WO2020233944A1 - Abtrennvorrichtung für einen überspannungsableiter und anordnung - Google Patents

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WO2020233944A1
WO2020233944A1 PCT/EP2020/061574 EP2020061574W WO2020233944A1 WO 2020233944 A1 WO2020233944 A1 WO 2020233944A1 EP 2020061574 W EP2020061574 W EP 2020061574W WO 2020233944 A1 WO2020233944 A1 WO 2020233944A1
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separating device
surge arrester
housing
separating
fuse
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PCT/EP2020/061574
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Thomas Koch
Bernd Kruska
Werner LESSE
Matthias Schubert
Jörg Teichmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/165—Casings
    • H01H85/17—Casings characterised by the casing material
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    • H01H85/02—Details
    • H01H85/30—Means for indicating condition of fuse structurally associated with the fuse
    • H01H85/303—Movable indicating elements
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    • H01H85/44—Structural association with a spark-gap arrester
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    • 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
    • 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
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps

Definitions

  • Disconnection device for a surge arrester
  • the invention relates to a disconnection device for a surge arrester according to the preamble of claim 1 and an arrangement with surge arrester and
  • Surge arresters are used in medium voltage and low voltage
  • a surge arrester for high voltage can be arranged on an overhead line and safely limit impermissibly high voltages in the event of a lightning strike or switching operations in the network.
  • Surge arresters usually contain so-called varistors, i.e. electrical resistors whose electrical resistance value is very high up to a design-related threshold voltage and greatly reduced above the threshold voltage, so that the surge arrester becomes a good electrical conductor.
  • varistors i.e. electrical resistors whose electrical resistance value is very high up to a design-related threshold voltage and greatly reduced above the threshold voltage, so that the surge arrester becomes a good electrical conductor.
  • varistors i.e. electrical resistors whose electrical resistance value is very high up to a design-related threshold voltage and greatly reduced above the threshold voltage, so that the surge arrester becomes a good electrical conductor.
  • Metal oxide resistors arranged in disk form one above the other in a housing and attached to the
  • Surge arrester can cause damage to or in the arrester, which leads to such a high short-circuit current flowing through the arrester that gas is generated inside the arrester. In this case an arrester can do this be damaged that it forms a permanent short circuit.
  • Disconnect device specified a blank cartridge by means of an arc.
  • the blank cartridge is in a fluid-tight chamber which, when the cartridge is triggered, is filled with outflowing gas and thus pressurized. Then the pressure in the chamber tears the housing wall like a pipe bomb.
  • Disconnector and blows e.g. an attached
  • Ventilation holes are provided to help keep a Limit overpressure in the explosion. If the blank cartridge explodes, the collecting funnel becomes
  • a piston is designed to break a second housing as a result of a
  • the arc-extinguishing material limits and prevents soot build-up from the arc
  • the object of the invention is based on the known disconnection device to provide a disconnection device for a surge arrester which can be manufactured in a comparatively particularly compact, safe and inexpensive manner.
  • the invention solves this problem by a
  • HH fuses high-voltage, high-performance fuses
  • Such fuses have e.g. a fusible part, e.g. one
  • the melting part is surrounded by an arc-extinguishing material, for example
  • Quartz sand. Fuses of this type have so far not been used for disconnecting devices from surge arresters
  • Isolation distances in air would have to be made particularly long in order to be usable on an arrester.
  • Fusible part can for example have a thin fusible wire made of a metal, for example made of silver or
  • Copper As an insulating agent, for example, sand or
  • Quartz sand can be used.
  • the separating device has at least some of the housing on a glass fiber reinforced plastic. This is an advantage because previous HV HRC fuses
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • Separating device is to be designed as a holding device for the arrester, so that bending forces can be absorbed.
  • an insulating jacket with screens that extend the creepage path is arranged on the housing. This is an advantage because it allows the disconnection device to be made particularly short, which saves installation space and reduces bending forces in the case of a protruding arrangement of the arrester and the disconnection device. In this design, the separating device can be used particularly well on the holding arm or
  • Isolation clamp can be designed for an arrester.
  • the separating device has at least a proportion of the insulating jacket on silicone rubber. This is a
  • silicone rubber is hydrophobic, tried and tested and durable.
  • a first connecting device is provided at a first end of the separating device in order to connect the separating device to a suspension.
  • the suspension can for example be used as a
  • the separating device according to the invention is a second end of the separating device
  • Connection device provided to connect the disconnecting device to a surge arrester.
  • the connecting device can, for example, be a profile made of a rigid and electrically conductive material
  • the profile can have a first part that is perpendicular can be arranged and to connect the
  • Separating device is used in a horizontal position.
  • a second part can be provided that can be arranged horizontally and is used to connect the surge arrester in a vertical position.
  • Disconnect device and a surge arrester to form an angle of 10 ° to 170 °. This is an advantage because in this way the disconnection device can, on the one hand, disconnect the current path in the event of a fault and, on the other hand, can be designed as a holding arm or insulating clamp for an arrester.
  • separating device according to the invention is formed at an essentially right angle. This is an advantage because this design takes the weight of the arrester vertically and is therefore particularly insensitive to fluctuations, e.g. is due to wind load.
  • the fuse is designed to interrupt the current path before a
  • the surge arrester is not loaded with the full mains short-circuit current in the event of a fault, which also reduces possible spark formation.
  • a wire made of a metal such as e.g.
  • Copper or silver can be selected, the thickness of which is measured in simple series tests so that one
  • Mains short-circuit current is thermally sufficient to melt the wire.
  • the fuse is designed to interrupt the current path when temporary overvoltages of a predetermined voltage level and duration
  • a wire made of a metal such as e.g. Copper or silver can be selected, the thickness of which is measured in simple series tests so that temporary overvoltages thermally cause the wire to melt
  • the disconnection device, the fuse is designed not to interrupt the current path if a previously determined maximum energy absorption capacity of a connected surge arrester is not exceeded.
  • an arc rotation device is additionally provided. This can be
  • Surge arrester and the second connection device can be provided. Typically, even two of these plate-shaped arc rotating devices are necessary; once on the high voltage side and once on the earth side of the arrester. This is an advantage because of the
  • Arc rotation device in the event that a
  • Arc arises before the disconnecting device has triggered, which can greatly reduce spark formation.
  • the separation device according to the invention is a
  • Disconnect device It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be any type of Disconnect device. It can be
  • the display device can, for example, be mechanical
  • a spiral spring can be connected to the fusible electrical conductor under tension.
  • On the spiral spring can be in a
  • Guide rail for example a hollow cylinder
  • Display means be arranged.
  • the display means can be arranged.
  • the display means can be arranged.
  • a signal color for example red.
  • red red
  • the display means is covered by the cylinder. If the disconnection device is triggered, the conductor melts and releases the spiral spring. When the coil spring
  • the conductor can also be monitored electronically.
  • the display can also be done electronically or optically,
  • a power supply with possibly an energy store is to be provided, for example by means of "energy harvesting" from the surrounding area
  • a central display device can alternatively or additionally be provided.
  • a communication device which is designed to transmit a status signal to a server device can be provided on the disconnection device.
  • the communication device can in principle use any type of wireless communication, for example W-Lan, GSM, 3G, 4G (LTE), 5G, NFC, Bluetooth, long range radio, etc. From the data sheets “Sensformer TM Connectivity Device” and " Suitable devices are known from Sensformer TM Connectivity Device, outdoor version. Communication by cable (eg Ethernet cable in a substation), fiber optic cable or powerline communication can also be used to advantage.
  • a cloud application such as Siemens Mindsphere can serve as the server device. It can e.g. A status signal can be transmitted daily, which indicates that the disconnection device has not been triggered ("Alive signal”). If a fault such as a short circuit occurs that triggers the disconnection device, a fault signal (“Fault signal”) can be transmitted instead will. In the cloud application, the operator can do all of them
  • Monitor disconnection devices centrally and in a targeted manner
  • the invention is also based on the object of specifying an arrangement with a surge arrester and a disconnecting device, based on the known disconnection device, which is comparatively particularly compact, safe and
  • resistors are often made in the shape of a disk, in a column
  • surge arresters are also designed with an electrically insulating and creepage-lengthening housing with screens, for example made of porcelain or silicone rubber.
  • Medium voltage within the meaning of the invention is, for example, a voltage between 1 kV and 60 kV.
  • FIG. 1 To better explain the invention, FIG. 1
  • Figure 2 shows a detail of the separation device in
  • FIG. 1 shows a surge arrester 1 with a large number of varistor disks 22 stacked on top of one another. These are fixed in a tube 23 between two end fittings.
  • the surge arrester has a housing with screens 24 which extend the creepage path.
  • Surge arrester also has a first
  • connection bolt 25 and a second connection bolt 20.
  • the second connecting bolt 20 is provided with an external thread and through an opening in a second
  • the surge arrester is on the second by means of a threaded nut 21, which is arranged on the second connecting bolt 20
  • Connection device 12 set. A first part of the second connecting device 12, which is used to connect the surge arrester, is identified with the reference symbol 28. At right angles to said first part 28 of the second connecting device
  • Connecting device 12 is a second part 29, which is used for connecting a
  • the separating device 1 is used.
  • the separating device 1 is designed as a GRP pipe 8. On the pipe 8 is a
  • Insulating housing 9 made of silicone rubber is applied, which is provided with screens, as is the case with the surge arrester.
  • the tube 8 is closed on both sides by covers 4, 5.
  • a fuse is arranged in the interior of the separating device 1. In the event of a trip, this has a fusible as a result of the heat of a current flow
  • the conductor 6 is designed as a thin wire made of silver.
  • the conductor 6 is stretched between two connection terminals 10, 11.
  • an insulating means 7 is provided in the interior of the housing 4, 5, 8 of the separating device 1, which surrounds the conductor.
  • the insulating means 7 is at least partially a sand, in particular quartz sand. If a fault occurs, the conductor 6 melts as a result of the heat effect and an arc is formed. The arc occurs in particular when the metal of the conductor changes from the liquid to the gaseous state.
  • the insulating means 7 has the property of quickly extinguishing the arc, in the case of one
  • Quartz sand creates a fusion zone that is glass-like. As a result, the electrical connection that was previously made by the conductor 6 is safely galvanically separated and no longer electrically conductive.
  • a local mechanical display device 13, 14, 15 is provided in order to make a fault visible.
  • it is a tube 14 which is guided through an opening in part 29 onto cover 5.
  • a spiral spring 13 is kept under tension in the interior of the tube, in which it is indicated by a display means 15 is compressed.
  • the display means 15 is below
  • Separating device 1 is with the cover 4 a
  • Holding device 3 connected. The holding device 3
  • Suspension 2 which is designed, for example, as an overhead line mast.
  • the illustrated arrester with disconnection device can therefore be used with advantage in particular in climatic zones at risk of bush fires, such as Australia or California.
  • FIG. 2 shows a section of the separating device 1 in the triggered state.
  • the conductor 6 has melted and a separation point 16 has been created.
  • the spiral spring 13 could relax and that
  • the display means 15 can be prevented from jumping out of the tube 14, for example, by a suitable stop (not shown).
  • the display means 15 can be prevented from jumping out of the tube 14, for example, by a suitable stop (not shown).
  • the display means 15 can be prevented from jumping out of the tube 14, for example, by a suitable stop (not shown).
  • the display means 15 can be prevented from jumping out of the tube 14, for example, by a suitable stop (not shown).
  • the display means 15 can be prevented from jumping out of the tube 14, for example, by a suitable stop (not shown).
  • Cut-off device must be replaced.

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter, aufweisend ein Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse eine Schmelzsicherung angeordnet ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einem Überspannungsableiter und der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung.

Description

Beschreibung
Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter und
Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung mit Überspannungsableiter und
Abtrennvorrichtung gemäß Anspruch 13.
Überspannungsableiter werden im Mittelspannungs- und
Hochspannungsbereich eingesetzt, um sog. Überspannungen, also Spannungen weit oberhalb der im Betrieb vorgesehenen
Nennspannungen, sicher zu Erde abzuleiten. Hierdurch werden Schäden an Betriebsmitteln wie z.B. Transformatoren
vermieden. Beispielsweise kann ein Überspannungsableiter für Hochspannung an einer Freileitung angeordnet werden und bei Blitzeinschlag oder Schaltvorgängen im Netz unzulässig hohe Spannungen sicher begrenzen.
Überspannungsableiter enthalten i.d.R. sog. Varistoren, d.h. elektrische Widerstände, deren elektrischer Widerstandswert bis zu einer bauartbedingten Schwellenspannung sehr hoch und oberhalb der Schwellenspannung stark vermindert ist, so dass der Überspannungsableiter zu einem guten elektrischen Leiter wird. Es werden z.B. Metalloxidwiderstände in Scheibenform übereinander in einem Gehäuse angeordnet und an den
jeweiligen Enden des Gehäuses mit dem Hochspannungspotential und dem Erdpotential verbunden. Dabei ist der
Überspannungsableiter im Regelbetrieb kaum leitend, so dass nur ein geringer Leckstrom zur Erde fließt. Im Fehlerfall dagegen fließt ein hoher Ableitstrom.
Dabei kann es jedoch im langjährigen Betrieb eines
Überspannungsableiters zu Schäden am oder im Ableiter kommen, die dazu führen, dass ein so hoher Kurzschlussstrom durch den Ableiter fließt, dass es im Inneren des Ableiters zu einer Gasentwicklung kommt. In diesem Fall kann ein Ableiter derart geschädigt werden, dass er einen dauerhaften Kurzschluss ausbildet .
Um dies zu verhindern, werden häufig sogenannte
Abtrennvorrichtungen eingesetzt. Diese Abtrennvorrichtungen lösen bei einem Stromfluss, der eine gewisse Dauer und Stärke überschreitet (die Grenzen sind durch die Bauart der
Abtrennvorrichtung vorgegeben) , durch einen Lichtbogen eine Platzpatrone aus. Die Platzpatrone liegt hierfür in einer fluiddichten Kammer vor, die bei Auslösen der Patrone mit ausströmendem Gas gefüllt und so unter Druck gesetzt wird. Anschließend zerreißt der Druck in der Kammer die Gehäusewand nach Art einer Rohrbombe.
Die Explosion der Platzpatrone zerstört das Gehäuse der
Abtrennvorrichtung und sprengt z.B. ein angeschlossenes
Erdkabel ab. Auf diese Weise wird eine dauerhafte elektrische Trennung erreicht.
Problematisch ist es dabei jedoch, dass die
Abtrennvorrichtung bei der Explosion heiße Partikel und
Splitter aussenden kann, die auf den Erdboden herunterfallen und dort Brände auslösen können. Diese Problematik ist insbesondere in Australien und den trockenen Gegenden der USA relevant, da dort ständig Buschfeuer drohen, die sich rasch weit ausbreiten und dabei Sach- und Personenschäden
verursachen können.
Aus der Druckschrift EP 0729 209 Bl ist es bekannt, eine Abtrennvorrichtung derart auszugestalten, dass nach Explosion der Platzpatrone heiße Partikel und Splitter im Inneren der Abtrennvorrichtung zurückgehalten werden. Dies wird erreicht, indem das von der Platzpatrone zu zerreißende Gehäuse in einem glockenförmigen Auffangtrichter angeordnet wird. Dieser Auffangtrichter wiederrum ist in einem Rohr angeordnet, dass nach unten offen ist. Das untere, offene Ende des Rohres weist jedoch eine Verengung auf. In dem Rohr sind
Lüftungsöffnungen vorgesehen, die dazu beitragen, einen Überdruck bei der Explosion zu begrenzen. Wenn die Platzpatrone explodiert, so wird der Auffangtrichter
weggeschleudert und im Rohr nach unten bewegt. Es werden viele heiße Partikel und Splitter im Rohr zurück gehalten. Die Bewegung des Auffangtrichters kommt zum Halt, wenn der Auffangtrichter an der Engstelle anschlägt; ein
Herausschießen aus dem Rohr wird verhindert.
Eine Weiterentwicklung ist aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2018 209 741.0 vom
18.06.2018 bekannt. Dabei ist ein Kolben dazu ausgebildet, bei Zerreißen eines zweiten Gehäuses infolge einer
Sprengwirkung innerhalb eines ersten Gehäuses unter
Ausbildung einer Trennstrecke bewegt zu werden, wobei zumindest ein Teil der der Trennstrecke zugewandten
Innenseite des ersten Gehäuses ein lichtbogenlöschendes Material aufweist. Das lichtbogenlöschende Material begrenzt eine Rußbildung durch den Lichtbogen und beugt einer
Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Schicht an der
Innenseite des ersten Gehäuses vor.
Ferner ist es bekannt, dass bei Überspannungsableitern
Vorrichtungen eingesetzt werden, die im Fehlerfall einen zwischen zwei Elektroden entstehenden Lichtbogen in eine Rotation zwingen, um einen Funkenflug zu verringern. Sie können aber nicht verhindern, dass der Überspannungsableiter weiterhin einen Kurzschluss im Netz darstellt. Diese
Vorrichtungen werden häufig als „arc protection System" bezeichnet. Beispielsweise sind solche Systeme aus den
Druckschriften WO 2013/000803 Al und WO 2013/000804 Al bekannt .
An die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ausgehend von der bekannten Abtrennvorrichtung eine Abtrennvorrichtung für einen Überspannungsableiter anzugeben, die vergleichsweise besonders kompakt, sicher und kostengünstig zu fertigen ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine
Abtrennvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Schmelzsicherungen sind beispielsweise von Wikipedia bekannt (permanenter Link:
https : //de . wikipedia . org/w/index . php?title=Schmelzsicherung&o ldid=l87704271 ) . Im Rahmen der Erfindung können
beispielsweise Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen (HH- Sicherungen) eingesetzt werden. Solche Sicherungen weisen z.B. ein Schmelzteil auf, z.B. einen
dünnen Schmelzdraht aus einem Metall auf, beispielsweise aus Silber oder Kupfer. Ferner ist das Schmelzteil von einem Lichtbogenlöschenden Material umgeben, beispielsweise
Quarzsand. Schmelzsicherungen dieser Art wurden bisher nicht für Abtrennvorrichtungen von Überspannungsableitern
eingesetzt, u.a. weil sie zur Einhaltung der nötigen
Isolierstrecken in Luft besonders lang ausgebildet werden müssten, um an einem Ableiter einsetzbar zu sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist die Schmelzsicherung für den
Auslösefall einen infolge einer Hitzewirkung eines Stromfluss schmelzbaren elektrischen Leiter auf sowie ein Isoliermittel, das den Leiter umgibt. Der elektrische Leiter bzw. das
Schmelzteil kann beispielsweise einen dünnen Schmelzdraht aus einem Metall aufweisen, beispielsweise aus Silber oder
Kupfer. Als Isoliermittel kann beispielsweise Sand oder
Quarzsand eingesetzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist das Gehäuse zumindest anteilig einen Glasfaserverstärkten Kunststoff auf. Dies ist ein Vorteil, weil bisherige HH-Sicherungen
typischerweise einen zylinderförmigen Porzellankörper
aufweisen, was vergleichsweise schwer und bruchanfällig ist. Der Einsatz von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) , z.B. in Form eines Rohres, ist leicht und vergleichsweise
biegefest. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Abtrennvorrichtung als Haltevorrichtung für den Ableiter ausgebildet werden soll, so dass Biegekräfte aufgenommen werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist auf dem Gehäuse ein Isoliermantel mit kriechwegverlängernden Schirmen angeordnet. Dies ist ein Vorteil, weil dadurch die Abtrennvorrichtung besonders kurz ausgebildet werden kann, was Bauraum einspart und Biegekräfte im Falle einer auskragenden Anordnung von Ableiter und Abtrennvorrichtung vermindert. In dieser Bauform kann die Abtrennvorrichtung besonders gut Haltearm bzw.
Isolierschelle für einen Ableiter ausgebildet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung weist der Isoliermantel zumindest anteilig Silikonkautschuk auf. Dies ist ein
Vorteil, weil Silikonkautschuk hydrophob, lange erprobt und haltbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist an einem ersten Ende der Abtrennvorrichtung eine erste Verbindungsvorrichtung vorgesehen, um die Abtrennvorrichtung mit einer Aufhängung zu verbinden. Die Aufhängung kann beispielsweise als ein
Freileitungsmast oder eine Wand ausgebildet sein. Die
Aufhängung fixiert die Abtrennvorrichtung örtlich und
beabstandet sie vom Grund.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist an einem zweiten Ende der Abtrennvorrichtung eine zweite
Verbindungsvorrichtung vorgesehen, um die Abtrennvorrichtung mit einem Überspannungsableiter zu verbinden. Die
Verbindungseinrichtung kann beispielsweise als ein Profil aus einem biegefesten und elektrisch leitfähigen Material
ausgebildet sein, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl.
Das Profil kann einen ersten Teil aufweisen, der senkrecht angeordnet werden kann und zum Anschluss der
Abtrennvorrichtung in waagerechter Position dient. Es kann ein zweiter Teil vorgesehen sein, der waagerecht angeordnet werden kann und zum Anschluss des Überspannungsableiters in senkrechter Position dient.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist die zweite
Verbindungsvorrichtung ausgebildet, zwischen der
Abtrennvorrichtung und einem Überspannungsableiter einen Winkel von 10° bis 170° auszubilden. Dies ist ein Vorteil, weil die Abtrennvorrichtung auf diese Weise einerseits den Strompfad im Fehlerfall trennen kann und andererseits als Haltearm bzw. Isolierschelle für einen Ableiter ausgebildet werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist ein im Wesentlichen rechter Winkel ausgebildet. Dies ist ein Vorteil, weil diese Bauform das Gewicht des Ableiters lotrecht aufnimmt und daher besonders unempfindlich gegen Schwankungen z.B. infolge von Windlast ist .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist die Schmelzsicherung ausgebildet, den Strompfad zu unterbrechen, bevor ein
maximaler Kurzschlussstrom erreicht wird. Dies ist ein
Vorteil, weil der Überspannungsableiter im Fehlerfall nicht mit dem vollen Netzkurzschlussstrom belastet wird, was eine mögliche Funkenbildung zusätzlich verringert.
Beispielsweise kann ein Draht aus einem Metall wie z.B.
Kupfer oder Silber gewählt werden, dessen Dicke in einfachen Reihenversuchen so bemessen wird, dass schon ein
Kurzschlussstrom, der über der normalen Belastbarkeit des Ableiters liegt, aber noch nicht den vollen
Netzkurzschlussstrom erreicht hat, thermisch zum Schmelzen des Drahtes ausreicht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist die Schmelzsicherung ausgebildet, den Strompfad zu unterbrechen, wenn temporäre Überspannungen vorgegebener Spannungshöhe und Dauer
auftreten. Beispielsweise kann ein Draht aus einem Metall wie z.B. Kupfer oder Silber gewählt werden, dessen Dicke in einfachen Reihenversuchen so bemessen wird, dass temporäre Überspannungen thermisch zum Schmelzen des Drahtes
ausreichen. Dies kann beispielsweise bei einer
Impulsstrombelastung von lOOkA für 4/10ps vorgesehen sein. Generell sollte das Sicherungs-Schmelzintegral über dem
Stoßstrom-Integral liegen. Typische Beschaffenheiten von temporären Überspannungen sind aus der Norm die IEC 60099-5, Edition 2.0, 2013-05, Kapitel 6.2.3.5 auf den Seiten 48-53 bekannt .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist die Schmelzsicherung ausgebildet, den Strompfad nicht zu unterbrechen, wenn ein vorher festgelegtes maximales Energieaufnahmevermögen eines angeschlossenen Überspannungsableiters nicht überschritten wird .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist zusätzlich eine Lichtbogenrotationseinrichtung vorgesehen. Diese kann
beispielsweise im Wesentlichen tellerförmig wie bei den eingangs zitierten Druckschriften ausgebildet werden und z.B. unterhalb des Überspannungsableiters zwischen dem
Überspannungsableiter und der zweiten Verbindungsvorrichtung vorgesehen sein. Typischerweise sind sogar zwei dieser tellerförmigen Lichtbogenrotationsvorrichtungen notwendig; einmal auf der Hochspannungsseite und einmal auf der Erdseite des Ableiters. Dies ist ein Vorteil, weil die
Lichtbogenrotationseinrichtung für den Fall, dass ein
Lichtbogen entsteht, bevor die Abtrennvorrichtung ausgelöst hat, eine Funkenbildung stark vermindern kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung ist eine
Anzeigeeinrichtung ausgebildet, ein Auslösen der
Abtrennvorrichtung anzuzeigen. Dabei kann es sich
beispielsweise um eine lokale Anzeigeeinrichtung handeln, die an der Abtrennvorrichtung oder einem Überspannungsableiter angeordnet ist.
Die Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise mechanisch
ausgebildet sein. Es kann beispielsweise eine Spiralfeder unter Spannung mit dem schmelzbaren elektrischen Leiter verbunden sein. An der Spiralfeder kann in einer
Führungsschiene, beispielsweise einem Hohlzylinder, ein
Anzeigemittel angeordnet sein. Das Anzeigemittel kann
zumindest teilweise mit einer Signalfarbe versehen sein, beispielsweise rot. Im Normalbetrieb, also bei intaktem
Leiter, ist das Anzeigemittel durch den Zylinder verdeckt. Löst die Abtrennvorrichtung aus, so schmilzt der Leiter und gibt die Spiralfeder frei. Wenn sich die Spiralfeder
entspannt, drückt sie das Anzeigemittel zumindest teilweise aus der Führungsschiene, so dass die Signalfarbe sichtbar wird. Diese Signalfarbe ist weithin sichtbar und kann daher von Wartungspersonal des Betreibers gesehen werden, so dass eine Reparatur bzw. ein Austausch des beschädigten
Überspannungsableiters und der Abtrennvorrichtung erfolgen kann .
In einer anderen Ausgestaltung kann beispielsweise auch eine elektronische Überwachung des Leiters erfolgen. Auch die Anzeige kann elektronisch oder optisch erfolgen,
beispielsweise indem ein Leuchtmittel in einer Signalfarbe eingeschaltet wird. In diesem Fall ist eine Stromversorgung mit ggf. einem Energiespeicher vorzusehen, beispielsweise mittels „energy harvesting" aus umgebenden
elektromagnetischen Feldern oder durch Solarzellen.
Neben einer lokalen Anzeigeeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich eine zentrale Anzeigeeinrichtung vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Kommunikationseinrichtung an der Abtrennvorrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, ein Zustandssignal an eine Server-Einrichtung zu übermitteln. Die Kommunikationsvorrichtung kann grundsätzlich z.B. jede Art einer drahtlosen Kommunikation einsetzen, also z.B. W-Lan, GSM, 3G, 4G (LTE) , 5G, NFC, Bluetooth, long ränge radio, usw. Aus den Datenblättern „Sensformer™ Connectivity Device" und „Sensformer™ Connectivity Device, outdoor version" sind geeignete Geräte bekannt. Auch eine Kommunikation per Kabel (z.B. Ethernetkabel in einer Substation), Lichtwellenleiter oder per powerline communication kann mit Vorteil eingesetzt werden .
Beispielsweise kann als Server-Einrichtung eine Cloud- Application wie beispielsweise Siemens Mindsphere dienen. Es kann z.B. täglich ein Zustandssignal übermittelt werden, das anzeigt, dass die Abtrennvorrichtung nicht ausgelöst wurde („Alive-Signal" ) . Tritt eine Störung wie ein Kurzschluss auf, der der die Abtrennvorrichtung auslöst, so kann stattdessen ein Fehlersignal („Fault-Signal") übermittelt werden. In der Cloud Applikation kann der Betreiber alle
Abtrennvorrichtungen zentral überwachen und gezielt
Reparaturen auslösen, ohne alle Abtrennvorrichtungen in regelmäßigen zeitlichen Abständen einer Sichtkontrolle unterziehen zu müssen. Dies spart Zeit und Geld ein.
An die Erfindung stellt sich ferner die Aufgabe, ausgehend von der bekannten Abtrennvorrichtung eine Anordnung mit einem Überspannungsableiter und einer Abtrennvorrichtung anzugeben, die vergleichsweise besonders kompakt, sicher und
kostengünstig zu fertigen ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Anordnung gemäß Anspruch 13. Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen 14 und 15. Es ergeben sich sinngemäß jeweils die gleichen Vorteile wie eingangs für die erfindungsgemäße Abtrennvorrichtung erläutert. Ein Überspannungsableiter im Sinne der Erfindung weist
Varistoren („variable resistors") auf, also
spannungsabhängige Widerstände. Diese Widerstände werden häufig scheibenförmig hergestellt, zu einer Säule
übereinander gestapelt und zusammengepresst. Dies kann beispielsweise durch Verspannen von zwei Endarmaturen mittels GfK-Stangen in der sog. Käfig-Bauweise geschehen. Auch ein Verspannen in einem Rohr ist möglich. Typischerweise werden auch Überspannungsableiter mit einem elektrisch isolierenden und kriechwegverlängernden Gehäuse mit Schirmen ausgebildet, beispielsweise aus Porzellan oder Silikonkautschuk.
Mittelspannung im Sinne der Erfindung ist beispielsweise eine Spannung zwischen 1 kV und 60 kV.
Zur besseren Erläuterung der Erfindung zeigen in
schematischer Darstellung
Figur 1 einen Überspannungsableiter mit
erfindungsgemäßer Abtrennvorrichtung, und
Figur 2 ein Ausschnitt der Abtrennvorrichtung im
ausgelösten Zustand.
Die Figur 1 zeigt einen Überspannungsableiter 1 mit einer Vielzahl von übereinander gestapelten Varistorscheiben 22. Diese sind in einem Rohr 23 zwischen zwei Endarmaturen festgelegt. Der Überspannungsableiter weist ein Gehäuse mit Schirmen 24 auf, die kriechwegverlängernd sind. Der
Überspannungsableiter weist ferner einen ersten
Anschlussbolzen 25 und einen zweiten Anschlussbolzen 20 auf. Der zweite Anschlussbolzen 20 ist mit einem Außengewinde versehen und durch eine Öffnung in einer zweiten
Verbindungsvorrichtung 12 geführt. Der Überspannungsableiter ist mittels einer Gewindemutter 21, welche auf dem zweiten Anschlussbolzen 20 angeordnet ist, auf der zweiten
Verbindungsvorrichtung 12 festgelegt. Ein erster Teil der zweiten Verbindungsvorrichtung 12, der zum Anschluss des Überspannungsableiter dient, ist mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet. In einem rechten Winkel zu dem genannten ersten Teil 28 der zweiten
Verbindungsvorrichtung 12 ist ein zweiter Teil 29 angeordnet, welcher zum Anschluss einer erfindungsgemäßen
Abtrennvorrichtung 1 dient. Die Abtrennvorrichtung 1 ist als ein GFK-Rohr 8 ausgebildet. Auf dem Rohr 8 ist ein
Isoliergehäuse 9 aus Silikonkautschuk aufgebracht, das ebenso wie beim Überspannungsableiter mit Schirmen versehen ist. Das Rohr 8 wird beidseitig durch Deckel 4, 5 verschlossen. Im Inneren der Abtrennvorrichtung 1 ist eine Schmelzsicherung angeordnet. Diese weist für den Auslösefall ein in Folge einer Hitzeeinwirkung eines Stromflusses schmelzbaren
elektrischen Leiter 6 auf. Der Leiter 6 ist im Beispiel als ein dünner Draht aus Silber ausgebildet. Der Leiter 6 ist zwischen zwei Anschlussterminals 10, 11 gespannt. Ferner ist im Inneren des Gehäuses 4, 5, 8 der Abtrennvorrichtung 1 ein Isoliermittel 7 vorgesehen, das den Leiter umgibt.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Isoliermittel 7 zumindest anteilig um einen Sand, insbesondere Quarzsand. Tritt ein Fehlerfall auf, so schmilzt der Leiter 6 infolge der Hitzewirkung auf und ein Lichtbogen bildet sich. Der Lichtbogen entsteht dabei insbesondere, wenn das Metall des Leiters vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht.
Das Isoliermittel 7 hat die Eigenschaft, den Lichtbogen schnell zum Verlöschen zu bringen, wobei im Falle eines
Quarzsandes eine Verschmelzungszone entsteht, die glasartig ausgebildet ist. Dadurch ist die elektrische Verbindung, die vormals durch den Leiter 6 gegeben war, sicher galvanisch getrennt und elektrisch nicht mehr leitend.
Um einen Fehlerfall sichtbar zu machen, ist eine lokale mechanische Anzeigeeinrichtung 13, 14, 15 vorgesehen. Im einfachsten Fall handelt es sich um ein Rohr 14, welches durch eine Öffnung im Teil 29 auf den Deckel 5 geführt wird. Im Inneren des Rohres ist eine Spiralfeder 13 unter Spannung gehalten, in dem sie durch ein Anzeigemittel 15 zusammengedrückt wird. Das Anzeigemittel 15 ist unter
Spannung mit dem Leiter 6 verbunden. Auf der dem
Überspannungsableiter abgewandten Seite der
Abtrennvorrichtung 1 ist mit dem Deckel 4 eine
Haltevorrichtung 3 verbunden. Die Haltevorrichtung 3
verbindet die Anordnung aus Überspannungsableiter und
Abtrennvorrichtung 1 mit einer schematisch angedeuteten
Aufhängung 2, die beispielsweise als ein Freileitungsmast ausgebildet ist.
Es ist ein großer Vorteil der dargestellten Anordnung, dass die Abtrennvorrichtung 1 mit der Schmelzsicherung
gleichzeitig als Isolierschelle beziehungsweise Trag- oder Haltearm für den Überspannungsableiter ausgebildet wird. Dies spart Material und Kosten ein. Ferner verhindert die
sprengladungsfreie Ausgestaltung der Abtrennvorrichtung die Entstehung von Funken vollständig. Damit ist der dargestellte Ableiter mit Abtrennvorrichtung insbesondere in Buschbrand gefährdeten Klimazonen wie beispielsweise Australien oder Kalifornien mit Vorteil einsetzbar.
Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt der Abtrennvorrichtung 1 im ausgelösten Zustand. Dabei ist der Leiter 6 geschmolzen und eine Trennstelle 16 ist entstanden. Durch das Auslösen der Abtrennvorrichtung 1 bzw. durch Trennen des Leiters 6 konnte sich die Spiralfeder 13 entspannen und das
Anzeigemittel 15 aus dem Rohr 14 teilweise hinausschieben.
Ein Herausspringen des Anzeigemittels 15 aus dem Rohr 14 kann beispielsweise durch einen geeigneten Anschlag verhindert werden (nicht dargestellt) . Das Anzeigemittel 15 kann
beispielsweise mit einer Signalfarbe wie etwa rot ausgebildet werden, so dass es im Auslösefall weithin sichtbar für
Wartungstechniker anzeigt, dass die Abtrennvorrichtung ausgelöst hat und der Ableiter beziehungsweise die
Abtrennvorrichtung ausgetauscht werden müssen.

Claims

Patentansprüche
1. Abtrennvorrichtung (1) für einen Überspannungsableiter (36), aufweisend ein Gehäuse (4,5,8),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
im Gehäuse (4,5,8) eine Schmelzsicherung (6,7,10,11)
angeordnet ist.
2. Abtrennvorrichtung (1) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Schmelzsicherung (6,7,10,11) für den Auslösefall einen infolge einer Hitzewirkung eines Stromfluss schmelzbaren elektrischen Leiter (6) aufweist sowie ein Isoliermittel (7), das den Leiter (6) umgibt.
3. Abtrennvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Gehäuse (4,5,8) zumindest anteilig einen
Glasfaserverstärkten Kunststoff aufweist.
4. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
auf dem Gehäuse (4,5,8) ein Isoliermantel (9) mit
kriechwegverlängernden Schirmen angeordnet ist.
5. Abtrennvorrichtung (1) nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Isoliermantel (9) zumindest anteilig Silikonkautschuk aufweist .
6. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
an einem ersten Ende der Abtrennvorrichtung (1) eine erste
Verbindungsvorrichtung (3) vorgesehen ist, um die
Abtrennvorrichtung (1) mit einer Aufhängung (2) zu verbinden.
7. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass an einem zweiten Ende der Abtrennvorrichtung (1) eine zweite Verbindungsvorrichtung (12) vorgesehen ist, um die
Abtrennvorrichtung (1) mit einem Überspannungsableiter (20,21,22,23,24,25) zu verbinden.
8. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Verbindungsvorrichtung (12) ausgebildet ist, zwischen der Abtrennvorrichtung (1) und einem
Überspannungsableiter (20,21,22,23,24,25) einen Winkel ( ) von 10° bis 170° auszubilden.
9. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein im Wesentlichen rechter Winkel ( ) ausgebildet ist.
10. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schmelzsicherung (6,7,10,11) ausgebildet ist, den
Strompfad zu unterbrechen, bevor ein maximaler
Kurzschlussstrom erreicht wird.
11. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schmelzsicherung (6,7,10,11) ausgebildet ist, den
Strompfad zu unterbrechen, wenn temporäre Überspannungen vorgegebener Spannungshöhe und Dauer auftreten.
12. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich eine Lichtbogenrotationseinrichtung vorgesehen ist .
13. Abtrennvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
eine Anzeigeeinrichtung (13,14,15) ausgebildet ist, ein Auslösen der Abtrennvorrichtung (1) anzuzeigen.
14. Anordnung, aufweisend
- eine Abtrennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, und
- einen Überspannungsableiter (20,21,22,23,24,25).
15. Anordnung nach Anspruch 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Überspannungsableiter (20,21,22,23,24,25) für
Mittelspannung ausgebildet ist.
16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Überspannungsableiter (20,21,22,23,24,25) mittels der Abtrennvorrichtung (1) mit einer Aufhängung (2) verbunden ist .
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