CN106688055A - 过电压防护放电器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种过电压防护放电器(1),其具有预安装的、带有放电柱(7)的有效部件(20),所述有效部件布置在刚性的、沿纵轴线(40)延伸的管状的壳体(2)中并且为了产生轴向的接触力,所述有效部件在两个端侧地封闭所述壳体(2)的法兰(5、6)之间夹紧。按照本发明规定,预安装的有效部件(20)具有上部的和下部的保持盘(8、9),所述保持盘设置在所述放电柱(7)的上部的或者下部的端侧上,所述放电柱在所述保持盘之间延伸。在此,每个保持盘(8、9)具有至少两个凸块(16)。所述放电柱(7)通过至少两个弹性的拉紧环(10)轴向地束紧和径向地支撑,方法是每个拉紧环(10)都在上部的保持盘(8)的凸块(16)和下部的保持盘(9)的对应的凸块(16)之间拉紧。
Description
过电压防护放电器是例如用于输电网的保护***,它们在由于雷击或者其它部分***发生故障而出现过电压时将过电压引向地面并且由此保护输电网的其它部件。
这种过电压防护放电器包括一个或多个圆柱形放电元件,它们具有由单个的同样是圆柱形的压敏电阻器元件构成的压敏电阻器柱。所述压敏电阻器元件的特征在于与电压相关的电阻。在电压较低时,压敏电阻器元件用作绝缘体。从某一与材料相关的阈值电压开始,压敏电阻器元件具有良好的导电性。压敏电阻器元件通常由金属氧化物如氧化锌制成。放电柱在两端与端部接头相连,所述端部接头建立与电导线和地面的导电接触。为了在受到机械负载的情况下也能确保压敏电阻器元件之间良好的导电接触,放电柱必须通过轴向接触力保持在一起。接触力必须足够大,以确保在出现过电压的情况下在有效部件中导引的放电器电流的均匀的电流密度并且因而更可靠地避免在有效部件的压敏电阻之间的接触过渡的不被允许的较高局部升温。这可以通过以下方式实现,即,将例如由玻璃纤维加强的塑料制成的拉紧元件如绳索或杆在拉力作用下夹紧在端部接头中或者夹紧在布置在放电柱端部上的压力板中。在一定的尺寸以上,或者当过电压防护放电器应该设置在有地震危险的区域中时,放电柱布置在机械稳定的管状的壳体中,壳体由绝缘材料、例如由瓷或者玻璃纤维强化的塑料制成。于是端部接头就经常同时用作用于该壳体的封闭件。为了把在过载情况中产生的气体从该壳体中导出,这种过电压防护放电器通常具有压力释放装置。
由专利文献EP 2 757 565 A1已知这种过电压防护放电器。该文献公开了一种具有管形的壳体的过电压防护放电器。放电柱布置在管件中并且通过弹簧在端部接头之间压实。在此的缺点在于,在放电柱最终在弹簧之间压紧和由此固定之前,放电柱必须首先暂时束紧以便装入管件中。这例如通过用胶带包绕实现。
由专利文献EP 0 614 198 B1已知一种具有注塑壳体的过电压防护放电器。因为该壳体不是刚性的并且由此不能在放电柱上施加必要的接触力,所以必须以别的方式传递该接触力。在此,放电柱借助多个支承在端部接头中的、构造为回环的拉紧元件束紧。在此的缺点在于,必要的接触力必须通过拉紧元件施加。因此其必须费事地和高成本地由高强度材料、例如玻璃纤维强化的塑料制造。
本发明要解决的技术问题在于,提供一种过电压防护放电器,其易于安装并且用较少的部件实现较大的变型多样性。本发明要解决的另一技术问题在于,提供一种用于安装过电压防护放电器的尽可能有效的方法。
上述涉及过电压防护放电器的技术问题通过具有权利要求1的特征的过电压防护放电器解决。
为此,过电压防护放电器具有预安装的、带有放电柱的有效部件,所述有效部件布置在刚性的、沿纵轴线延伸的管状的壳体中。在此,纵轴线确定轴向的方向。放电柱优选地由多个、沿纵轴线堆叠为柱体的筒形的压敏电阻块构成。为了产生轴向的接触力,有效部件在两个在端侧封闭壳体的法兰之间夹紧。按照本发明规定,预安装的有效部件具有上部的和下部的保持盘,其中一个设置在放电柱的上部端侧上,一个设置在放电柱的下部端侧上。“上部/上部的”或者“下部/下部的”的描述仅用作区分,并不表示对空间定向的参考。放电柱在保持盘之间延伸。每个保持盘具有至少两个、优选四个凸块,所述凸块优选地从保持盘的背离放电柱的侧面平行于纵轴线地延伸。放电柱通过至少两个弹性的拉紧环或者说夹紧回环轴向地束紧和径向地支撑,方法是每个拉紧环都在上部的保持盘的凸块和下部的保持盘的对应的凸块之间拉紧。也就是预安装的有效部件由放电柱、保持盘和拉紧环组成。这样预安装的有效部件对于安装的目的是足够稳定的。必要的接触力不通过拉紧环施加。通过在法兰之间的绷紧才实现必要的接触力。因此,拉紧环可以简单地用手拉紧。由此显著地简化了安装。
在本发明的有利的设计方案中,凸块的沿径向最靠近纵轴线的点确定用于拉紧环的转向点。保持盘具有带半径R1的第一部段S1和带半径R2的第二部段S2,其中,放电柱具有半径RA,并且其中,R2≤RA≤R1,并且其中,转向点离纵轴线的距离Ru≤R2。在此,所有半径都是在垂直于纵轴线的平面内测量的。因此,保持盘的周界线具有带不同半径的部段,优选地每个拉紧环具有带较大半径R1的部段S1和带半径R2的部段S2。放电柱的半径RA可在半径R1和R2之间。部段S1用于在放电柱上尽可能宽地支撑保持盘。相对于外轮廓朝向也构成中心轴线的纵轴线回缩的转向点确保拉紧环在其端部上至少部分地沿径向的方向延伸。若拉紧环被拉紧,则在该处有径向的力分量作用,其额外地稳定了放电柱。
在此优选地,每个拉紧环从转向点通过第二部段S2向放电柱的周向表面侧延伸。由此,一方面可以为带有从R2到R1的直径的放电柱使用相同的保持盘,这减小了保持盘的在储备时要保持的变型多样性,另一方面,拉紧环轴向地沿放电柱的周向表面侧延伸,并且在周向表面侧向放电柱的端侧的过渡部处朝向凸块至少部分地沿径向的方向延伸地转向,这在拉紧环拉紧时再次径向地支撑放电柱。
优选地,放电柱在其端侧上分别具有带至少一个倒圆的棱边的端板,其中,拉紧环延伸经过倒圆的棱边。在此,端板是圆筒形的板件,该板件具有几毫米的厚度,板件的直径相应于所使用的压敏电阻块的直径,板件由能导电的材料、例如钢或者铝制成,该板件的圆形棱边在从周向表面侧向端侧的过渡部处倒圆。优选地,倒圆半径为至少0.5mm并且最大可以为端板的厚度的一半。端板一方面把保持盘施加在放电柱上的压力均匀地分布在大多很脆的压敏电阻块上,另一方面通过倒圆的棱边保护拉紧环,使得拉紧环不延伸经过压敏电阻的大多锐利的棱边。
优选地,拉紧环具有至少106欧姆、优选至少109欧姆的表面电阻和通向电阻。由此确保低于阈值电压时没有可察觉的电流流经拉紧环。
同样有利的是,拉紧环具有圆形的横截面。这种拉紧环可以在多种长度中使用并且易于操作。
特别有利的是,拉紧环由弹性体制造、优选地由天然的或者合成的橡胶,例如硅酮制造。这一方面为当前的应用目的提供最好的弹性性质,另一方面,这种拉紧环例如作为商业上通用的O形环可以特别方便地并且低成本地买到。
还优选的是,保持盘中的至少一个具有定心销,其可以***法兰上的定心装置中。例如具有相应钻孔的定心板或者具有相应中心开口的螺旋弹簧可以用作法兰上的定心装置。
前述涉及安装方法的技术问题通过具有权利要求11的特征的方法解决。
按照本发明地在这种用于安装过电压防护放电器的方法中,首先预安装有效部件。为此,沿纵轴线延伸的放电柱以其端侧布置在上部的和下部的保持盘之间。至少两个拉紧环分别拉紧在上部的保持盘的凸块和下部的保持盘的对应凸块之间并且由此把有效部件轴向地、即沿纵轴线的方向束紧并且径向地支承。这样预安装的有效部件沿纵轴线的方向导入刚性的管状壳体中并且在其中通过外部作用在保持盘上的挤压装置压紧,以便产生轴向的接触力。接着有效部件在被压紧的位置中借助锁定装置在壳体中锁定。因此通过壳体承受反作用于接触力的反作用力。
下面参照附图进一步阐述本发明。在附图中:
图1示出按照本发明的过电压防护放电器的剖视图;
图2示出图1的上部部分的局部;
图3示出图1的下部部分的局部;
图4示出按照本发明的过电压防护放电器的有效部件的3D视图;
图5示出按照本发明的过电压防护放电器的有效部件的俯视图并且
图6示出剖切按照本发明的过电压防护放电器的有效部件得到的部分视图。
相应的部件在所有附图中配设有相同的附图标记。
图1示出剖切按照本发明的过电压防护放电器1得到的剖视图。从外部可见的是刚性的壳体2,所述壳体2具有刚性的、沿纵轴线40延伸的管件3,所述管件3例如由玻璃纤维强化的塑料制成,壳体2具有注塑在管件上的带屏蔽件4的硅酮外罩。备选地,壳体2可以与屏蔽件4一同由陶瓷制造。壳体2在其端侧上用两个法兰5、6气密地封闭。为此,法兰5、6与刚性的管件3粘接。在壳体2的上端部处的法兰5具有未示出的用于连接在高压线缆上的接线端。法兰5也可以具有光弧电极21。在壳体2的下端部处的法兰6具有未示出的用于连接在接地点上的接线端。法兰6还具有在此形式为排气罩22的压力排放装置,在故障中在壳体2内部产生的气体可以通过所述压力排放装置指向外部地导引。在壳体2中布置有有效部件20。
图2示出过电压防护放电器1在上部的、即高压侧的法兰5的区域中的构造。法兰5以外部的周向表面侧贴靠在刚性的管件3的内部的周向表面侧上并且在此与其粘接。盖板23封闭空腔,在空腔中例如可以布设干燥剂。在盖板23和有效部件20之间布置有弹簧18、在此构造为螺旋弹簧。通过弹簧18把接触力从壳体2传递至有效部件20。在此,至少弹簧18的最外部的匝圈通过盖板23支撑在法兰5的肩部上。在弹簧18中心的开口的尺寸设计为使得保持盘8的定心销17可以进入其中并且以此定心。有效部件20在其上部的、即高压侧的和在其下部的、即接地侧的端部构造得相同。有效部件20具有放电柱7,放电柱由圆柱形或者说筒形的块25组成。放电柱7在其端侧可以由能导电的、例如由钢、铜或者铝制成的端板11限定。在放电柱7的上部端侧上布设有上部的保持盘8,在放电柱7的下部端侧上布设有下部的保持盘9。上部的和下部的保持盘8、9可以构造相同并且同样是能导电的。保持盘可以由钢、铜或者铝制造。保持盘分别具有多个、即至少两个凸块16。所述凸块16分别从保持盘8、9的背离放电柱7的端侧平行于纵轴线40地延伸。围绕各凸块16布设有弹性的拉紧环10的一个端部。拉紧环10的另一个端部围绕下部的保持盘9的对应凸块16拉紧。拉紧环10基本径向地平行于放电柱7的端侧地在保持盘8上延伸并且在放电柱7的棱边的区域中沿轴向的方向转向并且然后沿放电柱7的周向表面侧延伸。优选地,拉紧环10的弹性选择为使得拉紧环在此至少部段式地贴靠在放电柱7的周向表面侧上。若拉紧环10拉紧,则其由此径向地支撑放电柱7。
图3示出过电压防护放电器1在下部的、即接地侧的法兰6的区域中的构造。法兰6在此以内部的周向表面侧贴靠在管件3的外部的周向表面侧上并且在此与其粘接。压板12把有效部件20压向上部的法兰5。在组装时通过挤压装置在压板12上施加压力并且由此把有效部件20压紧以便产生必要的接触力。密封环13和密封件15以布置在压板12和密封环13之间的不可见的膜共同将该装置相对法兰6密封。所述膜构造为在壳体内部中压力升高时裂开,并且使得超压通过法兰6和排气罩22向外释放。在移除挤压装置前,封闭环14固定该装置,以便保持施加在有效部件20上的接触力。封闭环例如可以与法兰6螺栓连接或者通过卡口闭锁式连接与法兰6连接。压板12具有开口,在超压时气体可以通过该开口轻易地逸出。此外,压板12具有定心钻孔24,布置在有效部件20上的定心销17可以进入定心钻口中,以便使有效部件20定心。
在图4中示出按照本发明的过电压防护放电器1的预安装的有效部件20的实施方式。有效部件20具有放电柱7,所述放电柱7由柱体组成,所述柱体由多个筒形的压敏电阻块25制成。在放电柱7的端侧上可以布置端板11,端板优选地具有倒圆的棱边26。放电柱7在两个布置在其端侧上的保持盘8、9之间借助拉紧环10夹紧。拉紧环10由弹性材料例如天然的或者合成橡胶、硅酮或者其它弹性体构成。两个或者多个拉紧环10围绕凸块16布设在两个保持盘8中的每一个上并且夹紧放电柱7。拉紧环10的夹紧力设计为使得拉紧环可以由人员手动地安装。该夹紧力足以使得有效部件20为安装的目的而被束紧,然而不通过拉紧环10施加必要的接触力。如上所述,接触力借助挤压装置施加和得到。拉紧环10是环形的并且优选地具有圆形的横截面,因此商业上常见的O形环可以用作拉紧环10。然而该材料应该具有至少106欧姆、优选至少109欧姆的通向电阻和表面电阻。该材料也应当在-50℃至+100℃的温度范围中保持其弹性特性。
图5示出有效部件20的另一实施形式的俯视图。在此,可见的保持盘8在设计上构造得比在图1至图4中更简洁,以便更清楚地突出重要的细节。附图6示出相应的局部剖视图。上部的保持盘8基本设计为圆柱形。未示出的下部的保持盘9构造为与上部的保持盘8相同。保持盘8沿着其圆周具有带半径R1的部段S1和带半径R2的部段S2。所述部段S1和S2沿圆周方向交替并且在圆周上均匀地分布。在本实施例中,部段S1在明显比部段S2更小的角度范围中延伸。然而也可以是相反的。对于每个拉紧环10分别有一个部段S1和一个部段S2。在部段S1中的凸出部形的突伸部29将放电柱7在其整个直径上支撑在其端侧上。因此,半径R1确定放电柱7的优选可供使用的最大半径RA。尽管也可以使用具有更大半径的放电柱7,但是就不再是在其整个直径上端侧地对其进行支撑。放电柱7的的优选可供使用的最小半径RA通过部段S2的半径R2确定。在本实施例中,部段S2表现为圆周线的凹处30。半径R2小于在部段S1中的半径,即适用R2<R1。用于拉紧环10的转向点19,即凸块16的各个紧邻纵轴线40的点相对于部段S2的外轮廓回移,即向纵轴线40靠近,并且因此与纵轴线的间距Ru<R2。拉紧环10绕凸块16半圆形地在槽中延伸并且基本相对纵轴线40沿径向地向外导引通过部段R2。在放电柱7的棱边处,拉紧环朝下部的保持盘9的方向导引。在此,拉紧环沿轴向的方向平行于纵轴线40地沿着放电柱7的周向表面侧延伸。当拉紧环10的弹性足够高时,拉紧环就贴靠在放电柱7的周向表面侧上并且径向地从外部支承放电柱7。若放电柱具有小于R2的半径就不再是这样。因此,通过这种保持盘8、9可以使用具有不同半径RA的放电柱,即R2≤RA≤R1。因此通过这种保持盘8、9可以将不同直径的放电柱7预安装为有效部件20。
不是必须如在所示实施例中那样使用四个拉紧环10。也可以考虑仅使用三个拉紧环10。于是三个凸块16就位于绕纵轴线40的等边三角的角上。备选地也可以考虑仅具有两个拉紧环10的实施方式,方法是绕两个凸块16布设拉紧环,如在图5和图6中用虚线所示的,所示虚线形成备选的槽28。在另一备选的实施方式中,拉紧环10延伸所绕的凸块16可以构成例如扁豆形的凸块16。
这种过电压防护放电器1的安装按照如下所述地进行:
首先预安装有效部件20,方法是将必要数量的压敏电阻块25堆叠成柱体。必要时可以在柱体中装入长度补偿元件,以便把放电柱设置为与壳体2相应的长度。这种补偿元件具有与压敏电阻块25相同的直径,并且由能良好导电的材料制造。在柱体的端侧上布置端板11。在放电柱的外部端侧上、即要么在最外部的压敏电阻块25上,或者当使用端板11时就在端板11的外侧上布置保持盘8、9。备选地可以通过不同厚度的或者多个端板11进行长度补偿。至少两个弹性的拉紧环10此时在上部的保持盘8的凸块16和下部的保持盘9的对应凸块16之间拉紧。由此使得有效部件20被轴向地束紧和径向地支撑。
此时倒置壳体2,即用上部的法兰5向下地设置在托架上并且装入盖板23和弹簧18。预安装的有效部件20通过下部的法兰6中的开口***壳体2中。在此,定心销17***弹簧18的中央开口中。这时把压板12设置在下部的保持盘9上,其中,下部的保持盘9的定心销17进入压板12的定心钻孔24中。这时装入密封件15并且将膜设置在压板12上以及再把密封环13设置在膜上。这时用外部的未示出的挤压装置向压板12施加轴向力并且压紧有效部件20,直到所需的接触力作用在压敏电阻块25上。这时用锁定装置14、例如封闭环在壳体2中锁定所述装置。这可以通过使锁定装置14具有圆周侧的外螺纹并且法兰6具有相应的内螺纹实现,或者通过锁定装置14在法兰6中的卡口式的锁定实现。这时可以去掉挤压装置。有效部件20这时在上部的法兰5和下部的法兰6之间夹紧在壳体2中。夹紧力在法兰5、6之间通过刚性的管件3传递。必要时还必须从外部在下部的法兰6上安装排气罩22,然后过电压防护放电器1安装完毕。
Claims (10)
1.一种过电压防护放电器(1),具有预安装的、带有放电柱(7)的有效部件(20),所述有效部件(20)布置在刚性的、沿纵轴线(40)延伸的管状的壳体(2)中并且为了产生轴向的接触力,所述有效部件(20)在两个端侧地封闭所述壳体(2)的法兰(5、6)之间夹紧,
其特征在于,
所述预安装的有效部件(20)具有上部的和下部的保持盘(8、9),所述保持盘设置在所述放电柱的上部的或者下部的端侧上,所述放电柱(7)在所述保持盘(8、9)之间延伸,其中,每个保持盘(8、9)具有至少两个凸块(16),并且其中,所述放电柱(7)通过至少两个弹性的拉紧环(10)轴向地束紧和径向地支撑,方法是每个拉紧环(10)都在上部的保持盘(8)的凸块(16)和下部的保持盘(9)的对应的凸块(16)之间拉紧。
2.按照权利要求1所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
凸块的沿径向最靠近纵轴线的点确定用于拉紧环的转向点,并且其中,保持盘具有带半径R1的第一部段S1和带半径R2的第二部段S2,其中,放电柱具有半径RA,并且其中,R2≤RA≤R1,并且其中,转向点与纵轴线的距离Ru≤R2。
3.按照权利要求2所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
每个拉紧环(10)从转向点通过第二部段S2向所述放电柱(7)的周向表面侧延伸。
4.按照权利要求1至3之一所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
每个拉紧环(10)轴向地沿所述放电柱(7)的周向表面侧延伸,并且在周向表面侧向所述放电柱(7)的端侧的过渡处朝向所述凸块(16)至少部分地沿径向延伸地转向。
5.按照权利要求1至4之一所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
所述放电柱(7)在其端侧上分别具有带至少一个倒圆的棱边(26)的端板(11),其中,所述拉紧环(10)延伸经过倒圆的棱边(26)。
6.按照权利要求1至5之一所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
所述拉紧环(10)具有至少106欧姆、优选至少109欧姆的表面电阻和通向电阻。
7.按照权利要求1至6之一所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
所述拉紧环(10)具有圆形的横截面。
8.按照权利要求1至7之一所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
所述拉紧环(10)由天然的或者合成的橡胶制造。
9.按照权利要求1至8之一所述的过电压防护放电器(1),
其特征在于,
所述保持盘(8、9)中的至少一个具有定心销(17),所述定心销(17)能***法兰(5、6)上的定心装置中。
10.一种用于安装过电压防护放电器(1)的方法,其中,预安装有效部件(20),方法是沿纵轴线(40)延伸的放电柱(7)以其端侧布置在上部的和下部的保持盘(8、9)之间,并且至少两个弹性的拉紧环(10)分别在上部的保持盘(8)的凸块(16)和下部的保持盘(9)的对应的凸块(16)之间拉紧,并且由此轴向地束紧并且径向地支撑所述有效部件(20),并且其中,预安装的有效部件(20)沿纵轴线(40)的方向导入刚性的管状的壳体(2)中并且在其中通过外部作用在保持盘(8、9)上的挤压装置压紧,以便产生轴向的接触力并且在被压紧的位置中借助锁定装置(14)在壳体(2)中锁定。
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