DE19622140A1

DE19622140A1 - Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE19622140A1
Application number: DE19622140A
Authority: DE
Inventors: Walter Schmidt
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Hochspannungstechnik AG
Priority date: 1996-06-01
Filing date: 1996-06-01
Publication date: 1997-12-04
Also published as: US5942968A; CZ166497A3; SI0810613T1; JP3951255B2; PL320246A1; AU713453B2; HRP970302A2; HUP9700976A3; ES2252772T3; HUP9700976A2; EP0810613B1; KR100453028B1; AU2466397A; KR980005073A; CA2202967A1; RU2172535C2; PL183048B1; BR9703423A; CZ293795B6; JPH1070013A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Überspannungs ableiter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

STAND DER TECHNIK

Die Erfindung nimmt dabei auf einen Stand der Technik Bezug, wie er sich aus EP 0614 198 A2 ergibt. Ein in diesem Stand der Technik beschriebener Überspannungsableiter enthält mehrere zylinderförmige Widerstandselemente mit Varistorverhalten, welche säulenförmig übereinandergestapelt zwischen zwei Strom anschlußarmaturen angeordnet sind. Ein die Varistoren und die beiden Anschlußarmaturen unter Bildung einer axial wirkenden Kontaktkraft zusammenhaltendes Spannteil weist mindestens zwei mit ihren Enden auf den Anschlußarmaturen aufliegende Schlaufen auf. Ein Gußgehäuse aus einem witterungsbeständigen Kunststoff umgibt die Varistoren, die Schlaufen und den überwiegenden Teil der Anschlußarmaturen.

Die Herstellung eines solchen Überspannungsableiters ist verhältnismäßig aufwendig, da zwei oder sogar mehr Schlaufen zur Fixierung des die Varistoren und die Anschlußarmaturen enthaltenden säulenförmigen Ableiteraktivteils und zur Erzeugung von Kontaktkraft benötigt werden.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsableiter der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich trotz einfachen Aufbaus durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften auszeichnet und welcher sich zugleich in besonders kostengünstiger Weise herstellen läßt.

Der Überspannungsableiter nach der Erfindung weist gegenüber einem Überspannungsableiter nach dem Stand der Technik den Vorteil auf, daß er lediglich eine einzige Schlaufe zum Fixieren und Verspannen zweier Anschlußarmaturen und mindestens eines zwischen den Armaturen gehaltenen Varistors benötigt. Daher kann der Überspannungsableiter in besonders wirtschaftlicher Weise hergestellt werden. Zu seiner Montage wird lediglich eine vorgefertigte und vorübergehend eine axiale Führung gewährleistende Schablone benötigt, in der die Anschlußarmaturen und der mindestens eine Varistor zunächst in Form einer Säule gestapelt und danach durch Anbringen der Schlaufe unter Bildung einer Vorspannung zum mechanisch stabilen Aktivteil des Überspannungsableiters verbunden werden. Da hierbei die Achse des säulenförmig ausgebildeten Aktivteils die Schlaufenenden im wesentlichen symmetrisch durchdringt, erzeugt die Schlaufe im gesamten Aktivteil eine gleichmäßige Kontaktkraft. Beim Auftreten einer Überspannung ist so eine gleichmäßige Stromdichte eines im Aktivteil geführten Ableiterstroms sichergestellt und wird daher eine unzulässig hohe lokale Erwärmung von Kontaktübergängen des Aktivteils mit großer Sicherheit vermieden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Überspannungsableiter nach der Erfindung, bei der ein gestrichelt angedeutetes Gußgehäuse transparent dargestellt ist,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch den nun perspektivisch dargestellten Überspannungsableiter gemäß Fig. 1 nach dem Entfernen des Gußgehäuses, und

Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des Überspannungsablei ters gemäß Fig. 1 nach dem Entfernen des Gußgehäuses.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleich wirkende Teile. Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Über spannungsableiter weist zwei vorzugsweise aus Aluminium bestehende und voneinander längs einer Achse z beabstandete Anschlußarmaturen 1, 2 auf. Die Anschlußarmatur 1 ist mit einer als Schraubbohrung 11 ausgebildeten Befestigungsvorrich tung für einen nicht dargestellten auf Hochspannungspotential führbaren elektrischen Leiter versehen. Die Anschlußarmatur 2 ist mit einer als Schraubbohrung 12 ausgebildeten Befesti gungsvorrichtung auf Erdpotential führbar. Sie weist eine axial ausgerichtete Gewindebohrung 3 auf, in der eine Druck schraube 4 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Schlaufe aus einem gewickel ten, glasfaserverstärkten und in eine Kunststoffmatrix eingebetteten Band. Die Schlaufe 5 ist mit ihren beiden Enden in schlitzförmig ausgebildeten Abschnitten von Materialausneh mungen 6, 7 geführt, welche in die Anschlußarmaturen 1, 2 eingeformt sind.

Zwischen den Anschlußarmaturen 1, 2 ist unter Bildung eines säulenförmigen Ableiteraktivteils ein zylinderförmiges Vari storelement 8 aus nichtlinearem Widerstandsmaterial, etwa auf der Basis von Metalloxid, wie insbesondere von ZnO, angeord net. Alternativ können statt eines Elementes 8 auch zwei oder mehr säulenförmig übereinandergestapelte Varistorelemente vorgesehen sein.

In einer in die Anschlußarmatur 1 eingeformten scheiben förmigen Aussparung sind elektrisch leitende Teile, nämlich zwei kontaktdruckerzeugende und jeweils als Tellerfeder ausgebildete Federelemente 9 und eine vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer bzw. einer Aluminium- oder Kupfer legierung bestehende Druckscheibe 10, in axialer Richtung verschieblich gelagert (Fig. 2). In einer scheibenförmigen Aussparung der Anschlußarmatur 2 ist eine aus dem gleichen Material wie das Teil 10 bestehende Druckscheibe 13 ebenfalls in axialer Richtung verschieblich gelagert (Fig. 2). Zwischen der Druckscheibe 10 und dem Varistorelement 8 und zwischen der Druckscheibe 13 und dem Varistorelement 8 sind Stromübergangs elemente 14 angeordnet, welche jeweils als Scheibe mit konzentrisch um die Achse geführten und in den beiden Stirn flächen der Scheibe eingeformten Rillen ausgebildet sind (Fig. 3). Die Stromübergangselemente 14 sind mit Vorteil aus weichgeglühtem Aluminium gebildet.

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß jeder der mit den Bezugszei chen 15, 16 gekennzeichneten schlitzförmigen Abschnitte im wesentlichen quer zur Achse z von den Außenfläche der Stromanschlußarmatur 1 bzw. 2 bis über die Achse z erstreckt ist. Jedes der beiden Enden der Schlaufe 5 ist über die Achse z hinaus in den schlitzförmigen Abschnitt 15 bzw. 16 eingeführt und liegt jeweils auf einer den schlitzförmigen Ab schnitt 15 bzw. 16 begrenzenden Fläche 17 bzw. 18 (Fig. 3) auf. Dadurch ist sichergestellt, daß die Schlaufe 5 im Bereich der Achse z zentral gehalten ist und einen gleichmäßigen Kontakt druck im Ableiteraktivteil gewährleistet. Eine gleichmäßige Stromdichte des beim Auftreten einer Überspannung im Ableiter aktivteil geführten Ableiterstroms ist so gewährleistet. Zugleich werden unzulässig hohe lokale Erwärmungen im Ableiteraktivteil vermieden.

Erhöhte Sicherheit gegen ein Verschieben der Schlaufe quer zur Achse z ist dann gegeben, wenn die Schlitze 15, 16 gegenüber der Achse um etwas mehr als 90°, beispielsweise um bis zu 95°, geneigt sind und/oder wenn die Schlitze 15, 16 die Schlaufen enden fixierende Hinterschneidungen aufweisen, welche in die Auflageflächen 17, 18 eingeformt sein können.

Mit Vorteil weisen die Auflageflächen 17, 18 im wesentlichen kreisbogenförmiges Oberflächenprofil auf. Die Schlaufenenden liegen dann mit einer gleichmäßigen, relativ geringen Krümmung auf den Anschlußarmaturen 1, 2 auf. Hierdurch werden unerwünscht große Biege- und Scherbeanspruchungen der Schlaufen weitgehend vermieden.

Ein rechteckiges, insbesondere ein quadratisches, Quer schnittsprofil der Schlaufe 5 mit einer verhältnismäßig geringen Breite quer zur Achse z ist besonders vorteilhaft, da dann der schlitzförmig ausgebildete Abschnitt 15 bzw. 16 nur unwesentlich über die Achse z hinaus erstreckt werden muß. Die Anschlußarmatur 1 bzw. 2 weist dann eine hohe mechanische Festigkeit auf.

Die Anschlußarmaturen 1, 2 sind teilweise, das Varistor elemente 8, die Druckplatten 10, 13 und die Schlaufe 5 sind vollständig von einem mit Schirmen versehenen Gußgehäuse 19 aus Isoliermaterial, vorzugsweise aus einem elastomeren Silikon, umschlossen (Fig. 1).

Zur Herstellung dieses Überspannungsableiters werden der Reihe nach die Anschlußarmatur 2, die Druckplatte 13, eines der Stromübergangselemente 14, das Varistorelement 8, ein weiteres Stromübergangselement 14, die Druckplatte 10, die beiden Federelemente 9 und die Anschlußarmatur 1 in einer Schablone übereinandergestapelt und mit einer Vorspannkraft beaufschlagt. Die Anschlußarmaturen 1, 2 werden hierbei so ausgerichtet, daß die beiden schlitzförmigen Abschnitte 15, 16 deckungsgleich übereinanderliegen (Fig. 2 und 3). Sodann wird eine vorgefertigte Schlaufe 5, welche vorzugsweise aus einem gewickelten, bandförmigen Prepreg besteht, das nach dem Wickeln ausgehärtet wurde, so tief in die Schlitze 15, 16 eingeschoben, bis die Schlaufenenden von der Achse z durchdrungen werden. Die Vorspannkraft wird dann aufgehoben und das Ableiteraktivteil ist damit fertiggestellt. Durch Verdrehen der Druckschraube 4 kann zusätzlich Kontakt- und Haltekraft im Ableiteraktivteil erzeugt werden.

Anstelle einer vorgefertigten Schlaufe kann auch eine Schlaufe verwendet werden, die während der Herstellung des Überspan nungsableiters gebildet wird. Zu diesem Zweck wird ein mit einer Vorspannkraft beaufschlagtes Band um das Ableiteraktiv teil gewickelt und auf den beiden Auflageflächen 17, 18 abgelegt. Hierbei werden die beiden Anschlußarmaturen 1, 2 unter Bildung von Kontaktkraft fest miteinander verspannt und dadurch ein mechanisch stabiler Aktivteil des herzustellenden Überspannungsableiters gebildet. Für eine gute mechanische Festigkeit des Ableiteraktivteils reicht diese Verspannung im allgemeinen bereits vollständig aus. Bei der Verwendung eines Bandes mit ausreichender Elastizität, wie sie etwa ein aus Glasfasern gefertigtes Band aufweist, können daher gegebenen falls die Federelemente 9 entfallen.

Vorzugsweise ist ein solches Band ein Prepreg, insbesondere auf der Basis von Glasfasern und Epoxid. Ein Prepreg weist eine gute Haftwirkung auf. Eine aus einem vorgespannten Prepreg gewickelte Schlaufe ist daher nach dem Wickeln auch ohne zusätzliche Befestigungsvorrichtung stabil und kann dann bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet werden. Hierbei bildet sich dann eine aus Glasfasern und einer die Glasfasern einbettenden, gehärteten Kunststoffmatrix bestehende Schlaufe.

Durch Verspannung der beiden Anschlußarmaturen 1, 2 wird neben einer guten Kontaktierung der einzelnen im Strompfad zwischen den beiden Anschlußarmaturen befindlichen Teile zugleich auch ein Anschmiegen der Rillen der Stromübergangs elemente 14 an die Stirnflächen des Varistorelements 8 und der Druckscheiben 10, 13 erreicht. Beim nachfolgenden Umgießen des Ableiteraktivteils mit Isoliermaterial, vorzugsweise auf der Basis eines elastomeren Silikons, wird das Eindringen von flüssigem Isolierstoff zwischen die einzelnen im Strompfad befindlichen Teile so vermieden.

Bezugszeichenliste

1, 2 Anschlußarmaturen
3 Gewindebohrung
4 Druckschraube
5 Schlaufe
6, 7 Materialausnehmungen
8 Varistorelement
9 Federelemente
10 Druckscheibe
11, 12 Schraubbohrungen
13 Druckscheibe
14 Stromübergangselemente
15, 16 schlitzförmige Abschnitte
17, 18 Auflageflächen
19 Gußgehäuse
z Achse

Claims

1. Überspannungsableiter mit zwei längs einer Achse (z) voneinander beabstandeten Anschlußarmaturen (1, 2), mindestens einem zwischen den beiden Anschlußarmaturen (1, 2) angeordneten, zylinderförmigen Varistorelement (8), einem die Anschlußarmaturen (1, 2) und das mindestens eine Varistorelement (8) unter Bildung von Kontaktkraft zusammenhaltenden Spannteil mit einer Schlaufe (5) aus Isolierstoff und mit einem die Anschlußarmaturen (1, 2), das mindestens eine Varistor element (8) und das Spannteil zumindest teilweise umhüllenden Gußgehäuse (14) aus Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß in jede der beiden Anschlußarmatu ren (1, 2) jeweils eine Materialausnehmung (6, 7) eingeformt ist mit einem im wesentlichen quer zur Achse (z) verlaufenden, schlitzförmig ausgebildeten Abschnitt (15, 16), welcher von der Außenfläche der Armatur (1, 2) bis über die Achse (z) erstreckt ist, und daß die Schlaufe (5) im Bereich der Schlaufenenden über die Achse (z) hinaus in die schlitzförmigen Abschnitte (15, 16) der beiden Anschlußarmaturen (1, 2) eingeführt ist und mit jedem der beiden Schlaufenenden jeweils auf einer den schlitzförmigen Abschnitt (15, 16) begrenzenden Fläche (17, 18) aufliegt.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auflagefläche (17, 18) im wesentlichen kreisbogenförmiges Oberflächenprofil aufweist.

3. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens eine der beiden Anschlußarmaturen (1, 2) eine scheibenförmige Aussparung zur Aufnahme zumindest eines die Kontaktkraft erzeugenden Federelementes (9) und/oder einer Druckschei be (10, 13) eingeformt ist.

4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaufe (5) ein gewickeltes Band enthält.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das gewickelte Band in eine Kunststoff matrix eingebettet ist.

6. Überspannungsableiter nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kunststoffmatrix vor dem Auflegen der Schlaufe (5) auf die Auflageflächen (17, 18) durch Aushärten von härtbarem Kunststoff gebildet ist.

7. Überspannungsableiter nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kunststoffmatrix nach dem Auflegen der Schlaufen (5) auf die Auflageflächen (17, 18) durch Aushärten von härtbarem Kunststoff gebildet ist.

8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaufe (5) rechtecki ges Querschnittsprofil aufweist.

9. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Strompfad zwischen den beiden Anschlußarmaturen (1, 2) mindestens ein bei der Bildung der Kontaktkraft verformbares Stromübergangs element (14) vorgesehen ist.

10. Überspannungsableiter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromübergangselement (14) als Scheibe ausgebildet ist und konzentrisch um die Achse (z) geführte und in Stirnflächen der Scheibe eingeformte Rillen aufweist.