DE202005008111U1 - Überspannungsableiter mit Rohr-Design - Google Patents

Abstract

Überspannungsableiter mit:
mindestens einem Varistorblock (1),
zwei Endarmaturen (3), zwischen denen der Varistorblock (1) gehalten wird, und
einem Rohr 13, das den Varistorblock (1) umgibt und mit den Endarmaturen (3) fest verbunden ist,
gekennzeichnet durch
ein Stützelement (17), das im Bereich einer Endarmatur (3) in das Rohr (13) hineinragt und an der Innenwand des Rohrs (13) anliegt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter, insbesondere einen Metalloxid-Überspannungsableiter ohne Funkenstrecke und mit einem Kunststoffgehäuse, wie er in 1 gezeigt ist. Überspannungsableiter werden bei Stromversorgungssystemen zwischen stromführenden Leitungen und Masse geschaltet, um im Fall einer Überspannung in der Leitung diese zur Masse abzuleiten und so andere Bauteile des Stromnetzes zu schützen.
• Bei einem derartigen Überspannungsableiter, wie er in 1 und 2 gezeigt ist, ist ein Stapel spannungsabhängiger Widerstände, sogenannte Varistorblöcke 1 (variable resistors), zwischen zwei Endarmaturen 3 angeordnet. Die Varistorblöcke 1 sind üblicherweise Metalloxid-Varistorblöcke, beispielsweise Zinkoxid-Varistoren. Sie haben die Eigenschaft, dass sie unterhalb einer vorbestimmten Spannung gute Isolatoren sind, aber oberhalb dieser Spannung als gute elektrische Leiter arbeiten. Die Endarmaturen 3 sind aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Edelstahl.
• Die Anordnung aus Varistorblöcken 1 und Endarmaturen 3 ist von einen Rohr 13 umgeben, beispielsweise von einem GFK-Rohr (glasfaserverstärktem Rohr), und ein Gehäuse 5, etwa ausgestaltet als Silikonhülle ist auf dem Rohr 13 vorgesehen. Zusätzlich können Schirme 7, ebenfalls aus Silikon, am Gehäuse 5 ausgebildet sein.
• Das Rohr 13 und das Gehäuse 5 sind üblicherweise mit den Endarmaturen 3 durch eine Schrumpfklebung verbunden. Die Endarmaturen 3 sind flanschartig ausgebildet und weisen eine im Querschnitt zu dem Außendurchmesser des GFK-Rohrs 13 passende Öffnung bzw. Aussparung auf, in die das GFK-Rohr 13 eingeführt wird. Das Gehäuse 5 liegt auf dem Rand der Endarmatur 3 auf.
• Zwischen den Varistorblöcken 1 und dem GFK-Rohr 13 verbleibt zumindest in einem Teil des Umfangs der Varistorblöcke 1 ein Spalt 9, der sich über die gesamte Länge des Gehäuses 5 erstreckt. Die Endarmaturen 3 sind mit Gasauslässen bzw. Abblasöffnungen 11 versehen, die von einer nicht gezeigten Membran verschlossen sind. Diese Gasauslässe 11 stehen in Verbindung mit dem Spalt 9.
• Ein derartiger Überspannungsableiter wird als eine Überspannungsableiter mit Rohr-Design bezeichnet.
• Im Überlastungsfall entwickelt sich innerhalb des Rohrs 13 ein Plasma, das sich über den Spalt 9 schnell und ungehindert ausbreiten kann, die Membranen an den Gasauslässen 11 durchschlägt und als heißes stark ionisiertes Gas aus dem Gehäuse 5 abgeführt wird. Durch diese Plasma wird ein Außenkurzschluss eingeleitet, so dass weitergehende Beschädigungen des Überspannungsableiters vermieden werden können.
• Überspannungsableiter mit Rohr-Design werden in beachtlichen Längen hergestellt. Ein Überspannungsableiter dieser Bauart mit einer Bemessungsspannung von 200 kV erreicht eine Länge von ca. 2 m. Da diese Überspannungsableiter im Freien eingesetzt werden, sind sie auch großen mechanischen Belastungen durch Wind und/oder die angeschlossenen Leitungen ausgesetzt. Insbesondere wird eine sehr hohe mechanische Biegefestigkeit gefordert.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die mechanische Festigkeit eines Überspannungsableiters mit Rohr-Design zu verbessern. Die Aufgabe wird durch einen Überspannungsableiter nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
• Im weiteren wird ein erfindungsgemäßer Überspannungsableiter unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben, in denen zeigen:
• 1 eine Gesamtansicht eines Überspannungsableiters mit Rohr-Design;
• 2 eine Detailansicht der Verbindung zwischen dem Rohr, dem Gehäuse und einer Endarmatur beim herkömmlichen Überspannungsableiter;
• 3 eine Detailansicht der Verbindung zwischen dem Rohr, dem Gehäuse und einer Endarmatur bei einem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter.
• Wie in 2 gezeigt ist, ist ein herkömmlicher Überspannungsableiter mit einer Vielzahl von Varistorblock 1 ausgestattet, die als Stapel zwischen zwei Endarmaturen gehalten werden.
• Ein Rohr 13 umgibt den Stapel der Varistorblöcke, wobei zumindest an einem Teil des Umfangs des Stapels, zwischen Stapel und Rohr 13, ein Spalt 9 verbleibt, der sich über die gesamte Länge des Überspannungsableiters erstreckt. Das Rohr 13 ist mit den Endarmaturen 3 fest verbunden, so dass es die Endarmaturen unter Zug zusammenhalten kann, wobei ein vorbestimmtes Anpressmoment auf den Stapel der Varistorblöcke 1 ausgeübt wird, um die sichere elektrische Kontaktierung diese Blöcke 1 zu gewährleisten.
• Wie in 2 gezeigt ist außerdem an der Endarmatur 3 ein äußerer Kragen ausgebildet, in den das Rohr 13 eingepasst ist, so dass ein erster Überlappungsbereich 15 gebildet wird. Dort ist das Rohr beispielsweise durch Klebung fest mit der Endarmatur 3 verbunden.
• Bei einer Biegebelastung des Überspannungsableiters besteht die Gefahr, dass sich in diesem relativ kurzen ersten Überlappungsbereich 15 die Kräfte konzentrieren und so groß werden, dass es zu einer Beschädigung des Kunststoffgehäuses kommt. Es wurde erkannt, dass viele durch übermäßige mechanische Beanspruchung auftretende Beschädigungen bei Überspannungsableitern mit Rohr-Design im Bereich der Verbindung des Kunststoffgehäuses mit einer der beiden Endarmaturen auftreten.
• 3 zeigt eine 2 entsprechende Detailansicht einer erfindungsgemäße Ausführungsform eines Überspannungsableiters dieser Bauart.
• In 3 ragt ein Stützelement 17 zumindest bei einer Endarmatur 3 in das Rohr 13 hinein und liegt an der Innenwand des Rohres 13 an. Dieses Stützelement erstreckt sich über den ersten Überlappungsbereich 15 hinaus, so dass ein zweiter Überlappungsbereich 19 zwischen dem Stützelement 17 und dem Rohr 13 gebildet wird. Die Länge des zweiten Überlappungsbereichs ist nicht besonders beschränkt, allerdings – da das Stützelement 17 vorzugsweise aus dem Material der Endarmatur 3 gebildet ist und daher elektrisch gut leitet, sollte er möglichst kurz sein.
• Das Stützelement 17 kann als rohrförmiges Element einstückig mit der Endarmatur 3 ausgebildet sein.
• Das Rohr 13 ist vorzugsweise ein GFK-Rohr 13 und wird zwischen dem äußeren Rand der Endarmaturen 3 und dem Stützelement 17 eingefasst und durch Klebung festgehalten.
• Mit dieser Bauweise lässt sich die Biegefestigkeit des Überspannungsableiters deutlich erhöhen, und auch längere Bauweisen, über 2 m hinaus, sind möglich.
• In der Ausführungsform aus 3 ist das GFK-Rohr 13 durch Klebung mit der Endarmatur 3 verbunden. Dies ist nicht zwingend. Auch andere Verbindungsformen sind möglich, beispielsweise kann das GFK-Rohr 13 auch durch verpressen oder mittels Schrauben an der Endarmatur 3 gehalten werden. Zu beachten ist dabei allerdings, das eine gasdichte Verbindung entsteht, die sicherstellen kann, dass keine Gase in bzw. aus dem Überspannungsableiter gelangen. Insbesondere Feuchtigkeit der Umgebungsluft würde die Funktionsfähigkeit des Überspannungsableiters beeinträchtigen. Bei manchen Ausführungsformen ist der Spalt 9 auch mit einem gut isolierenden Gas gefüllt, und ein Austreten dieses Gases ist zu vermeiden.
• Auch ist darauf zu achten, dass die Verbindung zwischen dem Rohr 13 und den beiden Endarmaturen 3 so stark ist, dass eine hinreichende Kraft auf die Varistorblöcke 1 ausgeübt werden kann, wenn diese – etwa mittels einer nicht gezeigten Spannschraube – zwischen den Endarmaturen 3 eingepresst werden.
• Das Stützelement 17 ist vorzugsweise als Rohrelement ausgestaltet. Andere Bauweisen, etwa Rohrsegmente oder einzelne Stützstäbe sind ebenfalls denkbar, wobei ein im Querschnitt kreisförmiges Rohr die besten Ergebnisse liefert.
• Um sicherzustellen, dass die Druckentlastung im elektrischen Überlastungsfall über die Gasauslässe 11 arbeitet, ist darauf zu achten, dass entlang des gesamten zweiten Überlappungsbereich 19 ein hinreichend großer Spalt 9 zwischen dem Stützelement 17 und den Varistorblöcken 1 bzw. den Endarmaturen 3 verbleibt, zumindest über einen Teil des Umfangs der Varistorblöcke 1.
• Es ist möglich im zweiten Überlappungsbereich 19 anstelle von Varistorblöcken 1 auch einfache Metallblöcke, vorzugsweise Aluminiumblöcke zu verwenden. Obwohl dies die Länge des Überspannungsableiters erhöht, kann so sichergestellt werden, dass es nicht zu Teilentladungen zwischen den Varistorblöcken 1 und dem Stützelement 17 in diesem Bereich kommt.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Stützelement 17 einstückig mit der Endarmatur 3 ausgebildet. Beispielsweise kann die gesamte Endarmatur 3 mit dem Stützelement 17 als Aluminium-Gussteil gefertigt werden. Es ist alternativ möglich, das Stützelement 17 als eigenständiges Stützrohr auszubilden, was die Herstellung und Montage des Überspannungsableiters erleichtern kann.
• Zur weiteren Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Überspannungsableiters können auch noch um den Stapel der Varistorblöcke 1 herum einzelne Stäbe vorgesehen sein, die sich über die gesamte Länge des Überspannungsableiters erstrecken und an beiden Endarmaturen in bekannter Art verankert sind. Diese Stäbe werden vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet.
• Bei dem in 3 gezeigten Überspannungsableiter sind das Rohr 13 und das Gehäuse 5 mit den Schirmen 7 als zwei separate Teile gezeigt. Dies ist nicht zwingend. Es ist auch möglich, die Schirme getrennt von dem Gehäuse auszubilden oder – falls gewünscht – ganz darauf zu verzichten. Auch ist es möglich, das Rohr 13 und das Gehäuse 5 einstückig – gleich mit den Schirmen 7 – auszubilden.

1

Varistorblöcke

3

Endarmaturen

5

Gehäuse

7

Schirme

9

Spalt

11

Gasauslass

13

GFK-Rohr

15

erster Überlappungsbereich

17

Stützelement

19

zweiter Überlappungsbereich

Claims (9)

1. Überspannungsableiter mit: mindestens einem Varistorblock (1), zwei Endarmaturen (3), zwischen denen der Varistorblock (1) gehalten wird, und einem Rohr 13, das den Varistorblock (1) umgibt und mit den Endarmaturen (3) fest verbunden ist, gekennzeichnet durch ein Stützelement (17), das im Bereich einer Endarmatur (3) in das Rohr (13) hineinragt und an der Innenwand des Rohrs (13) anliegt.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Varistorblock (1) aus einem Metalloxid, vorzugsweise ZnO, gebildet ist.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endarmaturen (3) aus Metall, vorzugsweise Aluminium, gebildet sind.
4. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsableiter ein Gehäuse (5) mit Schirmen (7) aufweist.
5. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (13) ein GFK-Rohr (13) ist.
6. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) als eine Silikonhülle auf dem Rohr (13) ausgebildet ist.
7. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das GFK-Rohr (13) mit den Endarmaturen (3) durch eine Schrumpfklebung verbunden ist.
8. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endarmaturen (3) eine im Querschnitt zu dem Außendurchmesser des Rohrs (13) passende Öffnung bzw. Aussparung aufweisen, in die das Rohr (13) hineinragt.
9. Überspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt (9) sich über die gesamte Länge und zumindest einen Teil des Umfangs des Varistorblocks (1), zwischen dem Varistorblock (1) und dem Rohr (13) erstreckt, wobei der Spalt (9) in Verbindung mit zumindest einer Ablassöffnung (11) an einer der Endarmaturen steht.