Beschreibung
Überspannungsabieiter Die Erfindung betrifft einen Überspannungsabieiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Überspannungsabieiter 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 Überspannungsabieiter umfasst ein oder mehrere zylindrische Ableitelemente, die eine aus einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen aufgebaute Varistorsäule 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 Ableitelement wird an beiden Enden von End¬ armaturen begrenzt, die den elektrischen Kontakt zur Schalt¬ anlage 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 Zugele- mente umgeben dabei die Varistorsäule und bilden so einen Käfig um diese.
Für den Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen weisen
Überspannungsabieiter ein fluiddichtes Gehäuse auf, das das Ableitelement 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 der Ab-
leitsäule ist über einen durch das Gehäuse geführten Kontakt geerdet. Die andere Endarmatur ist über eine Durchführung mit einem an der Außenseite des Gehäuses befindlichen Kontakt elektrisch verbunden, der dem Anschluss an die Schaltanlage dient.
Soll die Schaltanlage elektrisch getestet werden, so muss wegen der dann auftretenden hohen Spannungen der
Überspannungsabieiter von der Schaltanlage getrennt werden. Andernfalls würde der Überspannungsabieiter die Spannung zur Erde ableiten und das Messergebnis würde verfälscht.
Bislang sind Überspannungsabieiter bekannt, die eine Trennstelle aufweisen, womit der Überspannungsabieiter von der Schaltanlage getrennt werden kann. Zum Betätigen dieser Trennstelle muss das Gehäuse geöffnet werden, wodurch
Schwefelhexafluorid austreten kann. Da Schwefelhexafluorid ein schädliches Treibhausgas ist, ist dies höchst unerwünscht und somit nachteilig.
Aus der JP 10322822-A ist ein gattungsgemäßer
Überspannungsabieiter bekannt, bei dem die Ableitsäule von der Schaltanlage getrennt wird, indem die Anordnung aus Ab¬ leitsäule und Steuerhaube gemeinsam bewegt wird und so eine elektrische Verbindung hergestellt oder unterbrochen wird. Zur Betätigung wird hierbei eine lineare Bewegung gasdicht durch die Gehäusewand ausgeführt.
In der internationalen Anmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen PCT/EP2012/059973 ist ein Überspannungsabieiter beschrieben, bei dem die Steuerhaube gegen das Ableitelement verschoben werden kann und so eine Trennstelle geöffnet oder geschlossen werden kann. Nachteilig an den Lösungen aus dem Stand der Technik ist, dass eine aufwendige Mechanik notwendig ist, dass große Massen bewegt werden müssen und dass der Raumbedarf hoch ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Überspannungsabieiter anzugeben, der eine von außen
betätigbare Trennstelle aufweist, mit einer einfachen Mechanik mit möglichst kleinen zu bewegenden Massen.
Die Aufgabe wird mit den Mitteln der Erfindung gemäß Patent¬ anspruch 1 gelöst.
Dabei sieht die Erfindung einen Überspannungsabieiter mit ei- nem fluiddichten Gehäuse vor. Das Gehäuse weist einen Erdkontakt und einen Hochspannungskontakt auf, wobei der Erdkontakt und der Hochspannungskontakt jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses elektrisch verbinden. Ein in dem Gehäuse angeordnetes Ableitelement weist eine zwischen zwei Endarmatu- ren mittels Zugelementen eingespannte Ableitsäule auf. Über ein mittels einer Verschiebeeinrichtung in einer axialen Richtung verschiebbares Kontaktelement ist von außerhalb des Gehäuses eine elektrische Verbindung vom Erdkontakt zum Hoch¬ spannungskontakt über das Ableitelement herstellbar bezie- hungsweise unterbrechbar. Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement in einer Bohrung einer Endarmatur geführt. Dadurch ist der Überspannungsabieiter sehr kompakt ausführbar. Außerdem ist durch die Führung des Kontaktelementes in der Bohrung der Endarmatur eine mechanisch einfache aber dennoch zuverlässige Konstruktion möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kontaktelement mit der Verschiebeeinrichtung in der axialen Richtung federnd verbunden. Hierdurch können auf einfache Weise Längentoleranzen der Verschiebeeinrichtung ohne aufwendige Justagevorrichtungen ausgeglichen werden.
Ferner wird bevorzugt, dass mehrere, insbesondere drei, Ableitelemente mit jeweils einem Kontaktelement in dem Gehäuse angeordnet sind. Dabei weist das Gehäuse für jedes Ableitele¬ ment jeweils einen Hochspannungskontakt auf und die Kontaktelemente sind mittels der Verschiebeeinrichtung gemeinsam verschiebbar. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich ei-
nen mehrpoligen gekapselten Überspannungsabieiter zu bauen, der für jeden Pol eine eigene Trennstelle aufweist, die Trennstellen jedoch gemeinsam bedienbar sind. Besonders vorteilhaft weist die Verschiebeeinrichtung je Ableitelement eine mit dem Kontaktelement verbundene Schubstan¬ ge auf. Außerdem weist die Verschiebeeinrichtung eine vom Inneren des Gehäuses gasdicht nach Außen geführte und außerhalb des Gehäuses durch eine Betätigungseinrichtung bewegbare Zentralstange auf. Dabei ist zur Übertragung einer Bewegung der Betätigungseinrichtung auf die Kontaktelemente ein Koppelelement mit der Zentralstange und mit den Schubstangen verbunden. Hierdurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, mehrere Trennstellen in einem Überspannungsabieiter ge- meinsam mit einer einzigen Betätigungseinrichtung von außerhalb des Gehäuses zu bedienen.
Vorzugsweise bildet die Zentralstange mit dem Koppelelement einen Gewindeantrieb, der eine rotierende Bewegung der Zent- ralstange in eine lineare Bewegung des Koppelelementes überträgt. Die Zentralstange weist dazu ein Außengewinde auf, das Koppelelement ein entsprechendes Innengewinde. Vorzugsweise sind beide Gewinde Trapezgewinde. Dies ermöglicht einen be¬ sonders einfachen und kompakten Antrieb für die Bewegung der Kontaktelemente.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 einen erfindungsgemäßen Überspannungsabieiter in einer Schnittdarstellung mit geschlossener Trennstelle,
Figur 2 einen erfindungsgemäßen Überspannungsabieiter in einer Schnittdarstellung mit geöffneter Trennstelle,
Figur 3 eine Detaildarstellung des Koppelelementes.
Figur 4 eine Detaildarstellung der Trennstelle,
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Überspannungsabieiter 1 in Schnittdarstellung. In einem fluiddichten Gehäuse 2 sind hier drei Ableitelemente 5 angeordnet, die für den Schutz einer dreiphasigen gasisolierten Schaltanlage vorgesehen sind. Die- se Ableitelemente 5 weisen jeweils eine zylindrische Ableit¬ säule 12, eine hochspannungsseitige Endarmatur 7, eine erd- seitige Endarmatur 6 und mehrere Zugelemente 11 auf. Die Ableitsäule 12 ist aus einzelnen, ebenfalls zylindrischen Varistorblöcken zusammengesetzt. Die Endarmaturen 6, 7 beste- hen meist aus elektrisch leitendem Material. Die Zugelemente 12 sind in den Endarmaturen 6, 7 unter Zug verpresst und halten so die Ableitsäule 12 zusammen. In die Ableitsäule 12 sind Haltescheiben 24 eingefügt, die Löcher aufweisen, durch die die Zugelemente 12 geführt sind und so das Ableitelement 5 zusätzlich stabilisieren.
Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen zylinderförmig. Entlang der Zylinderachse erstreckt sich die Längsachse 50, die eine axi¬ ale Richtung definiert. Das Ableitelement 5 ist entlang die- ser Längsachse 50 ausgerichtet. An den beiden Deckflächen ist das Gehäuse 2 fluiddicht verschlossen.
Auf einer Erdanschlussseite des Ableitelementes 5 ist die Deckfläche des Gehäuses 2 mit einem einfachen Gehäusedeckel 22 verschlossen. Ein Erdkontakt 3 ist elektrisch isoliert durch diesen Gehäusedeckel 22 vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses 2 geführt und dient dem Erdungsanschluss. Im Inneren des Gehäuses 2 ist dieser Erdkontakt 3 elektrisch leitend mit dem Ableitelement 5 beispielsweise mit einem Kabel 13 verbun- den. Die erdseitige Endarmatur 6 ist an dem Gehäusedeckel 22 befestigt und gegen die Ableitsäule 12 durch ein isolierendes Zwischenstück 25 elektrisch isoliert. Der Gehäusedeckel 22 weist in der Regel einen hier nicht dargestellten Anschluss
auf, über den Fluid, beispielsweise Schwefelhexafluorid, in das Gehäuse 2 eingefüllt, beziehungsweise abgelassen werden kann. Das Gehäuse 2 kann außerdem weitere Einrichtungen wie eine Wartungsöffnung 21 aufweisen.
Auf einer Hochspannungsanschlussseite des Ableitelementes 5 ist die Deckfläche des Gehäuses 2 mit einer Hochspannungsdurchführung 14 versehen, um das elektrische Hochspannungspotential ohne Gefahr eines Überschlags zwischen Hochspannung und geerdetem Gehäuse 2 von außen in das Gehäuse 2 hinein zu führen. Die Durchführung 14 ist hier als dreipolige Durchführung 14 ausgeführt, die drei gegeneinander und gegen das Gehäuse isolierte Hochspannungskontakte 4 in das Gehäuse 2 hinein führt. Über die Hochspannungskontakte 4 kann der
Überspannungsabieiter 1 an eine hier nicht dargestellte dreiphasige gasisolierte Schaltanlage angeschlossen werden. Im Inneren des Gehäuses 2 ragen die Hochspannungskontakte 4 fingerartig in das Gehäuse 2 hinein. Der Abstand zwischen hochspannungsseitiger Endarmatur 7 und jeweiligem Hochspannungskontakt 4 bildet eine Trennstelle 10. Diese Trennstelle 10 kann mit einem Kontaktelement 9 ge¬ schlossen werden. Dieses Kontaktelement 9 ist als Stift oder Hülse zylindrisch ausgeführt, und kann in einer Bohrung 26 der hochspannungsseitigen Endarmatur 7 in axialer Richtung bewegt werden. Bohrung 26 und Kontaktelement 9 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sowohl eine mechanische Führung, als auch eine gute elektrische Verbindung zwischen Kontaktelement 9 und Endarmatur 7 besteht. Alternativ können
Schleif- oder Gleitkontakte die elektrische Verbindung herstellen. Wird das Kontaktelement 9 zum Hochspannungskontakt 4 bewegt, so wird die Trennstelle 10 schließlich geschlossen. Es besteht dann eine elektrische Verbindung von der Schaltanlage über den Hochspannungskontakt 4 ins Innere des Gehäuses 2, über das Kontaktelement 9, die hochspannungsseitige Endar¬ matur 7, die Ableitsäule 12, das Erdkabel 13 schließlich zum geerdeten Erdkontakt 3. Wird das Kontaktelement 9 vom Hochspannungskontakt 4 weg bewegt, so wird die Trennstelle 10 ge-
öffnet und das Ableitelement 5 hat keine elektrische Verbin¬ dung mehr zum Hochspannungskontakt 4 und damit zur Schaltan¬ lage . Die Bewegung des Kontaktelementes 9 geschieht mittels einer Verschiebeeinrichtung 8. Diese weist eine Betätigungseinrich¬ tung 23, eine Zentralstange 16, ein Koppelelement 17 und Schubstangen 15 auf. Die außerhalb des Gehäuses 2 liegende Betätigungseinrichtung 23 ist mit einer Zentralstange 16 ver- bunden, die gasdicht in das Gehäuse 2 geführt ist. Auf der
Zentralstange 16 ist im Inneren des Gehäuses 2 das Koppelelement 17 angeordnet. Zentralstange 16 und Koppelelement 17 bilden dabei einen Gewindeantrieb, indem die Zentralstange 16 ein Außengewinde und das Koppelelement 17 ein entsprechendes Innengewinde, beispielsweise ein Trapezgewinde aufweist. An dem Koppelelement 17 ist je Ableitelement 5 ein radial nach außen zeigender Arm 19 angeordnet, an dessen äußeren Ende ein Verbindungselement 20 zur Aufnahme der Schubstangen 15 ange¬ ordnet ist. Figur 3 zeigt ein solches Koppelelement. Die Schubstangen 15 sind mit einem Ende in diesem Verbindungselement 20 festgelegt und mit dem anderen Ende mit dem Kontaktelement 9 verbunden. Die Verbindung der Schubstange 15 mit dem Kontaktelement 9 ist wie in Figur 4 gezeigt federnd aus¬ geführt. Dazu ist die Schubstange 15 in eine Bohrung 30 des Kontaktelementes 9 eingeführt. Eine ringförmige Manschette 33 bildet einen Anschlag für eine Feder 32 hier als Schraubenfeder dargestellt, die auf das Ende der Schubstange 15 aufgefä¬ delt ist. Eine Schulter am Übergang der Bohrung 30 zu einer im Durchmesser weiteren Bohrung 31 bildet einen weiteren An- schlag für die Feder 32. Die Bohrung 31 ist am Ende mit einem Stopfen 34 verschlossen, durch den die Schubstange 15 geführt ist. Der Stopfen 34 verhindert, dass die Schubstange 15 aus der Bohrung 31 heraus gezogen werden kann. Wird das Kontaktelement 9 mittels der Schubstange 15 an den Hochspannungskon- takt 4 heran bewegt, so wird, falls die Schubstange 15 weiter in Richtung des Hochspannungskontaktes 9 bewegt wird, die Feder 32 zwischen der Manschette 33 und der Schulter zwischen
den Bohrungen 30 und 31 gespannt und erzeugt eine Anpress¬ kraft des Kontaktelementes 9 an den Hochspannungskontakt 4.
Wird die Betätigungseinrichtung 23 gedreht, so dreht sich die Zugstange 16 im Inneren des Gehäuses 2 und überträgt die rotierende Bewegung der Betätigungseinrichtung 23 mittels des Koppelelementes 17 auf die Schubstangen 15 und damit auf die Kontaktelemente 9. Je nach Bewegungsrichtung wird dabei die Trennstelle 10 geöffnet oder geschlossen.