DE10020129C1 - Baugruppe mit Überspannungsableiter für eine Hochspannungsanlage - Google Patents

Abstract

Die neue Baugruppe besteht aus einem Isolator (1), der baulich mit einem aus Widerstandselementen aufgebauten Überspannungsableiter (2) vereinigt ist. Der Isolator (1) ist hierbei als Verbundkörper mit einem festen Korpus (12), beispielsweise einem glasfaserverstärktem Kunststoffrohr, und einer aufgegossenen Elastomerumhüllung (13), beispielsweise einer Beschirmung, ausgestaltet, wobei der Überspannungsableiter (2) in den Verguss der Elastomerumhüllung (13) eingebettet ist.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der grundlegenden elektri­ schen Bauteile und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung ei­ nes Isolators anzuwenden, der mit einem Überspannungsableiter zu einer Baugruppe vereinigt ist.

Im Bereich der Energieübertragung und -verteilung werden als Überspannungsableiter in neuerer Zeit Metalloxid-Widerstände auf Zinkoxid-Basis mit stark nichtlinearer Charakteristik ver­ wendet. Das relativ kleine Bauvolumen derartiger Ableiter er­ öffnet die Möglichkeit, solche Ableiter in Durchführungen, Ka­ belendverschlüssen und auch in das Innere von Transformatoren und Schaltanlagen zu integrieren (Z "Bulletin SEV/VSE", 7/98, Seiten 13 bis 20). Bei einer bekannten Integration eines der­ artigen Ableiters in eine Durchführung für einen Hochspannung führenden elektrischen Leiter sind die einzelnen, zu einer Säule aufgeschichteten Widerstandselemente des Ableiters in­ nerhalb des Isolators konzentrisch zu dessen Achse und damit auch konzentrisch zu dem Hochspannung führenden Leiter ange­ ordnet. Der Isolator besteht dabei aus einem hohl ausgebilde­ ten und mit einer Beschirmung versehenen Gehäuse und weist ein metallenes Fußteil und ein metallenes Kopfteil auf. Die inner­ halb des Gehäuses angeordneten Widerstandselemente des Ablei­ ters bilden hierbei einzelne Abschnitte der Wandung eines hoh­ len Zylinders oder eines stumpfen Kegels. Dieser Zylinder oder Kegel ist auf seinem einen Ende auf Kontaktteile aufgesetzt, die radial durch die Wandung des Isolators nach außen geführt sind; an seinem anderen Ende ist der Zylinder bzw. der Kegel mit dem Hochspannung führenden Leiter verbunden (JP 59- 207513 A, JP 59-207514 A). Eine derartige Zuordnung des Über­ spannungsableiters zum Hochspannungsisolator erfordert im - auf Erdpotential liegendem - Fußbereich des Ableiters einen relativ großen Abstand zum auf Hochspannungspotential liegen­ den elektrischen Leiter und damit einen großen Durchmesser des Isolators wenigstens in dem Fußbereich. Die für die Kon­ taktierung des Ableiters erforderlichen Kontaktierungsvor­ richtungen erhöhen ebenfalls das Volumen und auch die Komple­ xität der Baugruppe.

Zur Ausbildung eines leicht zu demontierenden und zu entsor­ genden Überspannungsableiters ist es es bekannt, ein Gehäuse aus einem elastischen Material zu verwenden, welches zwei Ausnehmungen aufweist, in die unter Aufweitung des elasti­ schen Gehäuses eine aus Metalloxid-Blöcken bestehende Ableit­ strombahn sowie ein Tragelement einschiebbar sind. Das Trag­ element dient der Gewährleistung einer ausreichenden mecha­ nischen Stabilität der Anordnung (DE 43 19 986 A1).

Es ist weiterhin bekannt, einen Überspannungsableiter in ei­ nen Kabelendverschluss oder in einen hohlen, von einer An­ triebsstange durchsetzten Isolierstoffstützer für einen Hoch­ spannungs-Leistungsschalter zu integrieren (EP 0 388 779 B1, DE 196 47 736 C1). Im Übrigen ist es zur Erzielung eines besonders kompakten leistungsstarken Überspannungsableiters bekannt, die Ableiterbahnen mehrsäulig auszuführen. Die Säu­ len sind dabei entlang einer Achse symmetrisch um diese ange­ ordnet (Mayer, A; Rudolph, R.: Funkenstreckenlose Überspan­ nungsableiter ermöglichen optimalen Überspannungsschutz. In: Brown Boveri Technik 12-85, S. 576-585).

Ausgehend von einer Baugruppe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Auf­ gabe zugrunde, der Baugruppe einen einfachen Aufbau und da­ durch eine kompaktere Bauweise zu geben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen dass der Isolator aus einem hohlen Verbundkörper mit einem festen, ein elektrisches Bauteil umgebenden Korpus und einer auf den Korpus aufgegossenen oder aufgespritzten Umhüllung aus einem Elastomer besteht und dass der Überspannungsableiter in die auf den Korpus aufgegossene oder aufgespritzte Elastomerum­ hüllung eingebettet ist. Unter "hohler Verbundkörper" wird im Sinne der Erfindung auch ein um einen Leiter angeordneter Kunstharzisolierkörper (Durchführung) verstanden, insbeson­ dere ein solcher, der für Spannungsebenen ab 6 KV eingesetzt wird.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Baugruppe ist der Überspannungsableiter nicht innerhalb des festen Korpus des Isolators angeordnet, sondern er wird dem Isolator außerhalb des festen Korpus zugeordnet. Durch die vorgesehene "back- up"-Zuordnung brauchen der Aufbau des festen Korpus und seine Abmessungen nicht verändert zu werden, während sich die Ein­ bettung in die vergossene oder gespritzte Elastomerumhüllung des Verbundkörpers relativ einfach realisieren lässt. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Widerstandselemente des Ableiters handelsübliche Standardelemente in Form massiver zylindrischer oder quaderförmiger Körper verwendet werden, die gegebenenfalls für Montagezwecke eine mittige Bohrung aufweisen können. Verbundkörper mit einem festen Korpus aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr und mit einer gegossenen bzw. aufgespritzten Elastomerumhüllung sind für Hochspannungsisolatoren an sich gebräuchlich. Dabei ist die Elastomerumhüllung in aller Regel als Beschirmung ausge­ bildet (DE 197 38 338 A1; Weitgen, J.: Freiluft-Durchführungen mit Silikonschirmen. In: etz, Bd. 104 (1983) Heft 23, S. 1200-1205).

Der in einen Verbundkörper integrierte Überspannungsableiter kann aus einer oder aus mehreren, beispielsweise zwei oder vier aus Widerstandselementen aufgebauten Ableitersäulen be­ stehen. Bei zwei Ableitersäulen empfiehlt es sich, die Säulen dicht benachbart zueinander oder diagonal zur Achse des Durchführungsisolators einander gegenüberliegend anzuordnen; bei drei oder mehr Ableitersäulen empfiehlt es sich, die Säu­ len in zwei Gruppen aufzuteilen und die beiden Säulengruppen diagonal zur Achse des Isolators einander gegenüberliegend anzuordnen. Vorzugsweise werden die Ableitersäulen spiegel­ bildlich zu einer die Achse des Isolators aufnehmenden Ebene angeordnet. In all diesen Fällen kann der mit der Aufdickung der Umhüllung des Isolators verbundene Mehrverbrauch an Elastomermaterial möglichst gering gehalten werden. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn die äußere Kontur der Elastomerumhül­ lung an die äußere Kontur des festen Korpus und der Ableiter­ säule/n angepasst ist.

Bei Baugruppen, bei denen der Isolator mit einem metallenen Fußteil und einem metallenen Kopfteil versehen ist, kann die, durch die Einbettung der Ableitersäulen in die aufgegossene oder aufgespritzte Elastomerumhüllung vorgegebene mechanische Halte­ rung der Ableitersäulen dadurch verbessert werden, dass die zum elektrischen Anschluss der Ableitersäulen an das Fußteil und das Kopfteil des Isolators vorgesehenen Anschlusselemente als mechanische Tragorgane ausgebildet sind. Die Anschlussele­ mente können dabei die Form gestreckter Profilkörper oder schlanker Bolzen haben.

Der Isolator, in dessen Elastomerumhüllung der Überspannungs­ ableiter integriert ist, kann mit seinem festen Korpus unter­ schiedlich genutzt sein. Bei Ausgestaltung als Hohlisolator kann der Innenraum ein elektrisches Bauteil wie eine Durchfüh­ rung - mit oder ohne Kondensatorsteuerung -, ein mit einer Feldsteuerung oder einem Endverschluss versehenes Kabelende oder einen Spannungsteiler aufnehmen; er kann aber auch von einem mechanischen Bauteil wie einer Schaltstange durchsetzt sein und eine reine Stützerfunktion wahrnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 5 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Baugruppe mit einem in eine vergossene Silikonbe­ schirmung eines hohlen Verbundkörpers integrierten Überspan­ nungsableiter und

Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung zu Fig. 1.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen zwei Varianten zu Fig. 2 bezüglich der Anordnung mehrerer Ableitersäulen.

Fig. 1 zeigt eine Baugruppe, die im wesentlichen aus einem rohrförmigen Hochspannungsisolator 1 und einem Überspannungsableiter 2 besteht und auf einer Platine 3 angeordnet ist. Der Hochspannungsisolator 1 enthält in seinem Inneren ein elektri­ sches Bauteil 4, bei dem es sich um eine Hochspannungs- Durchführung in Form eines mit einer Kondensatorsteuerung ver­ sehenen elektrischen Leiters handelt.

Der Hochspannungsisolator 1 der Baugruppe weist ein Gehäuse 11 auf, das aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffrohr 12 so­ wie einer auf dieses Rohr aufgebrachten Beschirmung 13 aus ei­ nem Elastomer besteht. Die Beschirmung 13 ist so dimensio­ niert, dass der Hochspannungsisolator 1 für eine Spannungsebe­ ne von 145 kV ausgelegt ist. - Das Gehäuse 11 ist weiterhin mit einem metallenen Fußteil 14 und einem metallenen Kopfteil 15 versehen.

Der Überspannungsableiter 2 besteht aus einer Säule 21 aus mehreren Widerstandselementen 22 und ist über einen unteren elektrischen Anschluss 23 mit dem metallenen Fußteil 14 und über einen oberen elektrisches Anschlusselement 24 mit dem me­ tallenen Kopfteil 15 elektrisch verbunden. Die lediglich sche­ matisch dargestellten Anschlusselemente 23 und 24 sind mecha­ nisch so stabil, dass die Ableitersäule 21 sicher abgestützt ist. Im übrigen ist die Ableitersäule 21 in den Verguss der Elastomerbeschirmung 13 vollständig eingebettet.

Gemäß Fig. 2 ist die Einbettung der Ableitersäule 21 derart erfolgt, dass bei ovaler Kontur der Schirme 17 die eigentliche Wandung 18 der Elastomerbeschirmung 13 eine Kontur 16 auf­ weist, die an die äußere Kontur des glasfaserverstärkten Kunststoffrohres 12 und der zugeordneten Ableitersäule 21 an­ gepasst ist und die somit über den Umfang des glasfaserver­ stärkten Kunststoffrohres eine im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind zwei Ableiter­ säulen 21 spiegelsymmetrisch zu einer Ebene E1, welche die Achse A des Hochspannungsisolators 1 aufnimmt, angeordnet. Be­ züglich der Elastomerbeschirmung sind dabei nicht nur die Schirme 17 sondern auch die Wandung 18 mit einer äußeren ova­ len Kontur versehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist abweichend von Fig. 3 die Kontur 19 der Wandung der Elastomerbeschirmung an die äußere Kontur des glasfaserverstärkten Kunststoffrohres 12 und der beiden Ableitersäulen 21 angepasst.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind insgesamt vier Ableitersäulen 21 angeordnet, die zu zwei Baugruppen derart zusammengefasst sind, dass sich die beiden Baugruppen diagonal zur Achse A des Hochspannungsisolators gegenüber liegen und dabei spiegelsymmetrisch sowohl zu einer Ebene E1 als auch zu einer Ebene E2 angeordnet sind, welche die Achse A des Hoch­ spannungsisolators aufnehmen.

Bei Verwendung von drei Ableitersäulen als Baugruppe werden diese zweckmäßig derart angeordnet, dass einer Ableitersäule gemäß Fig. 2 beidseits je eine weitere Ableitersäule zugeord­ net ist. Auch in diesem Fall ist eine spiegelsymmetrische An­ ordnung zur Ebene E1 gegeben.

Claims (5)

1. Baugruppe für eine Hochspannungsanlage,
bestehend aus einem Isolator und aus einem mit dem Isolator baulich vereinigten Überspannungsableiter,
wobei der Isolator aus einem Tragelement und einem das Trag­ element und auch den Überspannungsableiter umgebenden Elastomerteil aufweist und der Überspannungsableiter aus wenigstens einer Säule von Widerstandselementen besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Isolator (11) aus einem hohlen Verbundkörper mit einem festen, ein elektrisches Bauteil umgebenden Korpus (12) und einer auf den Korpus aufgegossenen oder aufgespritzten Umhül­ lung (13) aus einem Elastomer besteht
und dass der Überspannungsableiter (2) in die auf den Korpus aufgegossene oder aufgespritzte Elastomerumhüllung(13) einge­ bettet ist.

2. Baugruppe nach Anspruch 1 mit zwei oder mehr aus Wider­ standselementen aufgebauten Ableitersäulen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitersäulen (21) spiegelsymmetrisch zu einer die Achse (A) des Isolators (1) aufnehmenden Ebene (E1, E2) ange­ ordnet sind.

3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kontur (16) der Wandung (18) der Elastomerum­ hüllung an die äußere Kontur des festen Korpus (12) und der Ableitersäule/n (21) angepasst ist.

4. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Isolator mit einem metallenen Fußteil und einem metallenen Kopfteil versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ableitersäule/n (21) mittels Anschlusselementen (23, 24) elektrisch an das Fußteil (14) und das Kopfteil (15) des Isolators (11) angeschlossen sind
und dass die Anschlusselemente (14, 15) als mechanische Trag­ organe ausgebildet sind.

5. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerumhüllung (13) als Beschirmung ausgebildet ist.