EP1383142B1 - Steckbarer elektrischer Apparat, insbesondere Überspannungsableiter - Google Patents

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EP1383142B1
EP1383142B1 EP02405606A EP02405606A EP1383142B1 EP 1383142 B1 EP1383142 B1 EP 1383142B1 EP 02405606 A EP02405606 A EP 02405606A EP 02405606 A EP02405606 A EP 02405606A EP 1383142 B1 EP1383142 B1 EP 1383142B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
plug
installation
active part
apparatus housing
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02405606A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1383142A1 (de
Inventor
Jutta Liesner
Peter Zeller
Sarah Sitzler
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ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
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Priority to ES02405606T priority patent/ES2237663T3/es
Priority to AT02405606T priority patent/ATE288127T1/de
Priority to DE50202115T priority patent/DE50202115D1/de
Priority to TW092117686A priority patent/TWI283094B/zh
Priority to AU2003207038A priority patent/AU2003207038A1/en
Priority to YU54603A priority patent/YU54603A/sh
Priority to JP2003271931A priority patent/JP4567305B2/ja
Priority to HU0302146A priority patent/HUP0302146A3/hu
Priority to PL03361199A priority patent/PL361199A1/xx
Priority to CA002435216A priority patent/CA2435216A1/en
Priority to BR0302338-9A priority patent/BR0302338A/pt
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors

Definitions

  • the invention is based on a plug-in electrical apparatus, in particular a surge arrester, according to the preamble of Claim 1.
  • This apparatus has an axially symmetrical trained Housing with a running in the direction of plug housing axis and on Means for securing the apparatus housing to a housing of a High-voltage system.
  • the electrical apparatus has a axially symmetric active part on with an axially guided circuit containing a plug contact, a ground connection and an interposed nonlinear resistance element.
  • the active part also contains a axially symmetrical insulating body, which forms an insulating cone and the non-linear resistance element and an electrical connection to Plug contact surrounds. Under high voltage nominal voltages are greater here 1 kV and typically up to 72 kV.
  • plugging is the Circuit of the apparatus with a conductor of the high voltage system electrically connected and at the same time the insulating cone and a Isolierurgikonus the system pressed against each other gap-free.
  • the electrical apparatus is generally a surge arrester and then has a non-linear, voltage-dependent resistance element, such as on the basis of a varistor and / or a spark gap. He can also as Earthing switch be executed and then indicates as non-linear Resistor element on a switching point.
  • the invention also relates to a high voltage system with such electrical apparatus and a method by which such a facility is manufactured can be.
  • pluggable surge arrester contains a bottle-shaped executed, aligned along an axis Metal housing with a largely axially symmetric formed active part.
  • the active part has an axially guided circuit with a varistor and with two power connections.
  • the circuit is electrically powered by an insulating body fixed in the metal housing. Both power connections of the circuit are led out of the housing.
  • One of the two power connections is on High voltage, the other at ground potential feasible.
  • This surge arrester Can be installed by plugging into a high voltage system.
  • the fastening means in the Device housing molded and is the active part in the apparatus housing in Slidably mounted axial direction and before the formation of a connector held with respect to the apparatus housing with biasing force.
  • the Apparatus housing can be practically without effort on the High voltage system to be attached.
  • An electrically conductive connection between the circuit of the inventive apparatus and a with High voltage loadable conductor of the plant can be done by simple means be achieved by reducing the bias.
  • the active part of the Apparatus moved in the axial direction until the plug contact with a Gegensteck token the system forms a plug connection and the insulating cone the active part with a predetermined force without gaps on a Isolieresquekonus the plant is present.
  • the support force can be dimensioned so very accurate and Accordingly, be sized so that leading to partial discharges column be avoided at the interface of the insulating cone. Because the support force can be kept slightly constant and also inside the apparatus housing acts, a constant contact pressure is guaranteed and will also be safe prevents the pressure from the outside, such as by loading the Apparatus housing with mechanical force, is changed.
  • the insulating body To partial discharges between the surface of the insulator and the To effectively reduce equipment housing, it is expedient to use the insulating body to provide an electrically conductive layer. It is kept free of this layer the exposed during operation of the plant high electric field strengths Insulating cone. The remote from the plug contact end of the insulating cone is with Advantage undercut formed and carries an inwardly guided, rounded portion of the electrically conductive layer. Through these measures is a strong relief of the operation of the plant dielectrically highly loaded End of the insulating cone reached.
  • the apparatus housing is at Training the apparatus housing as a cylinder at least two against each other in Provided circumferential direction of the cylinder staggered openings provided so the mark not only from one direction, but one through the Displacement angle predetermined angular range can be observed.
  • the required preload force is in an apparatus with a s.einem earthed end of the active part and fastened by a bottom of the Apparatus housing outwardly guided ground connection preferably by a prestressed compression spring which reaches between the groundable end of Active part and the bottom of the apparatus housing is arranged.
  • To the Preload is easy and precise to change, is in the from the Apparatus housing guided end of the ground terminal formed a thread for receiving a clamping nut. At this thread concludes with an advantage the device housing guided, thread-free section, which is the storage one between the clamping nut and the bottom of the apparatus housing providable locking sleeve is used.
  • the Clamping nut can be used in training as a lock nut, the Connect ground connection to a grounding conductor.
  • the apparatus housing and the system housing are electrically conductive educated. After assembly of the apparatus is then the apparatus housing without an additional connection via the flanges and the system housing grounded and protection against contact is ensured.
  • surge arrester A has as protection against contact and as Protection against external influences a predominantly cylindrical, electrical conductive apparatus housing 1, which in particular made of metal, such as Aluminum, an electrically conductive polymeric material, for example a polyethylene filled with conductive carbon black, or one electrically conductive conductive jacket provided polymeric material, such as polyethylene.
  • the housing 1 includes a jacket tube 2. At the lower end of the tube is a Floor 3 is set, while at the upper end a fastening means is formed, which is designed as a radially outwardly extended flange 5.
  • an active part 6 is arranged in the Apparatus housing.
  • the inner diameter of the Apparatus housing has over the active part excess.
  • the active part can Therefore, be moved along the cylinder axis 7 of the housing 1.
  • the active part includes an axially guided circuit with a plug contact 8, a Ground terminal 9 and a non-linear resistance element 10.
  • On High voltage potential feasible end of the resistive element 10 is over a conductor pin 11 connected to the plug contact 8.
  • the other end of the Element 10 is connected to the bolt-shaped ground connection 9.
  • the non-linear resistance element 10 may be as in the prior art according to EP 1 083 579 A2 is to be formed and then has one or several cylindrical varistor elements on non-linear Resistance material, for example based on metal oxide, in particular of ZnO.
  • the plug contact 8 is mounted on a field-controlling disc 12, which when connecting the surge arrester A to one in FIGS. 2 and 3 shown high-voltage system H, for example, a metal-encapsulated, Gas-insulated switchgear for a nominal voltage of, for example, 42 kV, as Stop to a counter stop of the system H is used.
  • the non-linear resistance element 10 and the conductor pin 11 are of a axially symmetrical insulating body 13 made of an elastic insulating material, such as preferably silicone, surrounded.
  • the insulating body 13 runs at its upper end in a coaxial with the upper portion of the conductor pin 11 of the circuit surrounding insulating cone 14.
  • a remote from the plug contact 8 end of Insulating cone 14 runs in an inwardly guided, rounded undercut 15 off.
  • the surface of the insulating body 13 is up to the conical surface of the Insulating cone 14 with a potential-controlling, electrically conductive layer 16, such as a conductive polymer or a metal coated.
  • a potential-controlling, electrically conductive layer 16 such as a conductive polymer or a metal coated.
  • a prestressed compression spring 18 is arranged between the contact disk 17 and the bottom 3 of the apparatus housing 1 between the contact disk 17 and the bottom 3 of the apparatus housing 1 .
  • This feather is on one Lateral surface of a molded into the bottom 3 of the apparatus housing 1, axially aligned bearing sleeve 19 out.
  • the ground terminal 9 Slidably mounted in the axial direction.
  • a thread 20 is formed on which is designed as a locknut clamping nut 21 is screwed.
  • unthreaded section 22 for storage of a between the clamping nut 21st and the bottom 3 of the apparatus housing 3 provided securing sleeve 23rd
  • Fig.2 it can be seen that when installed in a high voltage system H of Surge arrester A (process phase a)) initially in the direction of a not designated arrow is guided vertically upwards.
  • the upper end of the active part 6 is characterized by an undefined opening of an electrically conductive, grounded housing 30 of the high voltage system H in a connection socket 31st with a shielded, tulip-shaped mating contact 32 and with a Isolierurgikonus 33 pushed.
  • both flanges by means of not designated screws connected and so is the Apparatus housing 1 rigidly attached to the system housing 30. If the flange 5 and the mating flange of the system H have different dimensions is - how shown in Figure 2 - between the two flanges an adapter flange 34th provided.
  • the dielectric strength also carries the electrically conductive Layer 16, through which partial discharges between the surface of Insulating body 13 and the apparatus housing 1 and in inhomogeneities of Insulator 13 can be avoided.
  • the plug contact. 8 opposite end of the insulating cone 14 as inwardly guided and rounded Undercut 15 and providing a portion of the electrically conductive Layer 16 on the surface of this undercut 15 is the electrical Field in the dielectrically critical triple area of apparatus or plant housing, Insulating cone 14 or Isolierurgikonus 33 and air homogenized.
  • Further Measures to improve the dielectric properties of the Surge arrester A and the high-voltage system H are also in that the non-linear resistance element 10 and / or the insulating body 13 at least plug contact side are rounded.
  • the opening 37 is positioned opposite a portion of the insulating body 13 which the plug contact end of the non-linear resistive element 10 includes. This is advantageous insofar as the opening 37 at the same time the pressure relief of Surge arrester A in the event of arcing faults and partial discharges can serve on the active part 6. Because such unwanted discharge processes are particularly effective in the field of high electric field strengths, is the opening at the plug contact end of the nonlinear resistive element 10th positioned.
  • two are offset from each other in the circumferential direction arranged openings provided. It is thus ensured that the location of the Marker 36 not just from one direction, but one through the Displacement angle predetermined angular range can be observed. By Provide more than two suitably distributed over the entire circumference Openings can be observed from virtually any direction.
  • the clamping nut 21 of Drawn thread 20 and the locking sleeve 23 is removed and unauthorized Access secured.
  • the clamping nut 21 is again on the thread 20th screwed. Since it is designed as a lock nut, it also serves the Fixation of a ground conductor 38 (Fig.2).
  • the circuit of the Surge arrester is now on the one hand to the in the high voltage system H led high voltage and on the other hand connected to earth.
  • the Apparatus housing 1 is above the adapter flange 34 and the plant housing 30th grounded.

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem steckbaren elektrischen Apparat, insbesondere einem Überspannungsableiter, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Dieser Apparat weist ein axialsymmetrisch ausgebildetes Gehäuse mit einer in Steckrichtung verlaufenden Gehäuseachse auf sowie ein Mittel zum Befestigen des Apparategehäuses an einem Gehäuse einer Hochspannungsanlage. Ferner weist der elektrische Apparat ein axialsymmetrisches Aktivteil auf mit einem axial geführten Stromkreis, enthaltend einen Steckkontakt, einen Erdungsanschluss und ein dazwischen geschaltetes nichtlineares Widerstandselement. Das Aktivteil enthält zudem einen axialsymmetrischen Isolierkörper, welcher einen Isolierkonus bildet und das nichtlineare Widerstandselement und eine elektrische Verbindung zum Steckkontakt umgibt. Unter Hochspannung sind hierbei Nennspannungen grösser 1 kV und typischerweise bis 72 kV zu verstehen.
Beim Einbau des Apparates in die Hochspannungsanlage wird das Aktivteil in eine Buchse der Hochspannungsanlage gesteckt und das Apparatgehäuse mit dem Befestigungsmittel am Anlagengehäuse festgesetzt. Beim Stecken wird der Stromkreis des Apparates mit einem Stromleiter der Hochspannungsanlage elektrisch leitend verbunden und werden zugleich der Isolierkonus und ein Isoliergegenkonus der Anlage spaltfrei gegeneinander gepresst. Es wird so eine hochbelastbare Steckverbindung mit einer dielektrisch hochwertigen Isolation erzielt. Der elektrische Apparat ist im allgemeinen ein Überspannungsableiter und weist dann ein nichtlineares, spannungsabhängiges Widerstandselement auf, etwa auf der Basis eines Varistors und/oder einer Funkenstrecke. Er kann aber auch als Erdungsschalter ausgeführt sein und weist dann als nichtlineares Widerstandselement eine Schaltstelle auf.
Die Erfindung betrifft auch eine Hochspannungsanlage mit einem solchen elektrischen Apparat und ein Verfahren, mit dem eine solche Anlage hergestellt werden kann.
STAND DER TECHNIK
Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von elektrischen Apparaten Bezug, wie er in EP 1 083 579 A2 beschrieben ist. Ein in dieser Patentveröffentlichung beschriebener, steckbarer Überspannungsableiter enthält ein flaschenförmig ausgeführtes, längs einer Achse ausgerichtetes Metallgehäuse mit einem weitgehend axialsymmetrisch ausgebildeten Aktivteil. Das Aktivteil weist einen axial geführten Stromkreis auf mit einen Varistor und mit zwei Stromanschlüssen. Der Stromkreis ist durch einen Isolierkörper elektrisch isoliert im Metallgehäuse festgesetzt. Beide Stromanschlüsse des Stromkreises sind aus dem Gehäuse geführt. Einer der beiden Stromanschlüsse ist auf Hochspannung, der andere auf Erdpotential führbar. Dieser Überspannungsableiter kann durch Stecken in eine Hochspannungsanlage eingebaut werden. Hierbei werden der Steckkontakt und ein Gegensteckkontakt der Anlage zusammengesteckt und wird so eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Stromkreis und einem mit Hochspannung beaufschlagbaren Leiter der Anlage hergestellt. Ein am Gehäuse über eine Druckfeder abgestütztes und als Flansch ausgeführtes Befestigungsmittel wird sodann am Anlagengehäuse festgeschraubt. Über die beim Verschrauben vorgespannte Druckfeder wird der Ableiter mit definierter Kraft und in federnder Weise an der Anlage gehalten.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist, löst die Aufgabe, einen elektrischen Apparat der eingangs genannten Art anzugeben, welcher in besonders einfacher Weise in die Hochspannungsanlage einbaubar ist.
Beim Apparat nach der Erfindung ist das Befestigungsmittel in das Apparategehäuse eingeformt und ist das Aktivteil im Apparategehäuse in Achsrichtung verschiebbar gelagert und vor Bildung einer Steckverbindung gegenüber dem Apparategehäuse mit Vorspannkraft gehalten. Das Apparategehäuse kann so praktisch ohne Kraftaufwand an der Hochspannungsanlage befestigt werden. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Stromkreis des erfindungsgemässen Apparates und einem mit Hochspannung beaufschlagbaren Leiter der Anlage kann mit einfachen Mitteln durch Reduktion der Vorspannung erreicht werden. Hierbei wird das Aktivteil des Apparates in Achsrichtung verschoben bis der Steckkontakt mit einem Gegensteckkontakt der Anlage eine Steckverbindung bildet und der Isolierkonus des Aktivteils mit einer vorbestimmten Kraft spaltfrei an einem Isoliergegenkonus der Anlage anliegt. Die Abstützkraft kann so sehr genau dimensioniert und dementsprechend so bemessen werden, dass zu Teilentladungen führende Spalte an der Grenzfläche der Isolierkonusse vermieden werden. Da die Abstützkraft leicht konstant gehalten werden kann und zudem im Inneren des Apparategehäuse wirkt, ist ein konstanter Anpressdruck gewährleistet und wird zudem mit Sicherheit verhindert, dass der Anpressdruck von aussen, etwa durch Belasten des Apparategehäuse mit mechanischer Kraft, verändert wird.
Um Teilentladungen zwischen der Oberfläche des Isolierkörpers und dem Apparategehäuse wirksam zu reduzieren, ist es zweckmässig, den Isolierkörper mit einer elektrisch leitfähigen Schicht zu versehen. Frei gehalten von dieser Schicht ist der im Betrieb der Anlage hohen elektrischen Feldstärken ausgesetzte Isolierkonus. Das vom Steckkontakt abgewandte Ende des Isolierkonus ist mit Vorteil hinterschnitten ausgebildet und trägt einen nach innen geführten, gerundeten Abschnitt der elektrisch leitfähigen Schicht. Durch diese Massnahmen wird eine starke Entlastung des bei Betrieb der Anlage dielektrisch hoch belasteten Endes des Isolierkonus erreicht.
Auf das dielektrische Verhalten des Apparates bzw. der Anlage wirkt es sich günstig aus, wenn das im Apparatestromkreis vorgesehene nichtlineare Widerstandselement steckkontaktseitig und die ebenso im Apparatestromkreis vorgesehene elektrisch leitende Verbindung von diesem Widerstandselement zum Steckkontakt gerundet ausgebildet sind. Eine weitere Verbesserung der dielektrischen Festigkeit wird erreicht, wenn der Isolierkörper zumindest im hohen elektrischen Feldstärken ausgesetzten steckkontaktseitigen Bereich gerundet ausgeführt ist.
Um die Montage des elektrischen Apparates in der Anlage zu erleichtern, empfiehlt es sich, in eine Mantelfläche des Apparategehäuses eine Öffnung einzuformen. Durch diese Öffnung kann die Position einer Markierung des Isolierkörpers während der Montage beobachtet werden. Anhand dieser Information kann der Monteur leicht nachprüfen, ob das Aktivteil des Apparates schon ausreichend weit verschoben wurde. Zugleich dient diese Öffnung der Druckentlastung des Apparates beim Auftreten von Störlichtbögen und Teilentladungen am Aktivteil. Da solche unerwünschten Entladungsvorgänge besonders wirksam im Bereich hoher elektrischer Feldstärken sind, empfiehlt es sich, die Öffnung gegenüber einem Bereich des Isolierkörpers zu positionieren, der das steckkontaktseitige Ende des nichtlinearen Widerstandselements umfasst. Zweckmässigerweise sind bei Ausbildung des Apparategehäuses als Zylinder mindestens zwei gegeneinander in Umfangsrichtung des Zylinders versetzt angeordnete Öffnungen vorgesehen, da so die Markierung nicht nur aus einer Richtung, sondern über einen durch den Versetzungswinkel vorgegebenen Winkelbereich beobachtet werden kann.
Die erforderliche Vorspannkraft wird bei einem Apparat mit einem an einem erdbaren Ende des Aktivteils befestigten und durch einen Boden des Apparategehäuses nach aussen geführten Erdungsanschluss bevorzugt durch eine vorgespannte Druckfeder erreicht, welche zwischen dem erdbaren Ende des Aktivteils und dem Boden des Apparategehäuses angeordnet ist. Um die Vorspannung einfach und präzise verändem zu können, ist in das aus dem Apparategehäuse geführte Ende des Erdungsanschlusses ein Gewinde eingeformt zur Aufnahme einer Spannmutter. An dieses Gewinde schliesst mit Vorteil ein aus dem Apparategehäuse geführter, gewindefreier Abschnitt an, welcher der Lagerung einer zwischen der Spannmutter und dem Boden des Apparategehäuses vorsehbaren Sicherungshülse dient. Wird diese Hülse nach der Montage des Apparates entfernt, so kann bei einer Betätigung der Spannmutter keine Kraft mehr auf das Aktivteil des Apparates übertragen werden, so dass eine unsachgemässe Demontage oder Wartung des Apparates durch Unbefugte ausgeschlossen ist. Die Spannmutter kann bei Ausbildung als Kontermutter dazu verwendet werden, den Erdungsanschluss mit einem Erdungsleiter zu verbinden.
In einer leicht zu realisierenden, robusten Ausführungsform des erfindungsgemässen Apparates ist in den Boden des Apparategehäuses eine axial ausgerichtete und den Erdungsanschluss umfassende Hülse eingeformt mit einer der Führung der Druckfeder dienenden Mantelfläche.
Um unterschiedliche Abmessungen der Befestigungsmittel von Apparategehäuse und Anlagengehäuses zu kompensieren, empfiehlt es sich, bei der Montage des Apparates einen Adapterflansch zu verwenden, welcher zwischen einem Flansch des Befestigungsmittels des elektrischen Apparates und einem Gegenflansch des Anlagengehäuses vorgesehen ist und die Abmessung des einen Flansches auf die Abmessungen des anderen Flansches reduziert.
Mit Vorteil sind das Apparategehäuse und das Anlagengehäuse elektrisch leitfähig ausgebildet. Nach der Montage des Apparates ist dann das Apparategehäuse ohne eine zusätzliche Verbindung über die Flansche und das Anlagengehäuse geerdet und ist Berührungsschutz gewährleistet.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig.1
eine Aufsicht auf einen längs einer Achse geführten Schnitt durch eine als Überspannungsableiter ausgebildete Ausführungsform des steckbaren elektrischen Apparats nach der Erfindung,
Fig.2
den geschnitten dargestellten Überspannungsableiter gemäss Fig.1 beim Einbau in eine Hochspannungsanlage während dreier zeitlich aufeinanderfolgender Phasen a), b) und c), und
Fig.3
eine Seitenansicht des (nicht geschnitten dargestellten) Überspannungsableiters gemäss Fig.1 während der zeitlich aufeinanderfolgenden Phasen a), b) und c) beim Einbau gemäss Fig.2.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile. Der in Fig. 1 dargestellte Überspannungsableiter A weist als Berührungsschutz und als Schutz gegen äussere Einflüsse ein vorwiegend zylinderförmiges, elektrisch leitfähiges Apparategehäuse 1 auf, welches insbesondere aus Metall, wie etwa Aluminium, einem elektrisch leitfähigen polymeren Material, beispielsweise einem mit Leitfähigkeitsruss gefüllten Polyäthylen, oder einem mit einem elektrisch leitfähigen Mantel versehenen polymeren Material, wie etwa Polyäthylen, besteht. Das Gehäuse 1 enthält ein Mantelrohr 2. An das untere Ende des Rohrs ist ein Boden 3 angesetzt, während am obere Ende ein Befestigungsmittel eingeformt ist, welches als radial nach aussen erstreckter Flansch 5 ausgebildet ist. Im Apparategehäuse 1 ist ein Aktivteil 6 angeordnet. Der Innendurchmesser des Apparategehäuses weist gegenüber dem Aktivteil Übermass auf. Das Aktivteil kann daher längs der Zylinderachse 7 des Gehäuses 1 verschoben werden. Das Aktivteil enthält einen axial geführten Stromkreis mit einem Steckkontakt 8, einem Erdungsanschluss 9 und einem nichtlinearen Widerstandselement 10. Ein auf Hochspannungspotential führbares Ende des Widerstandselements 10 ist über einen Leiterbolzen 11 mit dem Steckkontakt 8 verbunden. Das andere Ende des Elements 10 ist mit dem bolzenförmig ausgeführten Erdanschluss 9 verbunden. Das nichtlineare Widerstandselement 10 kann so wie dies im Stand der Technik nach EP 1 083 579 A2 beschrieben ist ausgebildet sein und weist dann eines oder mehrere zylinderförmige Varistorelemente auf aus nichtlinearem Widerstandsmaterial, etwa auf der Basis von Metalloxid, wie insbesondere von ZnO. Der Steckkontakt 8 ist auf einer feldsteuemden Scheibe 12 befestigt, welche beim Anstecken des Überspannungsableiters A an eine in den Figuren 2 und 3 dargestellte Hochspannungsanlage H, beispielsweise eine metallgekapselte, gasisolierte Schaltanlage für eine Nennspannung von beispielsweise 42 kV , als Anschlag zu einem Gegenanschlag der Anlage H dient.
Das nichtlineare Widerstandselement 10 und der Leiterbolzen 11 sind von einem axialsymmetrischen Isolierkörper 13 aus einem elastischen Isolierstoff, wie vorzugsweise Silikon, umgeben. Der Isolierkörper 13 läuft an seinem oberen Ende in einen den oberen Abschnitt des Leiterbolzens 11 des Stromkreises koaxial umgebenden Isolierkonus 14 aus. Ein vom Steckkontakt 8 abgewandtes Ende des Isolierkonus 14 läuft in einer nach innen geführten, gerundeten Hinterschneidung 15 aus. Die Oberfläche des Isolierkörpers 13 ist bis auf die Konusfläche des Isolierkonus 14 mit einer potentialsteuernden, elektrisch leitfähigen Schicht 16, etwa aus einem leitfähigen Polymer oder einem Metall, beschichtet. Über eine das Aktivteil 6 am Erdungsanschluss 9 nach unten abschliessende Kontaktscheibe 17 ist die elektrisch leitfähige Schicht 16 mit Erdpotential verbunden.
Zwischen der Kontaktscheibe 17 und dem Boden 3 des Apparategehäuses 1 ist eine vorgespannte Druckfeder 18 angeordnet. Diese Feder ist auf einer Mantelfläche einer in den Boden 3 des Apparategehäuses 1 eingeformten, axial ausgerichteten Lagerhülse 19 geführt. In der Hülse 19 ist der Erdungsanschluss 9 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. In ein aus dem Apparategehäuse 1 geführtes Ende des Erdungsanschlusses 9 ist ein Gewinde 20 eingeformt, auf welches eine als Kontermutter ausgebildete Spannmutter 21 aufgeschraubt ist. An das Gewinde 20 schliesst ein ebenfalls aus dem Apparategehäuse 1 geführter, gewindefreier Abschnitt 22 an zur Lagerung einer zwischen der Spannmutter 21 und dem Boden 3 des Apparategehäuses 3 vorgesehenen Sicherungshülse 23.
Aus Fig.2 ist ersichtlich, dass beim Einbau in eine Hochspannungsanlage H der Überspannungsableiter A (Verfahrensphase a)) zunächst in Richtung eines nicht bezeichneten Pfeils vertikal nach oben geführt wird. Das obere Ende des Aktivteils 6 wird hierbei durch eine nicht bezeichnete Öffnung eines elektrisch leitenden, geerdeten Gehäuse 30 der Hochspannungsanlage H in eine Anschlussbuchse 31 mit einem abgeschirmten, tulpenförmigen Gegensteckkontakt 32 und mit einem Isoliergegenkonus 33 geschoben.
Sobald der Flansch 5 an einem geeigneten Gegenflansch des Anlagengehäuses 30 anliegt (Verfahrensphase b)), werden beide Flansche mit Hilfe von nicht bezeichneten Schrauben miteinander verbunden und wird so das Apparategehäuse 1 starr am Anlagengehäuse 30 befestigt. Falls der Flansch 5 und der Gegenflansch der Anlage H unterschiedliche Abmessungen aufweisen, ist - wie in Fig.2 dargestellt - zwischen beiden Flanschen ein Adapterflansch 34 vorzusehen.
Anschliessend wird die vorgespannte Druckfeder 18 mit Hilfe der Spannmutter 21 entspannt. Die Spannmutter stützt sich hierbei mit ihrer oberen Seite über Unterlegescheiben auf dem nach unten weisenden Ende der Sicherungshülse 23 ab. Das Aktivteil wird beim Drehen der Spannmutter unter der Wirkung der sich entspannenden Feder 18 in die Anschlussbuchse 31 eingesteckt bis die Scheibe 12 am Gegensteckkontakt 32 anschlägt (Verfahrensphase c)). Steckkontakt 8 und Gegensteckkontakt 32 bilden nun eine Steckverbindung und verbinden den Stromkreis des Überspannungsableiters mit einem mit Hochspannung beaufschlagbaren Stromleiter 35 der Anlage H. Die Druckfeder 18 wird nur so weit entspannt, dass die verbleibende Federkraft noch ausreicht, um die Konusse 14, 33 so stark aufeinanderzupressen, dass kein Luftspalt dazwischen verbleibt. Es ist dann eine ausreichend hohe dielektrische Festigkeit des in die Hochspannungsanlage H eingebauten Überspannungsableiters A sichergestellt. Da die Feder 18 ständig mit gleicher Kraft wirkt und zudem im Inneren des Apparategehäuse 1 angeordnet ist, ist eine konstante Anpresskraft gewährleistet und wird zudem mit Sicherheit verhindert, dass die Anpresskraft von aussen, etwa durch Belasten des Apparategehäuse 1 mit mechanischer Kraft, verändert wird.
Zur Verbesserung der dielektrischen Festigkeit trägt auch die elektrisch leitfähige Schicht 16 bei, durch welche Teilentladungen zwischen der Oberfläche des Isolierkörpers 13 und dem Apparategehäuse 1 sowie in Inhomogenitäten des Isolierkörpers 13 vermieden werden. Durch Ausbildung des vom Steckkontakt 8 abgewandten Endes des Isolierkonus 14 als nach innen geführte und gerundete Hinterschneidung 15 und Vorsehen eines Abschnitts der elektrisch leitfähigen Schicht 16 auf der Oberfläche dieser Hinterschneidung 15 wird das elektrische Feld im dielektrisch kritischen Tripelbereich von Apparate- bzw. Anlagengehäuse, Isolierkonus 14 bzw. Isoliergegenkonus 33 und Luft homogenisiert. Weitere Massnahmen zur Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften des Überspannungsableiters A bzw. der Hochspannungsanlage H bestehen auch darin, dass das nichtlineare Widerstandselement 10 und/oder der Isolierkörper 13 zumindest steckkontaktseitig gerundet ausgebildet sind.
Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, kann während der Montage des Überspannungsableiters die Position des Aktivteils 6 in der Anschlussbuchse mit Hilfe einer auf dem Aktivteil bzw. der Schicht 16 angebrachten Markierung 36 überprüft werden. Zu diesem Zweck ist in die Mantelfläche des Apparategehäuses 1 eine schmale, vorwiegend in Achsrichtung geführt Öffnung 37 eingeformt. Während der Phasen a) und b) ändert sich die Lage der Markierung 36 in der Öffnung 37 nicht, da das Aktivteil gegenüber dem Apparategehäuse 1 bei vorgespannter Druckfeder nicht verschoben wird. Erst in der Phase c) verschiebt sich beim Entspannen der Feder die Marke 36 gegenüber dem Apparategehäuse 1 nach oben und nimmt nach vollständigem Einstecken des Aktivteils in die Anschlussbuchse die aus der Phase c) ersichtliche Position ein.
Die Öffnung 37 ist gegenüber einem Bereich des Isolierkörpers 13 positioniert, der das steckkontaktseitige Ende des nichtlinearen Widerstandselements 10 umfasst. Dies ist insoweit von Vorteil, als die Öffnung 37 zugleich der Druckentlastung des Überspannungsableiters A beim Auftreten von Störlichtbögen und Teilentladungen am Aktivteil 6 dienen kann. Da solche unerwünschten Entladungsvorgänge besonders wirksam im Bereich hoher elektrischer Feldstärken sind, ist die Öffnung am des steckkontaktseitige Endes des nichtlinearen Widerstandselements 10 positioniert.
Zweckmässigerweise sind zwei gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Öffnungen vorgesehen. Es wird so sichergestellt, dass die Lage der Markierung 36 nicht nur aus einer Richtung, sondern über einen durch den Versetzungswinkel vorgegebenen Winkelbereich beobachtet werden kann. Durch Vorsehen von mehr als zwei geeignet über den gesamten Umfang verteilte Öffnungen kann praktisch aus jeder beliebigen Richtung beobachtet werden.
Nach dem Einbau des Überspannungsableiters A wird die Spannmutter 21 vom Gewinde 20 abgezogen und die Sicherungshülse 23 entfernt und vor unbefugtem Zugriff gesichert verwahrt. Die Spannmutter 21 wird wieder auf das Gewinde 20 aufgeschraubt. Da sie als Kontermutter ausgeführt ist, dient sie zugleich der Fixierung eines Erdungsleiters 38 (Fig.2). Der Stromkreis des Überspannungsableiters ist nun einerseits an die in der Hochspannungsanlage H geführte Hochspannung und andererseits an Erde angeschlossen. Das Apparategehäuse 1 ist über den Adapterflansch 34 und das Anlagengehäuse 30 geerdet. Ein unbefugtes Verschieben des Aktivteils 6 nach dem Einbau des Überspannungsableiters A in die Hochspannungsanlage H ist dadurch vermieden, dass bei abgezogener Sicherungshülse die Spannmutter 21 lediglich bis zum gewindefreien Abschnitt 22 gedreht werden kann, und somit ohne Sicherungshülse 23 kein Verschieben des Aktivteil bewirken kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Apparategehäuse
2
Mantelrohr
3
Boden
5
Flansch
6
Aktivteil
7
Zylinderachse
8
Steckkontakt
9
Varistorelemente
10
nichtlineares Widerstandselement
11
Leiterbolzen
12
Scheibe
13
Isolierkörper
14
Isolierkonus
15
Hinterschneidung
16
elektrisch leitfähige Schicht
17
Kontaktscheibe
18
Druckfeder
19
Lagerhülse
20
Gewinde
21
Spannmutter
22
gewindefreier Abschnitt
23
Sicherungshülse
30
Anlagengehäuse
31
Anschlussbuchse
32
Gegensteckkontakt
33
Isoliergegenkonus
34
Adapterflansch
35
Stromleiter
36
Markierung
37
Öffnung
38
Erdungsleiter
A
Überspannungsableiter
H
Hochspannungsanlage

Claims (17)

  1. Steckbarer elektrischer Apparat, insbesondere Überspannungsableiter (A), mit einem axialsymmetrisch ausgebildeten Gehäuse (1) mit einer in Steckrichtung verlaufenden Gehäuseachse (7),
    einem Mittel zum Befestigen des Apparategehäuses (1) an einem Gehäuse (30) einer Hochspannungsanlage (H), und mit
    einem axialsymmetrischen Aktivteil (6) mit einem axial geführten Stromkreis, enthaltend einen Steckkontakt (8), einen Erdungsanschluss (9) und ein dazwischen geschaltetes nichtlineares Widerstandselement (10), und mit einem das nichtlineare Widerstandselement (10) und eine elektrische Verbindung (11) zum Steckkontakt (8) umgebenden und einen Isolierkonus (14) bildenden, axialsymmetrischen Isolierkörper (13),
    dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel in das Apparategehäuse (1) eingeformt ist, und dass das Aktivteil (6) im Apparategehäuse (1) in Achsrichtung verschiebbar gelagert ist und vor Bildung einer Steckverbindung gegenüber dem Apparategehäuse (1) mit Vorspannkraft gehalten ist.
  2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (13) mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (16) versehen ist.
  3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Steckkontakt (8) abgewandtes Ende des Isolierkonus (14) als Hinterschneidung (15) ausgeführt ist und einen nach innen geführten, gerundeten Abschnitt der elektrisch leitfähigen Schicht (16) trägt.
  4. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtlineare Widerstandselement (10) steckkontaktseitig gerundet ausgebildet ist.
  5. Apparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (13) zumindest steckkontaktseitig gerundet ausgeführt ist.
  6. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Mantelfläche des Apparategehäuses (1) eine Öffnung (37) eingeformt ist.
  7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (37) positioniert ist gegenüber einem Bereich des Isolierkörpers (13), der das steckkontaktseitige Ende des nichtlinearen Widerstandselements (10) umfasst.
  8. Apparat nach einem der Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Apparategehäuses (1) als Zylinder mindestens zwei gegeneinander in Umfangsrichtung des Zylinders versetzt angeordnete Öffnungen vorgesehen sind.
  9. Apparat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Erdungsanschluss (9) an einem erdbaren Ende des Aktivteils (6) befestigt und durch einen Boden (3) des Apparategehäuses (1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem erdbaren Ende des Aktivteils (6) und dem Boden (3) des Apparategehäuses (3) eine vorgespannte Druckfeder (18) angeordnet ist.
  10. Apparat nach Anspruch 9, bei dem in ein aus dem Apparategehäuse (1) geführtes Ende des Erdungsanschlusses (9) ein Gewinde (20) eingeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (20) der Aufnahme einer Spannmutter (21) dient, und dass der Erdungsanschluss (9) einen aus dem Apparategehäuse (1) geführten, gewindefreien Abschnitt (22) aufweist zur Lagerung einer zwischen der Spannmutter (21) und dem Boden (3) des Apparategehäuses (1) vorsehbaren Sicherungshülse (23).
  11. Apparat nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Boden (3) des Apparategehäuses (1) eine axial ausgerichtete und den Erdungsanschluss (9) umfassende Lagerhülse (19) eingeformt ist mit einer der Führung der Druckfeder (18) dienenden Mantelfläche.
  12. Hochspannungsanlage (H) mit dem elektrischen Apparat (A) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem an einem Gehäuse (31) der Anlage (H) vorgesehenen Befestigungsmittel für den elektrischen Apparat (A) und mit einem Gegensteckkontakt (32) und einem Isoliergegenkonus (33), bei welcher Anlage (H) nach dem Zusammenstecken das Befestigungsmittel des Anlagengehäuses (31) und das Befestigungsmittel des elektrischen Apparates (1) starr verbunden und der Isolierkonus (14) und der Isoliergegenkonus (33) spaltfrei aufeinandergepresst sind.
  13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem als Flansch (5) ausgeführten Befestigungsmittel des elektrischen Apparates (A) und einem Gegenflansch des Anlagengehäuses (30) ein Adapterflansch (34) angeordnet ist.
  14. Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Apparategehäuse (1) und das Anlagengehäuse (30) elektrisch leitfähig ausgebildet sind, und dass das Apparategehäuse (1) über die Befestigungsmittel und das Anlagengehäuse (31) geerdet ist.
  15. Verfahren zur Herstellung der Hochspannungsanlage (H) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel des elektrischen Apparates (A) am Befestigungsmittel der Hochspannungsanlage (H) festgesetzt wird, und dass danach das Aktivteil (6) des elektrischen Apparates (A) unter Verminderung der Vorspannkraft, unter Bildung einer elektrischen Steckverbindung von Steckkontakt (8) und Gegensteckkontakt (32) und unter Bildung einer spaltfreien Verpressung von Isolier (14)- und Gegenisolierkonus (33) in das Anlagegehäuse (30) geführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach der Verminderung der Vorspannkraft die Position einer Markierung (36) des Aktivteils (6) in einer Öffnung (37) des Apparategehäuses (1) kontrolliert wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft durch Drehen einer auf einer Sicherungshülse (23) abgestützten Spannmutter (21) verändert wird, und dass nach Bildung der Steckverbindung und Verpressen der Konusse (14, 33) die Sicherheitshütse (23) entfernt wird.
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