the high-voltage contacts 28. Outside the housing 3, the high voltage contact 28 is connected to a corresponding high voltage contact of a switchgear.
  • the housing cover 6 closes the housing 3 in a fluid-tight manner on its earth-side end face.
  • a ground-side leadthrough 5 conducts an electrical connection fluid-tightly and electrically insulated from the latter, by the housing cover 6, from the outside into the housing 3.
  • the housing cover 6 may also have a pressure compensation device. This consists essentially of a closed with a membrane opening. When the internal pressure in the housing 3 rises above a predetermined value, this membrane ruptures and releases the pressure to the outside.
  • the pressure compensation device may alternatively be arranged in another wall of the housing 3.
  • the housing cover 6 further, not shown facilities, such as a filling and discharge device for insulating fluid have.
  • an insulating tube 7 is arranged, which serves as a spacer between earth-side end fitting 21 and housing cover 6 and thus ensures compliance with a distance D.
  • the active part 2 is supported by its earth-side end fitting 21 on the insulating tube 7.
  • the active part 2 may be fastened with its high-voltage side end fitting 20 to the high-voltage contact 28 such that its earth-side end with the end fitting 21 is freely suspended.
  • the earth-side end fitting 21 is spaced a distance D from the housing 3.
  • the housing 3 includes all parts that are electrically conductive and electrically connected to the housing 3, ie have the same electrical potential as the housing 3 itself, in particular the housing cover. 6
  • the distance D of the earth-side end fitting 21 from the housing 3 is dimensioned so that no electrical flashover occurs between the active part 2 and the housing 3 at the voltages occurring during the voltage test. In normal operation, that is, when the earth-side end fitting 21 is connected to the ground, the voltage drop across the active part 2 is so large that no electrical flashover between live parts, such as the feedthrough conductor 11 and the housing cover 6 takes place. In the known surge arresters, in which there is a separation of the switchgear on the high voltage side, the distance D is relatively small, since only relatively small voltages occur at the ground-side end fitting.
  • the distance D is significantly greater, since here in the case of the voltage test by disassembly of the earth-side implementation 5 separation of the earth-side end fitting 21 from the earth and thus no current can flow through the active part and so the only on the high-voltage side End fitting 22 applied high voltage also applied to the ground-side end fitting 21. Therefore, the distance D and thus the isolation distance must be adjusted here to the much higher voltage.
  • the insulating tube 7 is inserted at one end into a recess of the housing cover 6 and with a second end in a recess of the earth-side end fitting 21. This simplifies the assembly, since the active part 2, insulating tube 7 and cover 6 can be easily plugged together and at the same time against each other be centered.
  • the earth-side bushing 5, the insulating tube 7 and the active part 2 are here shown coaxially with the longitudinal axis 40. This is a preferred because particularly space-saving design, but the invention is not limited to this arrangement. Thus, the axes of the earth-side bushing 5 and the insulating tube 7 may be arranged side by side.
  • the ground-side bushing 5 has a bushing insulator 10 made of an electrically insulating material such as synthetic resin. This consists of a cap 18 arranged outside the housing and a shaft 19 projecting from this cap 18 through a passage opening 24 in the housing cover 6 into the housing 3. A bore penetrates cap 18 and shaft 19 completely. In this hole, a pin or bolt-like feedthrough 11 is inserted fluid-tight.
  • the feedthrough conductor 11 can be glued to the bushing insulator 10 or potted with this, it protrudes with its two ends out of the bushing insulator 10.
  • the feedthrough conductor 11 may be made in one piece, or as shown in the embodiment of several parts, here a feedthrough bolt 9, a contact sleeve 12, a contact pin 13 and a spring 14, exist.
  • the inside end 32 of the feed-through conductor 11, that is, the one which is located in the interior of the housing 3 when the earth-side bushing 5 is mounted on the housing cover 6, has an external thread.
  • the contact sleeve 12 is screwed. This is substantially cylindrical and has an internal thread at one end.
  • the contact sleeve 12 has an opening 34 into which the contact pin 13 is inserted. This has on the lying in the interior of the contact sleeve 12 side of a stop and protrudes through the opening 34 of the contact sleeve 12 and lies there against the ground-side end fitting 21 for making an electrical contact.
  • feedthrough conductor 11 and contact pin 13 a prestressed spring 14, shown here as a helical spring, is arranged, which presses the contact pin 13 against the earth-side end fitting 21.
  • Feedthrough conductor 11, contact sleeve 12, contact pin 13 and spring 14 are made of an electrically conductive material such as steel or aluminum. Both contact sleeve 12, as well as the insulating tube 7 have on their shell side openings on, through the insulating fluid can penetrate into the respective interior spaces.
  • the cap 18 has a flange 16 with holes for fastening means 17, shown here as screws on.
  • fastening means 17 By means of the fastening means 17, the earth-side bushing 5 is fixed to the housing cover 6.
  • a seal 15 seals the bushing 5 against the housing cover 6.
  • the shaft 19 could also be provided with an external thread and the lead-through opening 24 with an internal thread and the bushing 5 may be screwed directly into the housing cover 6.
  • the seal is then carried out in a suitable manner.
  • the bushing 5 is introduced from outside the housing 3 through a passage opening 24, which is arranged here in the cover 6, into the housing 3.
  • the flange 16 serves as a depth stop.
  • the contact pin 13 makes contact with the ground-side end fitting 21 ago.
  • a current path ie an electrical connection, from the ground-side end fitting 21 to the outside of the housing 3 arranged outside end 33 of the feedthrough 11 prepared.
  • This current path is electrically insulated by means of the feedthrough insulator 10 against the housing 3. Outside the housing 3, the feed-through conductor 11 can be connected directly to the earth as shown or via a monitoring device to the ground.
  • the fastening means 17 are released and the ground-side bushing 5 is pulled out of the housing 3 through the bushing opening 24.
  • a blind plug 30 is used there. This one can, as in FIG. 3 shown, for ease of centering have a shaft which projects into the passage opening 24, this is then made of electrically insulating material.
  • insulating fluid escapes from the housing 3. After mounting the dummy plug 30, it can be filled again with insulating fluid. After refilling the surge arrester 1 with insulating fluid, the voltage test of the switchgear can be performed. After the voltage test, the blind plug 30 is removed, the ground-side bushing 5 is re-assembled and the housing 3 is filled again with insulating fluid. The switchgear is ready for normal operation.

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Abstract

Überspannungsableiter (1) für eine fluidisolierte Schaltanlage, aufweisend - ein fluiddichtes Gehäuse (3), - eine erdseitige Durchführung (5) mit einem Durchführungsleiter (11), der einen gegen das Gehäuse (3) isolierten Strompfad vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses (3) bereitstellt und - ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes Aktivteil (2) mit einer zwischen einer hochspannungsseitigen und einer erdseitigen Endarmatur (20, 21) angeordneten Ableitsäule (23), wobei - die erdseitige Durchführung (5) zur Montage und Demontage mittels ausschließlicher Handhabung von außerhalb des Gehäuses (3) durch eine Durchführungsöffnung (24) im Gehäuse (3) hindurch führbar ist, wobei - im montierten Zustand die erdseitige Durchführung (5) die Durchführungsöffnung (24) fluiddicht verschließt und der Durchführungsleiter (11) in elektrischem Kontakt m) der erdseitigen Endarmatur (21) steht und wobei - im demontierten Zustand der erdseitigen Durchführung (5) der Durchführungsleiter (11) von der erdseitigen Endarmatur (21) getrennt ist und die Durchführungsöffnung (24) durch einen Blindstopfen (30) fluiddicht verschließbar ist, wobei - die erdseitige Endarmatur (21) in einem Abstand (D) zum Gehäuse (3) angeordnet ist, der derart dimensioniert ist, dass bei demontierter erdseitiger Durchführung (5) bei einer Spannungsprüfung der Schaltanlage kein elektrischer Überschlag zwischen dem Aktivteil (2) und dem Gehäuse (3) stattfindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Überspannungsableiter sind Schutzsysteme, beispielsweise für Schaltanlagen, die bei auftretenden Überspannungen durch Blitzeinschlag oder Fehlfunktionen anderer Teilsysteme diese Überspannungen zur Masse hin ableiten und so andere Bauteile der Schaltanlage schützen.
  • Ein derartiger Überspannungsableiter umfasst ein oder mehrere Aktivteile, die eine aus einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen aufgebaute Varistorsäule, auch als Ableitsäule bezeichnet, aufweisen. Varistorelemente zeichnen sich durch einen spannungsabhängigen Widerstand aus. Bei niedrigen Spannungen wirken diese als Isolatoren. Ab einer bestimmten Schwellenspannung, die materialabhängig ist, zeigen sie eine gute Leitfähigkeit. Häufig werden Varistorelemente aus Metalloxiden wie Zinkoxid hergestellt. Das Aktivteil wird an beiden Enden von Endarmaturen begrenzt, die den elektrischen Kontakt zur Schaltanlage und zur Masse herstellen. Um einen guten elektrischen Kontakt auch unter mechanischer Belastung zu gewährleisten, muss die Varistorsäule unter Druck zusammengehalten werden. Dies kann erfolgen, indem Zugelemente beispielsweise Seile oder Stäbe vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff in den Endarmaturen unter Zug eingespannt werden. Die Zugelemente umgeben dabei die Varistorsäule und bilden so einen Käfig um diese.
  • Für den Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen weisen Überspannungsableiter ein fluiddichtes Gehäuse auf, das das Aktivteil umgibt. Das Gehäuse ist dabei zur Erhöhung der Durchschlagfestigkeit mit einem Fluid, meist Schwefelhexafluorid, gefüllt. Das Gehäuse besteht meist aus Metall und ist elektrisch geerdet. Eine Endarmatur ist über einen durch das Gehäuse geführten Kontakt mit einem Erdanschluss verbunden. Die andere Endarmatur ist über eine Hochspannungs-Durchführung mit einem an der Außenseite des Gehäuses befindlichen Hochspannungsanschluss elektrisch verbunden, der dem Anschluss an die Schaltanlage dient. Der Überspannungsableiter stellt so eine Verbindung der Schaltanlage mit Erdpotential her.
  • Bei einem solchen Überspannungsableiter sind bestimmte Isolationsabstände insbesondere zwischen dem Gehäuse und Hochspannung führenden Teilen einzuhalten. Der Isolationsabstand ist allgemein der Abstand zweier Leiter, die unterschiedliches elektrisches Potential führen, bei dem es bei einer gegebenen Spannung nicht zu einem elektrischen Überschlag kommt. Der Isolationsabstand hängt von der Spannungsdifferenz der beiden elektrischen Potentiale und dem Medium im Zwischenraum zwischen den Leitern ab. Bei einer gasisolierten Schaltanlage ist für den Isolationsabstand meist der Abstand zwischen einem Hochspannung führenden Teil, wie dem Aktivteil eines Überspannungsableiters, und dem Erdpotential führenden Gehäuse maßgeblich. Sind bei einer gasisolierten Schaltanlage die wesentlichen Parameter, wie beispielsweise Nennspannung, geforderte Prüfspannungen und Art und Druck des Isolierfluids, bekannt, so kann der Fachmann die notwendigen Isolationsabstände berechnen.
  • Soll die Schaltanlage elektrisch getestet werden, zum Beispiel mittels einer Stoßspannungsprüfung, so muss wegen der dann auftretenden hohen Spannungen die Verbindung der Schaltanlage über den Überspannungsableiter zur Erde getrennt werden. Andernfalls würde der Überspannungsableiter die Spannung zur Erde ableiten und das Messergebnis verfälschen. Deswegen weisen Überspannungsableiter manchmal eine Trennvorrichtung auf, womit der Überspannungsableiter von der Schaltanlage getrennt werden kann. Diese Trennung kann zwischen Aktivteil und dem Hochspannungsanschluss oder zwischen dem Aktivteil und dem Erdanschluss erfolgen.
  • Bislang sind Überspannungsableiter bekannt, bei denen eine Trennung durch Öffnen einer Trennstelle innerhalb des Gehäuses erfolgt. Zum Betätigen dieser Trennstelle muss das Gehäuse über ein Mannloch geöffnet und die Trennstelle manuell betätigt werden.
  • Aus der WO 2012/168112 A1 ist ein Überspannungsableiter bekannt, dessen Aktivteil konzentrisch zum Hochspannungskontakt angeordnet ist. Eine von außen angetriebene bewegliche Steuerhaube dient dabei als Trennvorrichtung.
  • Aus der DE 10 2012 217 310.2 ist ein Überspannungsableiter mit drei Aktivteilen bekannt. Die Aktivteile sind radial nach außen versetzt zu den Hochspannungskontakten angeordnet. Ein durch die Endarmatur der Aktivteile geführtes Kontaktelement ist mittels einer von außen angetriebenen Schubstange in axialer Richtung verschiebbar und stellt die Verbindung zum Hochspannungskontakt her oder trennt diese.
  • Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass entweder das Gehäuse umständlich geöffnet werden muss, oder dass aufwändige Trennmechaniken erforderlich sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Überspannungsableiter mit einer Trennvorrichtung anzugeben, die ohne aufwändige Trennmechanik auskommt und die dennoch einfach zu betätigen ist.
  • Ein Überspannungsableiter für eine fluidisolierte Schaltanlage weist dazu ein fluiddichtes Gehäuse und eine erdseitige Durchführung mit einem Durchführungsleiter auf, der einen gegen das Gehäuse isolierten Strompfad vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses bereitstellt. Unter den Begriffen Leiter/leiten und Isolator/isolieren ist hier jeweils die entsprechende elektrische Eigenschaft gemeint. In dem Gehäuse ist ein Aktivteil angeordnet, das eine zwischen einer hochspannungsseitigen Endarmatur und einer erdseitigen Endarmatur angeordnete Ableitsäule aufweist. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität kann die Ableitsäule mittels Zugelementen zwischen den Endarmaturen eingespannt sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erdseitige Durchführung zur Montage und Demontage mittels ausschließlicher Handhabung von außerhalb des Gehäuses durch eine Durchführungsöffnung im Gehäuse hindurch führbar ist. Es ist dazu also kein Eingriff in das Innere des Gehäuses notwendig. Insbesondere ist keine Öffnung im Gehäuse, außer der durch die Demontage der Durchführung entstehenden Öffnung notwendig. Im montierten Zustand der erdseitigen Durchführung verschließt diese die Durchführungsöffnung fluiddicht und der Durchführungsleiter steht in elektrischem Kontakt mit der erdseitigen Endarmatur. Im demontierten Zustand der erdseitigen Durchführung ist der Durchführungsleiter von der erdseitigen Endarmatur getrennt, steht also nicht in elektrischem Kontakt zu dieser. Die Durchführungsöffnung ist durch einen Blindstopfen fluiddicht verschließbar. Die erdseitige Endarmatur ist in einem Abstand D zum Gehäuse angeordnet, der derart dimensioniert ist, dass bei demontierter erdseitiger Durchführung bei einer Spannungsprüfung der Schaltanlage kein elektrischer Überschlag zwischen dem Aktivteil und dem Gehäuse stattfindet. Dieser Abstand D ist abhängig von der höchsten auftretenden Spannung bei den für diese Schaltanlage geforderten Spannungsprüfungen und weiteren Parametern der Schaltanlage wie Art des Isolationsfluids und dessen Druck. Da der Überspannungsableiter an diese Parameter angepasst sein muss, stehen diese bei der Auslegung des Überspannungsableiters fest und der Fachmann kann den notwendigen Mindestabstand D berechnen, der dem Isolationsabstand bei den gegebenen Parametern der Schaltanlage entspricht. Bei einem solchen Überspannungsableiter wird die Trennung des Überspannungsableiters von der Schaltanlage durch eine Demontage der erdseitigen Durchführung erreicht. Das Aktivteil bleibt dabei noch mit der Schaltanlage verbunden, die Verbindung von Aktivteil und Erde wird jedoch getrennt, so dass kein Strom von der Schaltanlage über das Aktivteil zur Erde fließen kann. Somit können die erforderlichen Spannungsprüfungen der Schaltanlage durchgeführt werden. Die Montage und Demontage der erdseitigen Durchführung ist einfach zu bewerkstelligen und ein solcher Überspannungsableiter kostengünstig herzustellen.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die erdseitige Durchführung einen Durchführungsisolator auf, der den Durchführungsleiter radial umschließt. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Isolierung des Durchführungsleiters und damit des Strompfades gegen das Gehäuse zu erreichen.
  • Vorteilhaft weist der Durchführungsisolator einen den Durchführungsleiter radial umschließenden Schaft auf, wobei der Durchführungsleiter mit einem innenseitigen und einem außenseitigen Ende aus dem Schaft herausragt. Der Durchführungsleiter ist bolzen- oder stiftartig ausgeführt. Sein innenseitiges Ende liegt bei montierter erdseitiger Durchführung innerhalb des Gehäuses, sein dieser gegenüberliegendes außenseitiges Ende liegt dann außerhalb des Gehäuses. Der Schaft kann sich bei montierter erdseitiger Durchführung durch die Durchführungsöffnung hindurch in das Gehäuse hinein erstrecken. Eine solche Ausführung gewährleistet eine besonders gute Isolation, insbesondere in der letztgenannten Ausführung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Durchführungsisolator einen den Schaft ringförmig umgebenden Flansch auf, mittels dessen die erdseitige Durchführung am Gehäuse befestigbar ist. Hierdurch ist die erdseitige Durchführung besonders einfach zu montieren und demontieren.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchführungsisolator aus einem Gießharz hergestellt, das um den Durchführungsleiter herum gegossen ist. Eine solche Durchführung ist leicht herzustellen und gewährleistet auf einfache Weise eine hohe Dichtigkeit.
  • Vorzugsweise weist der Durchführungsleiter einen vom Durchführungsisolator radial umschlossenen Durchführungsbolzen, eine an dessen innenliegendem Ende befestigte Kontakthülse und einen in der Kontakthülse federnd gelagerten Kontaktstift zur Herstellung des Kontakts mit der erdseitigen Endarmatur auf. Kontakthülse und Durchführungsbolzen können beispielsweise miteinander verschraubt sein. Ein derart gestalteter Durchführungsleiter gewährleistet unabhängig von Fertigungstoleranzen einen guten Kontakt zur erdseitigen Endarmatur auch bei mehrfacher Montage und Demontage der erdseitigen Durchführung.
  • Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die erdseitige Endarmatur von einem Schirmring mit abgerundeten Außenkanten radial umschlossen ist. Ein solcher vorzugsweise aus einem leitenden Material hergestellter Schirmring sorgt während einer Spannungsprüfung bei demontierter erdseitiger Durchführung für eine homogenere Feldverteilung der an der erdseitigen Endarmatur anliegenden Hochspannung durch Abschirmung derer Ecken und Kanten.
  • Es wird auch bevorzugt, dass zwischen der erdseitigen Endarmatur und dem Gehäuse ein Isolierrohr angeordnet ist, durch welches sich bei montierter erdseitiger Durchführung der Durchführungsleiter erstreckt. Das Isolierrohr dient dabei einerseits als Abstandhalter zwischen erdseitiger Endarmatur und Gehäuse und gewährleistet die Einhaltung des Abstandes D und andererseits als Führung für die erdseitige Durchführung. Eine solche Anordnung ist besonders platzsparend.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine Teilschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Überspannungsableiters,
    Figur 2
    eine Detaildarstellung eines Ausschnitts aus Figur 1,
    Figur 3
    einen Querschnitt durch einen Blindstopfen.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figur 1 zeigt einen aufgeschnittenen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter 1, die Figur 2 einen Ausschnitt aus der Umgebung einer erdseitigen Durchführung. In einem fluiddichten Gehäuse 3 sind drei Aktivteile 2 angeordnet, von denen hier lediglich zwei sichtbar sind. Das Gehäuse 3 ist im Wesentlichen zylindrisch. Es weist an einer hochspannungsseitigen Stirnseite eine Hochspannungsdurchführung 4 und an einer erdseitigen Stirnseite einen Gehäusedeckel 6 auf, die das Gehäuse 3 fluiddicht verschließen. Die Aktivteile 2 weisen eine zylindrische, sich entlang einer Längsachse 40 erstreckende Ableitsäule 23 auf, die an ihren Stirnseiten von Endarmaturen 20, 21 begrenzt ist. Durch die Längsachse 40 sind axiale, also parallel zu dieser verlaufende und radiale, also senkrecht zu dieser verlaufende Richtungen definiert. Für eine hohe mechanische Stabilität sind um die Ableitsäule 23 herum Zugelemente 22 angeordnet, die unter Zug in den Endarmaturen 20, 21 verspannt sind. Am hochspannungsseitigen Ende umgibt eine Schirmhaube 29 die dortige Endarmatur 20. Ansonsten entsprechen die Aktivteile 2 im Wesentlichen den in der DE 10 2012 217 310.2 beschriebenen, dort als Ableitelemente bezeichneten. Wegen der bei der Prüfung der Schaltanlage an der erdseitigen Endarmatur 21 anliegenden Hochspannung kann die erdseitige Endarmatur 21 von einem Schirmring 25 umgeben sein. Dieser Schirmring 25 weist zur Vermeidung von Spannungsspitzen abgerundete Außenkanten auf. Er ist im Querschnitt L-förmig ausgestaltet und umgibt die erdseitige Endarmatur 21 auf ihrer Mantelseite und ihrer erdseitigen Stirnseite.
  • Die Hochspannungsdurchführung 4 besteht aus einem Rahmen 26, meist aus Metall, der einen scheibenförmigen Durchführungsisolator 27 aus einem elektrisch isolierenden Material wie Gießharz, ringförmig umgibt. In den Durchführungsisolator 27 ist für jede der im Gehäuse 3 angeordneten Aktivteile 2 ein Hochspannungskontakt 28 eingesetzt. Über den Hochspannungskontakt 28 kann das elektrische Hochspannungspotential ohne Gefahr eines Überschlags zwischen Hochspannung und geerdetem Gehäuse 3 von außen in das Gehäuse 3 hinein geführt werden. Jedes Aktivteil 2 ist über seine hochspannungsseitige Endarmatur 20 innerhalb des Gehäuses 3 mit einem der Hochspannungskontakte 28 elektrisch verbunden. Außerhalb des Gehäuses 3 ist der Hochspannungskontakt 28 mit einem entsprechenden Hochspannungskontakt einer Schaltanlage verbunden.
  • Der Gehäusedeckel 6 verschließt das Gehäuse 3 auf seiner erdseitigen Stirnseite fluiddicht. Für jedes Aktivteil führt eine erdseitige Durchführung 5 eine elektrische Verbindung fluiddicht und elektrisch gegen diesen isoliert durch den Gehäusedeckel 6 von außen in das Gehäuse 3 hinein. Der Gehäusedeckel 6 kann auch eine Druckausgleichseinrichtung aufweisen. Diese besteht im Wesentlichen aus einer mit einer Membran verschlossenen Öffnung. Beim Anstieg des Innendrucks im Gehäuse 3 über einen festgelegten Wert reißt diese Membran und entlässt den Druck nach außen. Die Druckausgleichseinrichtung kann alternativ auch in einer anderen Wand des Gehäuses 3 angeordnet sein. Außerdem kann der Gehäusedeckel 6 weitere, hier nicht dargestellte Einrichtungen, wie zum Beispiel eine Füll- und Ablassvorrichtung für Isolierfluid, aufweisen.
  • Zwischen dem Gehäusedeckel 6 und dem Aktivteil 2 ist ein Isolierrohr 7 angeordnet, das als Abstandhalter zwischen erdseitiger Endarmatur 21 und Gehäusedeckel 6 dient und so die Einhaltung eines Abstandes D gewährleistet. Das Aktivteil 2 stützt sich mit seiner erdseitigen Endarmatur 21 auf dem Isolierrohr 7 ab. Alternativ kann das Aktivteil 2 derart mit seiner hochspannungsseitigen Endarmatur 20 am Hochspannungskontakt 28 befestigt sein, dass sein erdseitiges Ende mit der Endarmatur 21 frei hängend ist. In beiden Fällen ist die erdseitige Endarmatur 21 über einen Abstand D vom Gehäuse 3 beabstandet. Zum Gehäuse 3 zählen dabei alle Teile, die elektrisch leitend und mit dem Gehäuse 3 elektrisch verbunden sind, also dasselbe elektrische Potential aufweisen, wie das Gehäuse 3 selbst, insbesondere auch der Gehäusedeckel 6.
  • Der Abstand D der erdseitigen Endarmatur 21 vom Gehäuse 3 ist so dimensioniert, dass bei den bei der Spannungsprüfung auftretenden Spannungen kein elektrischer Überschlag zwischen dem Aktivteil 2 und dem Gehäuse 3 auftritt. Im Normalbetrieb, wenn also die erdseitige Endarmatur 21 mit der Erde verbunden ist, ist der Spannungsabfall über das Aktivteil 2 so groß, dass kein elektrischer Überschlag zwischen spannungführenden Teilen, wie dem Durchführungsleiter 11 und dem Gehäusedeckel 6 stattfindet. Bei den bekannten Überspannungsableitern, bei denen eine Trennung von der Schaltanlage auf der Hochspannungsseite erfolgt, Ist der Abstand D relativ klein, da an der erdseitigen Endarmatur nur relativ kleine Spannungen auftreten. Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter ist der Abstand D deutlich größer, da hier im Falle der Spannungsprüfung durch Demontage der erdseitigen Durchführung 5 eine Trennung der erdseitigen Endarmatur 21 von der Erde erfolgt und somit kein Strom über das Aktivteil fließen kann und so die sonst nur an der hochspannungsseitigen Endarmatur 22 anliegende Hochspannung auch an der erdseitigen Endarmatur 21 anliegt. Deswegen muss der Abstand D und damit der Isolationsabstand hier auf die deutlich höhere Spannung angepasst sein.
  • Das Isolierrohr 7 ist mit einem Ende in eine Vertiefung des Gehäusedeckels 6 eingesteckt und mit einem zweiten Ende in eine Vertiefung der erdseitigen Endarmatur 21. Dies vereinfacht die Montage, da Aktivteil 2, Isolierrohr 7 und Gehäusedeckel 6 so einfach zusammengesteckt werden können und dabei gleichzeitig gegeneinander zentriert werden.
  • Die erdseitige Durchführung 5, das Isolierrohr 7 und das Aktivteil 2 sind hier koaxial zur Längsachse 40 dargestellt. Dies stellt eine bevorzugte, da besonders platzsparende Ausführung dar, die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf diese Anordnung. So können die Achsen der erdseitigen Durchführung 5 und des Isolierrohres 7 nebeneinander angeordnet sein.
  • Die erdseitige Durchführung 5 weist einen aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunstharz hergestellten Durchführungsisolator 10, auf. Dieser besteht aus einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Kappe 18 und einem von dieser Kappe 18 durch eine Durchführungsöffnung 24 im Gehäusedeckel 6 in das Gehäuse 3 hinein ragenden Schaft 19. Eine Bohrung durchdringt Kappe 18 und Schaft 19 vollständig. In diese Bohrung ist ein stift- oder bolzenartiger Durchführungsleiter 11 fluiddicht eingesetzt. Der Durchführungsleiter 11 kann mit dem Durchführungsisolator 10 verklebt oder mit diesem vergossen sein, er ragt mit seinen beiden Enden aus dem Durchführungsisolator 10 heraus.
  • Der Durchführungsleiter 11 kann einstückig ausgeführt sein, oder wie im gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren Teilen, hier einem Durchführungsbolzen 9, einer Kontakthülse 12, einem Kontaktstift 13 und einer Feder 14, bestehen.
  • Das innenseitige Ende 32 des Durchführungsleiters 11, also dasjenige, das bei am Gehäusedeckel 6 montierter erdseitiger Durchführung 5 im Inneren des Gehäuses 3 liegt, weist ein Außengewinde auf. Auf dieses Außengewinde ist die Kontakthülse 12 aufgeschraubt. Diese ist im Wesentlichen zylindrisch und weist an einem Ende ein Innengewinde auf. Am dazu gegenüberliegenden Ende weist die Kontakthülse 12 eine Öffnung 34 auf, in die der Kontaktstift 13 eingesteckt ist. Dieser weist auf der im Inneren der Kontakthülse 12 liegenden Seite einen Anschlag auf und ragt durch die Öffnung 34 aus der Kontakthülse 12 hinaus und liegt dort an der erdseitigen Endarmatur 21 zur Herstellung eines elektrischen Kontakts an. Zwischen Durchführungsleiter 11 und Kontaktstift 13 ist eine vorgespannte Feder 14, hier als Schraubenfeder dargestellt, angeordnet, die den Kontaktstift 13 gegen die erdseitige Endarmatur 21 drückt. Durchführungsleiter 11, Kontakthülse 12, Kontaktstift 13 und Feder 14 sind aus einem elektrisch leitenden Material wie Stahl oder Aluminium hergestellt. Sowohl Kontakthülse 12, als auch das Isolierrohr 7 weisen auf ihrer Mantelseite Öffnungen auf, durch die Isolierfluid in die jeweiligen Innenräume eindringen kann.
  • Die Kappe 18 weist einen Flansch 16 mit Löchern für Befestigungsmittel 17, hier als Schrauben dargestellt, auf. Mittels der Befestigungsmittel 17 ist die erdseitige Durchführung 5 am Gehäusedeckel 6 befestigt. Eine Dichtung 15 dichtet die Durchführung 5 gegen den Gehäusedeckel 6 ab. Alternativ zu der Befestigung mittels Flansch 16 und Befestigungsmittel 17 könnte der Schaft 19 auch mit einem Außengewinde und die Durchführungsöffnung 24 mit einem Innengewinde versehen und die Durchführung 5 direkt in den Gehäusedeckel 6 eingeschraubt sein. Gegebenenfalls ist die Abdichtung dann in geeigneter Weise auszuführen.
  • Zur Montage der Durchführung 5 an dem Überspannungsableiter 1 wird die Durchführung 5 von außerhalb des Gehäuses 3 durch eine Durchführungsöffnung 24, die hier im Deckel 6 angeordnet ist, in das Gehäuse 3 eingeführt. Der Flansch 16 dient dabei als Tiefenanschlag. Mittels der Befestigungsmittel 17 wird die Durchführung am Gehäuse 3, hier am Deckel 6, befestigt. Der Kontaktstift 13 stellt einen Kontakt mit der erdseitigen Endarmatur 21 her. Über den Kontaktstift 13, die Kontakthülse 12, den Durchführungsbolzen 9 und gegebenenfalls die Feder 14 wird ein Strompfad, also eine elektrische Verbindung, von der erdseitigen Endarmatur 21 zum außerhalb des Gehäuses 3 angeordneten außenseitigen Ende 33 des Durchführungsleiters 11 hergestellt. Dieser Strompfad ist mittels des Durchführungsisolators 10 gegen das Gehäuse 3 elektrisch isoliert. Außerhalb des Gehäuses 3 kann der Durchführungsleiter 11 wie dargestellt direkt mit der Erde oder über ein Überwachungsgerät mit der Erde verbunden werden.
  • Alle zur Montage notwendigen Handhabungen sind von außerhalb des Gehäuses 3 ausführbar. Ein Eingriff von innerhalb des Gehäuses 3 ist nicht notwendig.
  • Soll eine Spannungsprüfung der Schaltanlage vorgenommen werden, muss entweder die Verbindung des Aktivteils 2 mit der Schaltanlage oder mit Erdpotential getrennt werden. Bei der vorliegenden Erfindung geschieht dies durch Trennung des Aktivteils 2 von der Erde, indem die erdseitige Durchführung 5 mit dem Durchführungsleiter 11 demontiert und damit die Verbindung der erdseitigen Endarmatur 21 mit der Erde unterbrochen wird.
  • Zur Demontage der erdseitigen Durchführung 5 werden die Befestigungsmittel 17 gelöst und die erdseitige Durchführung 5 durch die Durchführungsöffnung 24 aus dem Gehäuse 3 herausgezogen. Zum fluiddichten Verschluss der Durchführungsöffnung 24 wird dort ein Blindstopfen 30 eingesetzt. Dieser kann, wie in Figur 3 gezeigt, zur leichteren Zentrierung einen Schaft aufweisen, der in die Durchführungsöffnung 24 hinein ragt, dieser ist dann aus elektrisch isolierendem Material auszuführen.
  • Sowohl alle zur Demontage der erdseitigen Durchführung 5, als auch die zur Montage des Blindstopfens 30 notwendigen Handhabungen sind ebenfalls ausschließlich von außerhalb des Gehäuses 3 ausführbar.
  • Bei der Demontage der erdseitigen Durchführung 5 entweicht Isolierfluid aus dem Gehäuse 3. Nach der Montage des Blindstopfens 30 kann es wieder mit Isolierfluid gefüllt werden. Nach dem Wiederbefüllen des Überspannungsableiters 1 mit Isolierfluid kann die Spannungsprüfung der Schaltanlage durchgeführt werden. Nach der Spannungsprüfung wird der Blindstopfen 30 entfernt, die erdseitige Durchführung 5 wieder montiert und das Gehäuse 3 erneut mit Isolierfluid gefüllt. Die Schaltanlage ist damit bereit für den Normalbetrieb.

Claims (8)

  1. Überspannungsableiter (1) für eine fluidisolierte Schaltanlage, aufweisend
    - ein fluiddichtes Gehäuse (3),
    - eine erdseitige Durchführung (5) mit einem Durchführungsleiter (11), der einen gegen das Gehäuse (3) isolierten Strompfad vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses (3) bereitstellt und
    - ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes Aktivteil (2) mit einer zwischen einer hochspannungsseitigen und einer erdseitigen Endarmatur (20, 21) angeordneten Ableitsäule (23),
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die erdseitige Durchführung (5) zur Montage und Demontage mittels ausschließlicher Handhabung von außerhalb des Gehäuses (3) durch eine Durchführungsöffnung (24) im Gehäuse (3) hindurch führbar ist, wobei
    - im montierten Zustand die erdseitige Durchführung (5) die Durchführungsöffnung (24) fluiddicht verschließt und der Durchführungsleiter (11) in elektrischem Kontakt zu der erdseitigen Endarmatur (21) steht und wobei
    - im demontierten Zustand der erdseitigen Durchführung (5) der Durchführungsleiter (11) von der erdseitigen Endarmatur (21) getrennt ist und die Durchführungsöffnung (24) durch einen Blindstopfen (30) fluiddicht verschließbar ist, wobei
    - die erdseitige Endarmatur (21) in einem Abstand (D) zum Gehäuse (3) angeordnet ist, der derart dimensioniert ist, dass bei demontierter erdseitiger Durchführung (5) bei einer Spannungsprüfung der Schaltanlage kein elektrischer Überschlag zwischen dem Aktivteil (2) und dem Gehäuse (3) stattfindet.
  2. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erdseitige Durchführung (5) einen Durchführungsisolator (10) aufweist, der den Durchführungsleiter (11) radial umschließt.
  3. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Durchführungsisolator (10) einen den Durchführungsleiter (11) radial umschließenden Schaft (19) aufweist, wobei der Durchführungsleiter (11) mit einem innenseitigen und einem außenseitigen Ende (32, 33) aus dem Schaft (19) herausragt.
  4. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Durchführungsisolator (10) einen den Schaft (19) ringförmig umgebenden Flansch (16) aufweist, mittels dessen die erdseitige Durchführung (5) am Gehäuse (3) befestigbar ist.
  5. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Durchführungsisolator (10) aus einem Gießharz hergestellt ist, das um den Durchführungsleiter (11) herum gegossen ist.
  6. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Durchführungsleiter (11) einen vom Durchführungsisolator (10) radial umschlossenen Durchführungsbolzen (9), eine an dessen innenliegendem Ende (32) befestigte Kontakthülse (12) und einen in der Kontakthülse federnd gelagerten Kontaktstift (13) zur Herstellung des Kontakts mit der erdseitigen Endarmatur (21) aufweist.
  7. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erdseitige Endarmatur (21) von einem Schirmring (25) mit abgerundeten Außenkanten radial umschlossen ist.
  8. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der erdseitigen Endarmatur (21) und dem Gehäuse (3) ein Isolierrohr (7) angeordnet ist, durch welches sich der Durchführungsleiter (11) erstreckt.
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