Überspannungsableiter

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Aktivteil für einen Überspannungsableiter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

STAND DER TECHNIK

[0002] 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 Stromanschlussarmaturen 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.

[0003] 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

[0004] Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aktivteil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich trotz einfachen Aufbaus durch gute mechanische und elektrische Eigenschaften auszeichnet und welches sich zugleich in besonders kostengünstiger Weise herstellen lässt.

[0005] Das Aktivteil nach der Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass es lediglich eine einzige Schlaufe zum Fixieren und Verspannen zweier Anschlussarmaturen und mindestens eines zwischen den Armaturen gehaltenen Varistors benötigt. Daher kann es 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

[0006] 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 Aktivteils nach der Erfindung, welches unter Bildung eines Überspannungsableiters in ein gestrichelt angedeutetes transparent dargestelltes Gussgehäuse eingebaut ist,

Fig.2

eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch das nun perspektivisch dargestellte Aktivteil gemäss Fig.1, und

Fig.3

eine Explosionsdarstellung des Aktivteils gemäss Fig.1.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0007] In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile. Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Aktivteil 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 Befestigungsvorrichtung für einen nicht dargestellten auf Hochspannungspotential führbaren elektrischen Leiter versehen. Die Anschlussarmatur 2 ist mit einer als Schraubbohrung 12 ausgebildeten Befestigungsvorrichtung auf Erdpotential führbar. Sie weist eine axial ausgerichtete Gewindebohrung 3 auf, in der eine Druckschraube 4 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Schlaufe aus einem gewickelten, glasfaserverstärkten und in eine Kunststoffmatrix eingebetteten Band. Die Schlaufe 5 ist mit ihren beiden Enden in schlitzförmig ausgebildeten Abschnitten von Materialausnehmungen 6, 7 geführt, welche in die Anschlussarmaturen 1, 2 eingeformt sind.

[0008] Zwischen den Anschlussarmaturen 1, 2 ist unter Bildung eines säulenförmigen Ableiteraktivteils ein zylinderförmiges Varistorelement 8 aus nichtlinearem Widerstandsmaterial, etwa auf der Basis von Metalloxid, wie insbesondere von ZnO, angeordnet. Alternativ können statt eines Elementes 8 auch zwei oder mehr säulenförmig übereinandergestapelte Varistorelemente vorgesehen sein.

[0009] In einer in die Anschlussarmatur 1 eingeformten scheibenförmigen 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 Kupferlegierung 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 Stromübergangselemente 14 angeordnet, welche jeweils als Scheibe mit konzentrisch um die Achse geführten und in den beiden Stirnflächen der Scheibe eingeformten Rillen ausgebildet sind (Fig.3). Die Stromübergangselemente 14 sind mit Vorteil aus weichgeglühtem Aluminium gebildet.

[0010] Aus Fig.2 ist zu erkennen, dass jeder der mit den Bezugszeichen 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 Abschnitt 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 Kontaktdruck im Ableiteraktivteil gewährleistet. Eine gleichmässige Stromdichte des beim Auftreten einer Überspannung im Ableiteraktivteil geführten Ableiterstroms ist so gewährleistet. Zugleich werden unzulässig hohe lokale Erwärmungen im Ableiteraktivteil vermieden.

[0011] 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 Schlaufenenden fixierende Hinterschneidungen aufweisen, welche in die Auflageflächen 17, 18 eingeformt sein können.

[0012] 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.

[0013] Ein rechteckiges, insbesondere ein quadratisches, Querschnittsprofil 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.

[0014] Die Anschlussarmaturen 1, 2 sind teilweise, das Varistorelemente 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).

[0015] Zur Herstellung des Aktivteils 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 (Figuren 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.

[0016] Anstelle einer vorgefertigten Schlaufe kann auch eine Schlaufe verwendet werden, die während der Herstellung des Überspannungsableiters gebildet wird. Zu diesem Zweck wird ein mit einer Vorspannkraft beaufschlagtes Band um das Ableiteraktivteil 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 gegebenenfalls die Federelemente 9 entfallen.

[0017] 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.

[0018] 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 Stromübergangselemente 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

[0019] 

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

Ansprüche

1. Aktivteil für einen Überspannungsableiter mit zwei längs einer Achse (z) voneinander beabstandeten Anschlussarmaturen (1, 2), mindestens einem zwischen den beiden Anschlussarmaturen (1, 2) angeordneten, zylinderförmigen Varistorelement (8) und einem die Anschlussarmaturen (1, 2) und das mindestens eine Varistorelement (8) unter Bildung von Kontaktkraft zusammenhaltenden Spannteil mit einer Schlaufe (5) aus Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, dass in jede der beiden Anschlussarmaturen (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. Aktivteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (17, 18) im wesentlichen kreisbogenförmiges Oberflächenprofil aufweist.

3. Aktivteil 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 Druckscheibe (10, 13) eingeformt ist.

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

5. Aktivteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das gewickelte Band in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist.

6. Aktivteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix vor dem Auflegen der Schlaufe (5) auf die Auflageflächen (17, 18) durch Aushärten von härtbarem Kunststoff gebildet ist.

7. Aktivteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffmatrix nach dem Auflegen der Schlaufe (5) auf die Auflageflächen (17, 18) durch Aushärten von härtbarem Kunststoff gebildet ist.

8. Aktivteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaufe (5) rechteckiges Querschnittsprofil aufweist.

9. Aktivteil 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 Stromübergangselement (14) vorgesehen ist.

10. Aktivteil 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.

11. Überspannungsableiter mit einem Aktivteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und mit einem die Anschlussarmaturen (1, 2), das mindestens eine Varistorelement (8) und das Spannteil zumindest teilweise umhüllenden Gussgehäuse (19) aus Isoliermaterial.

Claims

1. Active part for an overvoltage suppressor having two connecting fittings (1, 2) which are spaced apart from one another along an axis (z), having at least one cylindrical varistor element (8) which is arranged between the two connecting fittings (1, 2) and a clamping part which holds the connecting fittings (1, 2) and the at least one varistor element (8) together forming contact force and has a loop (5) made of insulating material, characterized in that in each case one material cutout (6, 7) is formed in each of the two connecting fittings (1, 2) with a section (15, 16) which runs essentially transversely with respect to the axis (z), is designed in the form of a slot and extends from the outer surface of the fitting (1, 2) to beyond the axis (z), and in that the loop (5) is inserted into the sections (15, 16), which are in the form of slots, in the two connecting fittings (1, 2) in the region of the loop ends beyond the axis (z), and each of the two loop ends rests on in each case one surface (17, 18) which bounds the section (15, 16) which is in the form of a slot.

2. Active part according to Claim 1, characterized in that the contact surface (17, 18) has a surface profile which is essentially in the form of a circular arc.

3. Active part according to one of Claims 1 or 2, characterized in that a cutout in the form of a disc is formed in at least one of the two connecting fittings (1, 2) in order to accommodate at least one spring element (9) which produces the contact force and/or a thrust washer (10, 13).

4. Active part according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the loop (5) contains a wound strip.

5. Active part according to Claim 4, characterized in that the wound strip is embedded in a plastic matrix.

6. Active part according to Claim 5, characterized in that the plastic matrix is formed by curing the curable plastic before the loop (5) is placed on the contact surfaces (17, 18).

7. Active part according to Claim 5, characterized in that the plastic matrix is formed by curing the curable plastic after the loop (5) is placed on the contact surfaces (17, 18).

8. Active part according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the loop (5) has a rectangular cross-sectional profile.

9. Active part according to one of Claims 1 to 8, characterized in that at least one current transmission element (14), which can be deformed when the contact force is formed, is provided in the current path between the two connecting fittings (1, 2).

10. Active part according to Claim 9, characterized in that the current transmission element (14) is designed as a disc and has grooves which pass concentrically around the axis (z) and are formed in end surfaces of the disc.

11. Overvoltage suppressor having an active part according to one of Claims 1 to 10 and having a moulded housing (19) which at least partially sheaths at least one varistor element (8) and the clamping part and is made of insulating material.

Revendications

1. Pièce active pour un limiteur de surtension avec deux armatures de connexion (1, 2) espacées l'une de l'autre le long d'un axe (z), au moins un élément à varistance (8) en forme de cylindre, disposé entre les deux armatures de connexion (1, 2) et une pièce de serrage tenant ensemble les armatures de connexion (1, 2) et ledit au moins un élément à varistance (8) avec formation d'une force de contact, avec une boucle (5) constituée d'une matière isolante, caractérisée en ce que, dans chacune des deux armatures de connexion (1, 2), un évidement de matière (6, 7) est respectivement moulé avec une section (15, 16) produite en forme de fente, se prolongeant essentiellement transversalement à l'axe (z), laquelle s'étend de la surface externe de l'armature (1, 2) jusqu'à dépasser l'axe (z), et en ce que la boucle (5) dans la zone des extrémités de boucle dépassant l'axe (z) est introduite dans les sections (15, 16) en forme de fente des deux armatures de connexion (1, 2) et s'appuie avec chacune des deux extrémités de boucle respectivement sur une surface (17, 18) délimitant la section (15, 16) en forme de fente.

2. Pièce active selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface d'appui (17, 18) présente un profil de surface essentiellement en forme d'arc de cercle.

3. Pièce active selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un creux en forme de rondelle est formé dans au moins l'une des deux armatures de connexion (1, 2) pour recevoir au moins un élément élastique (9) et/ou une rondelle de pression (10, 13) produisant la force de contact.

4. Pièce active selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la boucle (5) renferme une bande enroulée.

5. Pièce active selon la revendication 4, caractérisée en ce que la bande enroulée est intégrée dans une matrice de matière plastique.

6. Pièce active selon la revendication 5, caractérisée en ce que la matrice de matière plastique avant l'application de la boucle (5) sur les surfaces d'appui (17, 18) est formée par durcissement d'une matière plastique durcissable.

7. Pièce active selon la revendication 5, caractérisée en ce que la matrice de matière plastique après l'application de la boucle (5) sur les surfaces d'appui (17, 18) est formée par durcissement d'une matière plastique durcissable.

8. Pièce active selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la boucle (5) présente un profil de coupe transversale rectangulaire.

9. Pièce active selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins un élément (14) déformable laissant passer le courant lors de la formation de la force de contact est prévu dans le parcours du courant entre les deux armatures de connexion (1, 2).

10. Pièce active selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'élément (14) laissant passer le courant est produit sous forme de rondelle et réalisé de façon concentrique autour de l'axe (z) et présente des rainures moulées dans les surfaces frontales de la rondelle.

11. Limiteur de surtension avec une pièce active selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et avec un boîtier moulé (9) constitué d'une matière isolante, enveloppant les armatures de connexion (1, 2), ledit au moins un élément à varistance (8) et au moins partiellement la pièce de serrage.

Zeichnung