[0001] Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Überspannungsableiter 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.
[0003] Ein derartiger Überspannungsableiter 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 Endarmaturen begrenzt, die den elektrischen Kontakt zur Schaltanlage 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 Zugelemente umgeben dabei die Varistorsäule und bilden so einen Käfig um diese.
[0004] Für den Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen weisen Überspannungsableiter 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 Ableitsäule
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. Insbesondere größere
Überspannungsableiter besitzen häufig an ihrem hochspannungsseitigen Ende eine Steuerhaube,
die als einseitig verschlossener Zylinder über das Ende der Ableitsäule gestülpt ist.
Die einzelnen Varistorelemente haben gegenüber Erdpotential eine hohe Kapazität, ihre
Reihenschaltung führt jedoch zu einer sehr kleinen Längskapazität, was ab einer bestimmten
Baulänge der Varistorsäule zu einer inhomogenen Spannungsverteilung führt. Im weiter
vom Erdpotential entfernten Teil der Varistorsäule werden die Varistorelemente daher
spannungsmäßig höher beansprucht, was zusammen mit ihrer resistiven Wirkung zu einer
unerwünschten Erwärmung führen kann. Die Steuerhaube dient nun dazu, die Spannungsverteilung
entlang der Länge der Varistorsäule zu homogenisieren.
[0005] Soll die Schaltanlage elektrisch getestet werden, so muss wegen der dann auftretenden
hohen Spannungen der Überspannungsableiter von der Schaltanlage getrennt werden. Andernfalls
würde der Überspannungsableiter die Spannung zur Erde ableiten und das Messergebnis
würde verfälscht.
[0006] Bislang sind Überspannungsableiter bekannt, die eine Trennstelle aufweisen, womit
der Überspannungsableiter 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.
[0007] Aus der
JP 10322822-A ist ein gattungsgemäßer Überspannungsableiter bekannt, bei dem die Ableitsäule von
der Schaltanlage getrennt wird, indem die Anordnung aus Ableitsäule 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.
[0008] In der internationalen Anmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen
PCT/EP2012/059973 ist ein Überspannungsableiter beschrieben, bei dem die Steuerhaube gegen das Ableitelement
verschoben werden und so eine Trennstelle geöffnet oder geschlossen werden kann.
[0009] Nachteilig am Stand der Technik ist, dass relativ große Massen bewegt werden müssen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überspannungsableiter anzugeben,
der mit einer kleineren zu bewegenden Masse auskommt.
[0010] Die Aufgabe wird mit den Mitteln der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
[0011] Demnach weist ein Überspannungsableiter ein Ableitelement, eine elektrisch mit dem
Ableitelement verbundene Steuerhaube und ein fluiddichtes Gehäuse auf, in welchem
das Ableitelement und die Steuerhaube angeordnet sind. Das Gehäuse weist dabei einen
Erdkontakt und einen Hochspannungskontakt auf, wobei der Erdkontakt und der Hochspannungskontakt
jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses elektrisch verbinden. Erfindungsgemäß
weist die Steuerhaube eine erste Teilhaube und eine zweite Teilhaube auf, wobei die
erste Teilhaube und die zweite Teilhaube elektrisch miteinander verbunden und derart
gegeneinander verschiebbar sind, dass eine elektrische Verbindung vom Erdkontakt zum
Hochspannungskontakt über das Ableitelement herstellbar beziehungsweise unterbrechbar
ist. Somit kann eine der Teilhauben festgelegt sein, und nur die andere beweglich
ausgestaltet sein, was die bewegte Masse reduziert.
[0012] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und die zweite
Teilhaube zylindrisch und teleskopartig ineinander schiebbar. Hierdurch ist eine gute
axiale Führung gegeben.
[0013] Vorzugsweise ist die erste Teilhaube mit einer hochspannungsseitigen Endarmatur des
Ableitelementes verbunden, und die zweite Teilhaube gegen die erste in einer axialen
Richtung des Ableitelementes verschiebbar. Da die erste Teilhaube unbeweglich ist,
kann sie somit optimal an die Aufgabe der Feldsteuerung angepasst werden. Die zweite,
bewegliche Teilhaube übernimmt die Funktion des Öffnens beziehungsweise des Schließens
des Kontaktes, indem sie gegen die erste Teilhaube in axialer Richtung des Ableitelementes
verschiebbar ist und so in Kontakt mit dem Hochspannungskontakt gebracht werden kann,
um den Kontakt zu schließen oder umgekehrt.
[0014] Ferner wird bevorzugt, dass die zweite Teilhaube an ihrer Stirnseite eine Vertiefung
aufweist, die mit einer korrespondierend geformten Ausbuchtung am Hochspannungskontakt
in einen flächigen Kontakt bringbar ist, indem die Ausbuchtung in die Vertiefung eintaucht.
Die zweite Teilhaube könnte beispielsweise eine Vertiefung mit einer konkaven Kontur
aufweisen, und der Hochspannungskontakt eine Ausbuchtung mit einer konvexen Kontur.
Vorzugsweise sind die Konturen rotationssymmetrisch um die axiale Richtung des Ableitelementes.
Die Kontur könnte dabei kugel- oder kegelartig sein. Es ist auch denkbar, dass eine
der Konturen kegelartig, die andere kugelartig ist. Beim Verschieben der zweiten Teilhaube
in Richtung des Hochspannungskontaktes wird ab einer bestimmten Entfernung voneinander
die Ausbuchtung in die Vertiefung eintauchen. Berühren sich die zweite Teilhaube und
der Hochspannungskontakt, so ergibt sich eine flächige Kontaktstelle, die einen besonders
guten Kontakt ermöglicht. Falls eine der Konturen kegelartig, die andere kugelartig
ist, ergibt sich aufgrund der endlichen Härte der Materialien eine ringförmige Kontaktfläche.
In jedem Fall, ist eine solche Trennstelle selbstzentrierend, also tolerant gegen
kleine Abweichungen der Verschiebungsrichtung von der axialen Richtung.
[0015] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter mit geöffneter Trennstelle,
- Figur 2
- einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter mit geschlossener Trennstelle,
- Figur 3
- den Bereich um die hochspannungsseitige Endarmatur eines erfindungsgemäßen Überspannungsableiters.
[0016] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
[0017] Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter 1 mit geöffneter
Trennstelle 17. Der Überspannungsableiter 1 weist dabei ein gasdichtes Gehäuse 4 auf.
Das Gehäuse 4 ist hier in allen Figuren zur besseren Darstellung aufgeschnitten gezeigt.
Das Gehäuse 4 ist zylindrisch und an einer Seite mit einem Gehäusedeckel 16 verschlossen.
Das Gehäuse 4 ist im betriebsfertigen Zustand meist mit einem isolierenden Fluid wie
Schwefelhexafluorid unter Überdruck gefüllt. Durch den Gehäusedeckel 16 führt hier
nicht sichtbar ein Erdkontakt 5 eine elektrische Verbindung vom Äußeren ins Innere
des Gehäuses 4. Die elektrische Verbindung kann dabei beispielsweise durch einen elektrisch
leitenden Deckel 16, oder durch eine gegen den Deckel elektrisch isolierte Durchführung
wie in der
EP 12 170 022.3 beschrieben, hergestellt sein. Am dem Deckel 16 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses
4 ist ein Hochspannungskontakt 6 angeordnet, der hier als Hochspannungsdurchführung
dargestellt ist. Diese Hochspannungsdurchführung stellt eine für Hochspannungen von
einem Kilovolt bis zu mehreren Hundert Kilovolt, je nach Anwendungsfall, geeignete
elektrische Verbindung, die gegen das Gehäuse 4 isoliert ist, bereit.
[0018] Im Inneren des Gehäuses 4 ist ein Ableitelement 2 angeordnet. Dieses weist eine zylindrische
Varistorsäule 7, eine erdseitige Endarmatur 8, eine hochspannungsseitige Endarmatur
9, die hier nicht sichtbar ist, und mehrere Zugelemente 14 auf. Die Varistorsäule
7 ist aus einzelnen, ebenfalls zylindrischen Varistorblöcken zusammengesetzt. Die
Endarmaturen 8, 9 bestehen meist aus elektrisch leitendem Material. Zugelemente 14
sind in den Endarmaturen 8, 9 unter Zug verpresst und halten so die Varistorsäule
7 zusammen. In der Varistorsäule 7 können Haltescheiben eingefügt sein, die Löcher
aufweisen, durch die die Zugelemente 14 geführt sind und so das Ableitelement 2 zusätzlich
stabilisieren. Die Längsachse 18 der Varistorsäule bestimmt eine axiale Richtung.
[0019] Auf einer Erdanschlussseite des Ableitelementes 2 ist die Deckfläche des Gehäuses
4 mit einem einfachen Gehäusedeckel 16 verschlossen. Ein Erdkontakt 5 ist elektrisch
isoliert durch diesen Gehäusedeckel 16 vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses 4 geführt
und dient dem Erdungsanschluss. Im Inneren des Gehäuses 4 ist dieser Erdkontakt 5
elektrisch leitend mit dem Ableitelement 2 beispielsweise mit einem Kabel verbunden.
Die erdseitige Endarmatur 8 des Ableitelementes 2 ist an dem Gehäusedeckel 16 befestigt.
Der Gehäusedeckel 16 ist gegen die Varistorsäule 7 elektrisch isoliert. Der Gehäusedeckel
16 weist in der Regel einen hier nicht dargestellten Anschluss auf, über den Fluid,
beispielsweise Schwefelhexafluorid, in das Gehäuse 4 eingefüllt, beziehungsweise abgelassen
werden kann.
[0020] Auf einer Hochspannungsanschlussseite des Ableitelementes 2 ist die Deckfläche des
Gehäuses 4 mit einem als Hochspannungsdurchführung ausgeführten Hochspannungskontakt
6 versehen, um das elektrische Hochspannungspotential ohne Gefahr eines Überschlags
zwischen Hochspannung und geerdetem Gehäuse 4 von außen in das Gehäuse 4 hinein zu
führen.
[0021] Eine im Wesentlichen zylinderförmige Steuerhaube 3 ist über das hochspannungsseitige
Ende des Ableitelementes 2 gestülpt. Die Steuerhaube 3 besteht dabei aus einer ersten
Teilhaube 10 und einer zweiten Teilhaube 11. Die beiden Teilhauben sind teleskopartig
ineinander geschoben. Die zweite Teilhaube 11 ist mit einer Verschiebungseinrichtung
15 verbunden, die hier als Schubstange dargestellt ist. Die Verschiebungseinrichtung
15 ist fluiddicht durch den Gehäusedeckel 16 geführt und erlaubt eine Bedienung der
Trennstelle von außerhalb des Gehäuses 4. Mit der Verschiebungseinrichtung 15 kann
ein Bediener, ohne das Gehäuse 4 zu öffnen, die zweite Teilhaube 11 in der axialen
Richtung zum Hochspannungskontakt 6 hin verschieben, bis die Trennstelle 17 schließlich
geschlossen ist, wie in Figur 2 gezeigt. Somit ist eine elektrische Verbindung vom
Hochspannungskontakt 6 über die zweite Teilhaube 11, die erste Teilhaube 10, die hochspannungsseitige
Endarmatur 9, die Varistorsäule 7, der erdseitigen Endarmatur 8 bis zum Erdkontakt
5 hergestellt. Wird die zweite Teilhaube 11 in entgegengesetzter Richtung, also vom
Hochspannungskontakt 6 weg, bewegt, so wird die Trennstelle 17 und damit die elektrische
Verbindung geöffnet.
[0022] Um einen guten Kontakt zwischen Hochspannungskontakt 6 und zweiter Teilhaube 11 zu
gewährleisten, ist die Teilhaube 11 an ihrer Stirnseite mit einer hier beispielhaft
kugelartigen Vertiefung 12 versehen. Eine hier ebenfalls kugelartig dargestellte Ausbuchtung
13 des Hochspannungskontaktes 6 taucht in die Vertiefung 12 ein, bis schließlich Kontakt
zwischen zweiter Teilhaube 11 und Hochspannungskontakt 6 hergestellt ist. Die Achsen
der kugelartigen Ausbuchtung 13 beziehungsweise Vertiefung 12 zentrieren sich dabei
miteinander, so dass Toleranzen der Verschiebungsrichtung ausgeglichen werden.
[0023] In Figur 3 ist das hochspannungsseitige Ende des Ableitelementes 2 mit der Steuerhaube
3 dargestellt. Die Steuerhaube 3 ist hierbei aufgeschnitten dargestellt, um die hochspannungsseitige
Endarmatur 9 zu zeigen. Erste Teilhaube 10 und zweite Teilhaube 11 sind hier teleskopartig
ineinander geschoben. Dabei liegt die zweite Teilhaube 11 außen um die erste Teilhaube
10. Im Inneren der Steuerhaube 3 ist die hochspannungsseitige Endarmatur 9 sichtbar.
Die Zugelemente 14 sind mit dieser verpresst. Das Verschiebungselement 15 ist eine
Schubstange, die durch eine Öffnung in der hochspannungsseitigen Endarmatur 9 geführt
und mit der zweiten Teilhaube 11 an deren Stirnseite verbunden ist. Die erste Teilhaube
10 ist ein beidseitig offener Zylinder, der an der unteren Kante eine Verdickung aufweist,
um eine Feldlinienverdichtung dort zu vermeiden. Sie ist außerdem mit der hochspannungsseitigen
Endarmatur 9 fest verbunden. Zwischen der ersten Teilhaube 10 und der zweiten Teilhaube
11 können hier nicht dargestellte Gleitelemente angeordnet sein, um die Reibung zu
vermindern und eine gute Führung zu gewährleisten. Die zweite Teilhaube 11 ist mittels
der Verschiebungseinrichtung 15 gegen die erste Teilhaube 10 in Richtung der Längsachse
18 verschiebbar. Eine elektrische Verbindung zwischen erster Teilhaube 10 und zweiter
Teilhaube 11 kann beispielsweise mittels eines flexiblen Strombandes hergestellt sein.
1. Überspannungsableiter (1) mit einem Ableitelement (2), einer elektrisch mit dem Ableitelement
(2) verbundenen Steuerhaube (3) und einem fluiddichten Gehäuse (4), in welchem das
Ableitelement (2) und die Steuerhaube (3) angeordnet sind und welches einen Erdkontakt
(5) und einen Hochspannungskontakt (6) aufweist, wobei der Erdkontakt und der Hochspannungskontakt
jeweils das Innere mit dem Äußeren des Gehäuses (4) elektrisch verbinden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhaube (3) eine erste Teilhaube (10) und eine zweite Teilhaube (11) aufweist,
wobei die erste Teilhaube (10) und die zweite Teilhaube (11) elektrisch miteinander
verbunden und derart gegeneinander verschiebbar sind, dass eine elektrische Verbindung
vom Erdkontakt (5) zum Hochspannungskontakt (6) über das Ableitelement (2) herstellbar
beziehungsweise unterbrechbar ist.
2. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Teilhaube (10, 11) zylindrisch sind und teleskopartig ineinander
schiebbar sind.
3. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilhaube (10) mit einer hochspannungsseitigen Endarmatur (9) des Ableitelementes
(2) verbunden ist, und dass die zweite Teilhaube (11) gegen die erste (10) in einer
axialen Richtung des Ableitelementes (2) verschiebbar ist.
4. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Teilhaube (11) an ihrer Stirnseite eine Vertiefung (12) aufweist, die
mit einer korrespondierend geformten Ausbuchtung (13) am Hochspannungskontakt (6)
in einen flächigen Kontakt bringbar ist, indem die Ausbuchtung (13) in die Vertiefung
(12) eintaucht.