EP2195814A1 - Überspannungsableiter - Google Patents

Überspannungsableiter

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Publication number
EP2195814A1
EP2195814A1 EP08839355A EP08839355A EP2195814A1 EP 2195814 A1 EP2195814 A1 EP 2195814A1 EP 08839355 A EP08839355 A EP 08839355A EP 08839355 A EP08839355 A EP 08839355A EP 2195814 A1 EP2195814 A1 EP 2195814A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
surge arrester
stack
stabilizing
varistor blocks
outer housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP08839355A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2195814B1 (de
Inventor
Hartmut Klaube
Torsten HÖLZER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tridelta Ueberspannungsableiter GmbH
Original Assignee
Tridelta Ueberspannungsableiter GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tridelta Ueberspannungsableiter GmbH filed Critical Tridelta Ueberspannungsableiter GmbH
Publication of EP2195814A1 publication Critical patent/EP2195814A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2195814B1 publication Critical patent/EP2195814B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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 relates to a surge arrester with cage design, as it is known for example from JP 63-312602.
  • Surge arresters are connected in power supply systems between live lines and ground to derive in the event of an overvoltage in the line this to ground and to protect other components of the power grid.
  • Such a surge arrester contains a stack of varistor blocks, which is held between two connection elements. This arrangement is accommodated in an outer housing.
  • Surge arresters are capable of safely dissipating overvoltages occurring within their design range as often as possible to ground.
  • the varistor blocks usually zinc oxide ceramic elements, have the property that their electrical resistance is voltage-dependent. That is, below a threshold voltage, the varistor blocks are good insulators. Above this voltage, however, they are well electrically conductive.
  • overvoltage arresters with "tube design" in which the active components are accommodated in a tube, for example made of ceramic or a dimensionally stable plastic.
  • a gas volume remains in the interior of the outer housing.
  • the outer casing of this surge arrester is further provided with a gas outlet opening, through which, in the case of
  • surge arresters in which the outer casing is poured or injected directly around the active components.
  • a high quality plastic usually silicone is used, as described for example in EP-O 963 590 Bl.
  • a disadvantage of the tube-type surge arresters is that partial discharges may occur through the gas voids between the core and the outer housing. To avoid this, the entry of moisture into the gas volume should be prevented. Often a gas with better insulator properties than air is used. It must also be avoided that an exchange of the gas with the ambient air or the ingress of moisture occurs. Tube design surge arresters are therefore relatively expensive to manufacture. Despite these disadvantages, surge arresters with a tubular design are particularly prevalent at extremely high voltages of several hundred thousand volts, since surge arresters with a height of several meters are thus possible.
  • Surge arresters of this type have heretofore been at relatively low voltages, i. limited to tens of thousands of volts. For higher voltages, several surge arresters were connected in series.
  • the object of the invention is therefore to provide a surge arrester with cage design and directly encapsulated plastic outer housing, which has an improved stability, without the additional cyclistgeophuse- material should be used.
  • the object is achieved by a surge arrester according to claim 1.
  • Fig. 1 shows a partial sectional view of a
  • FIG. 2 shows a first half of a mold for the manufacture of the housing of the surge arrester according to the invention
  • Fig. 3 shows a second half of the mold for the production of the housing of the surge arrester according to the invention.
  • FIG. 4 is a detail view of Fig. 1; and FIG. 5 shows a detailed view of a stabilizing disk.
  • the surge arrester shown in FIG. 1 comprises two terminal blocks or end fittings 3, between which a plurality of arrester blocks, for example varistor blocks 1, are arranged.
  • the varistor blocks 1 are, for example, circular cylindrical or polygonal. They are usually formed from zinc oxide with appropriate dopants.
  • the Varistor material has the property that it has a high electrical resistance below a threshold voltage, while the electrical resistance drops significantly above this threshold voltage. The transition in zinc oxide is very steep. In this way, it is possible to protect other components in a high voltage network against overvoltage 2u, as this overvoltage flows through the surge arrester to ground.
  • reinforcing elements 9 are provided in the surge arrester shown in FIG.
  • the reinforcing elements 9 are glass fiber rods, which are anchored in the two terminal blocks.
  • the anchoring in the connection blocks can be done by wedges, by crimping, through
  • the terminal blocks 3 are provided with a central screw 4 which serves to connect the surge arrester to the high voltage network.
  • the core of the surge arrester formed in this way is equipped with an outer housing 5 with a plurality of sheds 7.
  • the outer housing houses the varistor blocks with no intervening fluid volume or voids.
  • two different screens 7 are formed along the longitudinal direction of the surge arrester, namely large diameter screens 7a and 7b small diameter screens.
  • the exact dimensions, distances and shapes of the screens depend on the intended use of the surge arrester.
  • the task of the screens 7 is u.a. the extension of the leakage path for the current between the two connection points of the surge arrester as well as the enlargement of the heat radiating surface of the
  • Surge arrester Although the design of the surge arrester with two different screen sizes has proven successful, the invention is not limited thereto. It is also possible to equip the surge arrester with only one screen size, or to provide three or more different screen shapes along a surge arrester. In practice, it has proven to be advantageous to adjust the screens 7 with a kink relative to the longitudinal axis of the surge arrester, with angles of 5 to 20 ° being preferred. This construction facilitates the drainage of rainwater when using the surge arrester under the open sky.
  • the terminal blocks 3 are also largely received in the outer housing 5 and encapsulated with, as shown in Fig. 1, in which case there are no intervening fluid volume or cavities.
  • the silicone material used for the outer housing 5 is a considerable cost factor in the manufacture of surge arresters according to the invention.
  • the outer case 5 is therefore formed as thin as possible.
  • the diameter of the surge arrester in the region between two shields 7 is smaller than in the region of a connection block 3.
  • the surge arrester furthermore has one or more stabilizing disks 25, which are arranged between two respective varistor blocks 1.
  • FIG. 5 A detailed view of such a stabilizing disk 25 is given in FIG. 5.
  • the stabilizing disk is about 5 mm thick.
  • the stabilizing disc 25 Along the circumference of the stabilizing disc 25, a number of through holes 27 are formed, through which the GRP rods 9 run.
  • the through holes 27 are so far away from the edge of the stabilizing disk 25 that sufficient stability can be ensured.
  • the distance between the edge of each through hole 27 and the outer periphery of the stabilizing disk 25 is at least 3 mm.
  • the surge arrester With this construction, even with overloading of the surge arrester, it can be safely and effectively prevented that larger fragments of the varistor blocks 1 are thrown outwards through the outer housing 5.
  • the surge arrester thus produced exhibits excellent bending and torsional strength, making it predestined for use outdoors, even at very long lengths. In special cases, lengths of 2.5 m or more are possible, with several as needed
  • Stabilizing discs 25 are used distributed over the length of the surge arrester.
  • the stabilizing discs 25 are distributed over the length of the surge arrester in such a way that they are arranged respectively in the region of one of the screens 7 r as shown in Fig. 4 in detail. Since it is necessary on the one hand, the
  • Stabilization disks 25 to be provided with a good insulation by the outer housing 5, so that an overlap of a few millimeters is necessary, but there on the other hand
  • the stabilizing disk 25 is provided in the region of the umbrellas 7, where a sufficient coverage with
  • the surge arrester is fabricated in a modular form as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the modular shape allows to achieve an accurate positioning of the stabilizing discs.
  • the required number of Varistorblöcken 1 is compiled depending on the required ⁇ pannungsfesttechnik the surge arrester. Between the individual Varistorblöcken 1 may be interposed to improve the electrical contact between these blocks Aluininiumministerin.
  • one or more stabilizing discs are inserted in the stack.
  • spacers made of aluminum which substantially correspond in their shape to the varistor blocks 1, can furthermore be provided.
  • two end fittings 3 are provided. From the end fittings 3, the Varistorblöcken 1, the stabilizing discs 25 and possibly the spacers and contact discs a stack is formed.
  • disc springs or other elements may be added to the stack as needed.
  • glass fiber reinforced plastic rods 9 are then placed between the end fittings 3 and clamped to hold the stack of varistor blocks 1 and armndarmaturen 3 under train.
  • the core thus formed is inserted into a mold shown in Fig. 2.
  • the form shown in Fig. 2 is modular and comprises a head part 11 and a foot part 13, which correspond respectively to the two end fittings 3. Between the head part 11 and the foot part 13 a selectable number of intermediate parts 15 is provided, so that a total of a modular structure is formed.
  • the mounting plate 17 is provided with a screening, so that the distance between the head part 11 and the foot part 13 is adjustable, so that a variable number of intermediate parts 15 can be used.
  • the intermediate parts 15 contain the heating elements (not shown) necessary for the filling and cross-linking process of the silicone, as well as cooling and venting channels 19 and 21.
  • the heating elements and cooling channels 19 of the individual intermediate parts 15 are provided with connections which are also of In this way, an interconnection of the heating elements or the cooling channels is possible, which allows a specific, spatially different and possibly also time-dependent temperature control of the individual sections of the mold and thus can positively influence the cross-linking process of the silicone
  • the intermediate parts 15 touch each other along the peripheral edge of a screen 7 of the outer casing S. In other words, when the upper side of a screen 7 is formed by a first intermediate part 15, the lower side of the same screen 7 is formed by the next intermediate part 15. E Ine seam, which when pouring along the
  • Transition line of the two intermediate parts 15 is formed, therefore, coincides with the outer periphery of the screen 7.
  • Fig. 3 the corresponding counterpart to the mold half of Fig. 2 is shown.
  • the molded parts shown in Figs. 2 and 3 are brought together after inserting the core and fixedly connected to each other by means of a locking device. Subsequently, the silicone elastomer is injected under pressure and crosslinked with heat.
  • the individual parameters of this cross-linking process such as the optimum temperature, the required pressure or the flow velocities depend on the selected one
  • Plastic material and are known in the art. For example, a temperature of 50 to 300 °, preferably 80 to 150 0 C, and a pressure of 1 to 20 bar are selected. After the cross-linking process of the silicone, the mold is again separated into the two halves shown in FIGS. 2 and 3 and the surge arrester is removed. Since the silicone is still relatively elastic even in the cured state, the umbrellas easily detach from the undercuts formed by the mold.
  • an intermediate part 23 is provided at least in one of the two mold halves, especially for injection molding. To avoid visible injection points in the silicone housing, it is preferable to place this injection point so that it forms on the underside of a screen 7.
  • FIGS. 2 and 3 it is possible to adjust the length of the surge arrester very flexibly without having to produce new shapes. For this purpose, it is sufficient to remove individual intermediate parts 15 from the mold and to shorten them accordingly or to insert further intermediate parts 15.
  • the shape also allows a great deal of flexibility with regard to the exact shaping of the terminal blocks, since different diameters can easily be realized for these sections of the high-voltage arrester by simply exchanging the head part 11 or the foot part 13.
  • Another advantage of the described manufacturing method is that different screen shapes or screen sequences are possible, in particular special screens can be provided where stabilizing discs 25 are arranged.
  • the invention is basically not limited to the production of surge arresters with Varistorblöcken. It is also possible to produce the surge arrester with a spark gap with the method according to the invention.
  • Another advantage of the invention is that the intermediate parts 15 of the mold can be produced simply and inexpensively, for example on a turning or milling machine. In the assembly, however, undercuts are possible that are otherwise difficult or impossible to achieve in one-piece molds.
  • the glass fiber reinforced plastic rods may also be envisaged to fasten the glass fiber reinforced plastic rods to the stabilizing discs also in the longitudinal direction. This can be done for example by crimping.

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Abstract

Überspannungsableiter mit einem Modul (1, 3, 9, 25), das einen Stapel Varistorblöcke (1), zwei Endarmaturen, zwischen denen der Stapel der Varistorblöcke (1) gehalten ist, eine Mehrzahl Verstärkungselemente (9), die sich zwischen den Endarmaturen (3) erstrecken und an diesen befestigt sind, wobei die Verstärkungselemente (9) den Stapel Varistorblöcke umgeben, und mindestens eine Stabilisierungsscheibe (25), die zwischen zwei Varistorblöcken (1) in dem Stapel angeordnet ist und die mindestens ein Verstärkungselement (9) führt, umfasst, und mit einem Außengehäuse (5) mit Schirmen, in dem das Modul zumindest teilweise aufgenommen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter ist das Außengehäuse so ausgebildet, dass das Modul ohne dazwischenliegendes Gas, Flüssigkeit oder Volumen oder Hohlräume aufgenommen ist. Darüber hinaus ist jede der Stabilisierungsscheiben (25) im Bereich eines der Schirme (7) angeordnet.

Description

UBERSPANNPHGSABLEITER
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit Käfig-Design, wie er beispielsweise aus der JP 63-312602 bekannt ist. Überspannungsableiter werden bei Stromversorgungssystemen zwischen stromführenden Leitungen und Masse geschaltet, um im Fall einer Überspannung in der Leitung diese zur Masse abzuleiten und so andere Bauteile des Stromnetzes zu schützen. Ein derartiger Überspannungsableiter enthält einen Stapel aus Varistorblöcken, der zwischen zwei Anschlusselementen gehalten ist. Diese Anordnung wird in einem Außengehäuse aufgenommen.
Überspannungsableiter sind in der Lage, innerhalb ihres Auslegungsbereichs auftretende Überspannungen sicher und beliebig oft gegen Masse abzuleiten. Die Varistorblöcke, üblicherweise Zinkoxidkeramikelemente, haben die Eigenschaft, dass ihr elektrischer Widerstand spannungsabhängig ist. Das heißt unterhalb einer Schwellenspannung sind die Varistorblöcke gute Isolatoren. Oberhalb dieser Spannung hingegen sind sie gut elektrisch leitend.
Allerdings kann es im Fall eines ableiternahen Blitzeinschlags oder eines Leitungsrisses bei einer
Hochspannungsleitung passieren, dass ein Überspannungsableiter weit über seinen Auslegungsbereich hinaus beansprucht wird. Dies führt zu einem Festkörperdurchschlag durch die Varistorblöcke und zu einer irreversiblen Schädigung des Überspannungsabieiters. Bei einem derartigen
Ereignis wird in dem Überspannungsableiter eine große Energie frei, was einhergeht mit einem sehr starken Temperatur- und Druckanstieg. Om einen sicheren Betrieb dennoch zu gewährleisten ist es daher erforderlich, dass auch in einem solchen Ereignis keine größeren Bruchstücke, weder des Außengehäuses noch des Materials der Varistorblöcke, weit geschleudert werden.
Derzeit sind zwei verschiedene Konzepte hinsichtlich des Außengehäuses üblich. Einerseits gibt es Überspannungs- ableiter mit "Rohr-Design", bei denen die aktiven Komponenten in einem Rohr, beispielsweise aus Keramik oder einen formstabilen Kunststoff aufgenommen sind. Hierbei verbleibt ein Gasvolumen im inneren des Außengehäuses. Das Außengehäuse dieser Überspannungsabieiter ist darüber hinaus mit einer Gasauslassöffnung versehen, durch die im Fall einer
Überlastung das heiße Plasma austreten kann, wodurch ein Druckanstieg im Inneren des Außengehäuses verhindert wird. Bei derartigen Überspannungsableitern bleibt in der Regel auch bei einer Überlastung das Außengehäuse selbst unbeschädigt.
Andererseits gibt es Überspannungsabieiter, bei denen das Außengehäuse direkt um die aktiven Komponenten gegossen oder gespritzt wird. Hierfür wird ein hochwertiger Kunststoff, meist Silikon verwendet, wie dies beispielsweise in der EP-O 963 590 Bl beschrieben ist.
Um sicherzustellen, dass auch bei mechanischen Belastungen die Varistorblöcke gut miteinander kontaktieren, ist es in beiden Fällen erforderlich, den Stapel der Varistorblöcke unter Druck zusammenzuhalten. Eine Möglichkeit hierzu, die sowohl bei Überspannungsableitern mit Rohr-Design als auch bei solchen mit angespritztem Außengehäuse verwendet wird, ist es, Verstärkungseleπiente, in der Regel Stäbe oder Seile, vorzugsweise glasfaserverstärkte KunststoffStäbe (GFK- Stäbe) , die an den Endarmaturen unter Zug gehalten sind, vorzusehen. Gelegentlich werden diese Überspannungsabieiter auch als Überspannungsabieiter mit "Käfig-Design" bezeichnet.
Aus der WO 94/14171 oder der DE 101 04 393 Cl ist bekannt, Stützplatten bzw. Ξtabilisierungsscheiben zwischen die Varistorblöcke einzufügen, die die Stäbe des Käfigs an ihrer Position halten. Die in diesen beiden Druckschriften gezeigten Überspannungsabieiter sind hinsichtlich der Gestaltung des Außengehäuses Überspannungsabieiter mit Rohr- Design.
Ein Nachteil der Uberspannungsableiter mit Rohr-Design besteht darin, dass es zu Teilentladungen über das Gasvoiumen zwischen dem Kern und dem Außengehäuse kommen kann. Um dies zu vermeiden, sollte das Eintreten von Feuchtigkeit in das Gasvolumen verhindert werden. Oft wird ein Gas mit besseren Isolatoreigenschaften als Luft verwendet. Auch muss vermieden werden, dass ein Austausch des Gases mit der Umgebungsluft bzw. ein Eindringen von Feuchtigkeit auftritt. Überspannungsabieiter mit Rohr-Design sind deshalb in der Herstellung relativ teuer. Trotz dieser Nachteile sind Überspannungsabieiter mit Rohr-Design insbesondere bei extrem hohen Spannungen von mehreren hunderttausend Volt verbreitet, da mit so Uberspannungsableiter mit einer Bauhöhe von mehreren Metern möglich sind.
Uberspannungsableiter mit direkt umspritzten
Außengehäuse haben hingegen kein eingeschlossenes Gasvolumen, was die Konstruktion vereinfacht. Bei diesen Überspannungs- ableitern wird im Fall der Überlastung das heiße Plasma das
Außengehäuse lokal zerstören und so ins Freie gelangen. Damit dies ohne nennenswerten Druckanstieg im Inneren des Überspannungsabieiters geschieht, ist erforderlich, dass Außengehäuse so dünnwandig wie möglich auszuführen. Außerdem ist ein wesentlicher Teil der Kosten bei der Herstellung des Überspannungsabieiters dieser Bauweise durch das Außengehäusematerial bedingt, das relativ teuer ist. Daher ist der Fachmann bestrebt, das Außengehäuse mit möglichst wenig Material auszubilden. Uberspannungsableiter dieser Bauart waren bisher auf relativ niedrige Spannungen, d.h. einige zehntausend Volt beschränkt. Für höhere Spannungen wurden mehrere Uberspannungsableiter hintereinander geschaltet.
In den letzten Jahren ist versucht worden, immer größere Uberspannungsableiter mit direkt umspritztem Außengehäuse zu bauen, wobei Längen von 2 m oder mehr angedacht sind. Insbesondere bei derartig großen Überspannungsableitern kommt es aber leicht zu einer Verbiegung der Stäbe des Käfigs und einer Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität. Stabilisierungsmaßnahπien, wie dickere Stäbe, waren Nachteilhaft, da sie zwangsläufig zu größeren Wandstärken bei dem Außengehäuse führten, was - wie ausgeführt - unerwünscht ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Überspannungs- ableiter mit Käfig-Design und direkt umspritztem Kunststoffaußengehäuse bereitzustellen, der eine verbesserte Stabilität aufweist, ohne das zusätzlichesAußengehäuse- material verwendet werden müsste.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Überspannungsabieiter nach Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Im folgenden wird die Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen zeigt:
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Teilschnittansicht eines
Überspannungsabieiters gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt eine erste Hälfte einer Form zur Herstellung des Gehäuses des erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters;
Fig. 3 zeigt eine zweite Hälfte der Form zur Herstellung des Gehäuses des erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters .
Fig. 4 eine Detailansicht aus Fig. 1; und Fig. 5 eine Detailansicht einer Stabilisierungsscheibe.
Der gezeigte Überspannungsabieiter in Fig. 1 umfasst zwei Anschlussblöcke bzw. Endarmaturen 3, zwischen denen eine Mehrzahl von Ableiterblöcken, beispielsweise Varistorblöcke 1 angeordnet sind. Die Varistorblöcke 1 sind beispielsweise kreiszylinderförmig oder polygonal. Sie werden üblicherweise aus Zinkoxid mit entsprechenden Dotierungen gebildet. Das Varistormaterial hat die Eigenschaft, dass es unterhalb einer Schwellspannung eine hohen elektrischen Widerstand besitzt, während der elektrische Widerstand oberhalb dieser Schwellspannung deutlich abfällt. Der Übergang bei Zinkoxid ist sehr steil. Auf diese Art ist es möglich, andere Bauteile in einem Hochspannungsnetzwerk gegen Überspannung 2u schützen, da diese Überspannung über den Überspannungsabieiter zur Masse abfließt.
Um den Stapel von Varistorblöcken 1 und die beiden Anschlussblöcke 3 zusammenzuhalten,, sind bei dem in Fig. 1 gezeigten Überspannungsabieiter Verstärkungselemente 9 vorgesehen. In dem gezeigten Beispiel sind die Verstärkungselemente 9 Glasfaserstäbe, die in den beiden Anschlussblöcken verankert sind. Die Verankerung in den Anschlussblöcken kann durch Keile, durch Crimpen, durch
Schrauben oder Verkleben oder durch jede andere geeignete Befestigungsmöglichkeit gewährleistet werden. Die Anschlussblöcke 3 sind mit einer zentralen Schraube 4 versehen, die zur Verbindung des Überspannungsabieiters mit dem Hochspannungsnetzwerk dient.
Zum Schutz gegenüber Umwelteinflüssen ist der so geformte Kern des Überspannungsabieiters mit einem Außengehäuse 5 mit einer Mehrzahl von Schirmen 7 ausgestattet. Das Außengehäuse nimmt die Varistorblöcke ohne dazwischenliegendes Fluidvolumen oder Hohlräume auf.
In der gezeigten Ausführungsform sind zwei unterschiedliche Schirme 7 entlang der Längsrichtung des Überspannungsableiters ausgebildet, nämlich Schirme mit einem großen Durchmesser 7a und solche mit einem kleinen Durchmesser 7b. Die genauen Abmessungen, Abstände und Formen der Schirme hängen vom geplanten Einsatzgebiet des Überspannungsableiters ab. Die Aufgabe der Schirme 7 ist u.a. die Verlängerung des Kriechweges für den Strom zwischen den beiden Anschlussstellen des überspannungsableiters sowie die Vergrößerung der wärmeabstrahlenden Oberfläche des
Überspannungsableiters. Obwohl sich die Ausgestaltung des Überspannungsableiters mit zwei verschiedenen Schirmgrößen bewährt hat, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Es ist möglich, den Überspannungsabieiter auch nur mit einer Schirmgröße auszustatten, oder drei oder mehr verschiedene Schirmformen entlang eines Überspannungsabieiters vorzusehen. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Schirme 7 mit einem Kinkel relativ zur Längsachse des Überspannungsabieiters einzustellen, wobei Winkel von 5 bis 20° bevorzugt sind. Diese Bauweise erleichtert beim Einsatz des Überspannungsabieiters unter freiem Himmel das Ablaufen von Regenwasser.
Um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Überspannungsabieiters zu verhindern, sind auch die Anschlussblöcke 3 weitgehend mit im Außengehäuse 5 aufgenommen und mit umspritzt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, wobei auch hier keine dazwischenliegendes Fluidvolumen oder Hohlräume auftreten.
Das für das Außengehäuse 5 verwendete Silikonmaterial ist ein beachtlicher Kostenfaktor bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Überspannungsableitern. Das Außengehäuse 5 wird daher so dünn wie möglich ausgebildet. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist der Durchmesser des Überspannungsabieiters im Bereich zwischen zwei Schirmen 7 kleiner als im Bereich eines Anschlussblocks 3.
Zwischen die einzelnen Varistorblöcke 1 können nicht gezeigte Aluiαiniumscheiben zur besseren Kontaktierung eingelegt werden. Außerdem kann nach Bedarf ein Federelement in dem Stapel vorhanden sein, um die elektrische Kontaktierung der Varistorblöcke 1 untereinander und mit den Endarmaturen 3 zu sichern. Erfindungsgemäß weist der Überspannungsableiter darüber hinaus eine oder mehrere Stabilisierungsscheiben 25 auf, die zwischen zwei jeweiligen Varistorblöcken 1 angeordnet sind.
Eine Detailansicht einer derartigen Stabilisierungsscheibe 25 ist in Fig. 5 gegeben. Die Stabilisierungsscheibe 25, vorzugsweise aus
Aluminium oder einem anderen geeigneten, gut leitenden Werkstoff, hat eine Dicke, die ihr ausreichende Stabilität verleiht, andererseits aber so gering wie möglich gehalten ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsforrn der Erfindung ist die Stabilisierungsscheibe ca. 5 mm dick.
Entlang des Umfangs der Stabilisierungsscheibe 25 sind eine Anzahl von Durchgangslöchern 27 ausgebildet, durch die die GFK-Stäbe 9 laufen. Die Durchgangslöcher 27 sind so weit vom Rand der Stabilisierungsscheibe 25 entfernt, dass eine ausreichende Stabilität gewährleistet werden kann. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand zwischen dem Rand eines jeden Durchgangsloches 27 und dem Außenumfang der Stabilisierungsscheibe 25 mindestens 3 mm.
Mit dieser Bauweise kann auch bei einer Überlastung des Überspannungsabieiters sicher und wirksam verhindert werden, dass größere Bruchstücke der Varistorblöcke 1 nach außen durch das- Außengehäuse 5 hinausgeschleudert werden. Außerdem zeigt der so hergestellte Überspannungsabieiter eine ausgezeichnete Biege- und Torsionsfestigkeit, was ihn zum Einsatz im Freien, auch bei sehr großen Längen, prädestiniert. In Sonderfällen sind Längen von 2,5 m oder mehr möglich, wobei je nach Bedarf mehrere
Stabilisierungsscheiben 25 über die Länge des Überspannungsabieiters verteilt eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß sind die Stabilisierungsscheiben 25 über die Länge des Überspannungsableiters derart verteilt, dass sie jeweils im Bereich eines der Schirme 7 angeordnet sindr wie dies in Fig. 4 detailliert gezeigt ist. Da es einerseits erforderlich ist, die
Stabilisierungsscheiben 25 mit einer guten Isolierung durch das Außengehäuse 5 zu versehen, so dass eine Überdeckung von einigen Millimetern nötig ist, da aber andererseits das
Außengehäusematerial, nämlich meistens Silikon, sehr teuer ist, und es unerwünscht ist, die Gesamtmenge für den Überspannungsabieiter zu erhöhen, wird erfindungsgemäß die Stabilisierungsscheibe 25 im Bereich eines der Schirme 7 vorgesehen, wo eine hinreichende Überdeckung mit
Außengehäusematerial möglich ist, ohne dass es eines zusätzlichen Materialeinsatzes bedürfte. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Überspannungsabieiter mit einer modularen Form hergestellt, wie sie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
Die modulare Form ermöglicht ermöglicht es, eine genaue Positionierung der Stabilisierungsscheiben zu erreichen.
Insbesondere ist es möglich, für solche Schirme 7, bei denen eine Stabilisierungsscheibe 25 vorgesehen ist, eine spezielle Zwischenteil 15 zu verwenden, die sichere Abdeckung der Stabilisierungsscheibe mit Außengehäusematerial ermöglicht. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung des Überspannungsabieiters nach Fig. 1 beschrieben.
Zunächst wird in Abhängigkeit der geforderten Ξpannungsfestigkeit des Überspannungsabieiters die benötigte Anzahl von Varistorblöcken 1 zusammengestellt. Zwischen den einzelnen Varistorblöcken 1 können zur Verbesserung des elektrischen Kontakts zwischen diesen Blöcken Aluininiumkontaktscheiben zwischengelegt sein. Außerdem wird eine oder mehrere Stabilisierungsscheiben in den Stapel eingefügt. Zur Vergrößerung der Gesamtlänge des Überspannungsabieiters und somit des Abstandes zwischen der stromführenden Leitung und Masse sowie zur genauen Psositionierung der Stabilisierungsscheiben 25 hinsichtlich der Schirme 7 können darüber hinaus Distanzstücke aus Aluminium, die in ihrer Form den Varistorblöcken 1 im Wesentlichen entsprechen, bereitgestellt werden. Des Weiteren werden zwei Endarmaturen 3 vorgesehen. Aus den Endarmaturen 3, den Varistorblöcken 1, den Stabilisierungsscheiben 25 und ggf. den Distanzstücken und Kontaktscheiben wird ein Stapel gebildet. Zusätzlich können nach Bedarf Tellerfedern oder weitere Elemente dem Stapel zugefügt sein.
Bei der gezeigten Ausführungsform werden anschließend glasfaserverstärkte Kunststoffstäbe 9 zwischen den Endarmaturen 3 angeordnet und verspannt, um den Stapel Varistorblöcke 1 und Ξndarmaturen 3 unter Zug zusammenzuhalten. Der so gebildete Kern wird in eine in Fig. 2 gezeigte Form eingesetzt. Die in Fig. 2 gezeigte Form ist modular aufgebaut und umfasst ein Kopfteil 11 und ein Fußteil 13, die jeweils mit den beiden Endarmaturen 3 korrespondieren. Zwischen dem Kopfteil 11 und dem Fußteil 13 ist eine wählbare Anzahl von Zwischenteilen 15 vorgesehen, so dass insgesamt eine modular aufgebaute Form entsteht.
Alle Teile zusammen werden auf einer Montage- oder Grundplatte 17 fixiert. Die Montageplatte 17 ist mit einer Rasterung versehen ist, so dass der Abstand zwischen dem Kopfteil 11 und dem Fußteil 13 einstellbar ist, so dass eine variable Zahl von Zwischenteilen 15 eingesetzt werden kann.
Die Zwischenteile 15 enthalten die für den Füll- und Vernetzungsprozess des Silicons notwendigen Heizungselemente (nicht gezeigt} sowie Kühl- und Entlüftungskanäle 19 und 21. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Heizungselemente und Kühlkanäle 19 der einzelnen Zwischenteile 15 mit Anschlüssen ausgestattet, die auch dann von außen zugänglich sind, wenn die Form zusammengebaut ist. Auf diese Art ist eine Verschaltung der Heizungselemente bzw. der Kühlkanäle möglich, was eine gezielte, räumlich unterschiedliche und eventuell auch zeitabhängige Temperierung der einzelnen Abschnitte der Form erlaubt und so den Vernetzungsprozess des Silicons positiv beeinflussen kann. Die Zwischenteile 15 berühren einander entlang der Umfangskante eines Schirms 7 des Außengehäuses S. Anders gesagt, wenn die obere Seite eines Schirms 7 durch ein erstes Zwischenteil 15 gebildet wird, so wird die Unterseite des gleichen Schirms 7 durch das nächstfolgende Zwischenteil 15 geformt. Eine Naht, die beim Gießen entlang der
Übergangslinie der beiden Zwischenteile 15 gebildet wird, fällt daher mit dem Außenumfang des Schirms 7 zusammen.
In Fig. 3 ist das entsprechende Gegenstück zu der Formhälfte aus Fig. 2 gezeigt. Für das Ausbilden des Überspannungsabieiters, werden die in Fig. 2 und 3 gezeigten Formteile, nach dem Einsetzen des Kerns, zusammengebracht und mittels einer Schließvorrichtung fest miteinander verbunden. Anschließend wird das Siliconelastomer unter Druck eingespritzt und unter Wärmezufuhr vernetzt. Die einzelnen Parameter dieses Vernetzungsprozesses, wie die optimale Temperatur, der benötigte Druck oder die Fließgeschwindigkeiten hängen vom gewählten
Kunststoffmaterial ab und sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann eine Temperatur von 50 bis 300°, bevorzugt 80 - 1500C, und ein Druck von 1 bis 20 bar gewählt werden. Nach dem Vernetzungsvorgang des Silicons wird die Form wieder in die beiden in den Fig. 2 und 3 gezeigten Hälften getrennt und der Überspannungsableiter entnommen. Da das Silicon auch im ausgehärteten Zustand noch relativ elastisch ist, lösen sich die Schirme problemlos aus den Hinterschneidungen, die durch die Form gebildet werden.
Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist zumindest in einer der beiden Formhälften ein speziell für das Anspritzen vorgesehenes Zwischenteil 23 vorgesehen. Zur Vermeidung von sichtbaren Anspritzstellen im Silicongehäuse ist es vorzuziehen, diese Anspritzstelle so zu legen, dass sie sich auf der Unterseite eines Schirms 7 ausbildet.
Mit der modularen Form aus Fig. 2 und 3 ist es möglich, sehr flexibel die Länge des Überspannungsableiters einzustellen, ohne dass neue Formen hergestellt werden müssen. Hierzu reicht es aus, einzelne Zwischenteile 15 aus der Form zu entnehmen und diese entsprechend zu verkürzen bzw. weitere Zwischenteile 15 einzusetzen. Die Form erlaubt darüber hinaus eine große Flexibilität hinsichtlich der genauen Formgebung der Anschlussblöcke, da durch einfachen Austausch des Kopfteils 11 bzw. des Fußteils 13 leicht auch unterschiedliche Durchmesser für diese Abschnitte des Oberspannungsableiters realisiert werden können.
Ein weiterer Vorteil des geschilderten Herstellungsverfahrens ist es, dass unterschiedliche Schirmformen bzw. Schirmfolgen möglich sind, insbesondere können spezielle Schirme dort vorgesehen werden, wo Stabilisierungsscheiben 25 angeordnet sind. Die Erfindung ist grundsätzlich nicht auf die Herstellung von Überspannungsableitern mit Varistorblöcken beschränkt. Es ist ebenso möglich, die Überspannungsabieiter mit einer Funkenstrecke mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Zwischenteile 15 der Form einfach und preiswert, beispielsweise an einer Dreh- oder Fräsmaschine hergestellt werden können. Im Zusammenbau sind dennoch Hinterschneidungen möglich, die ansonsten bei einstückigen Formen nur schwer oder gar nicht zu verwirklichen sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich für den Fachmann bei Nacharbeitung der hier offenbarten Lehre in naheliegender Weise. So ist es beispielsweise möglich, anstelle einer runden Stabilisierungsscheibe eine polygonale Stabilisierungsscheibe zu verwenden, wie sie etwa aus der WO 94/14171 bekannt ist. Auch der Einsatz einer mehrteiligen Stabilisierungsscheibe, wie sie aus der DE 101 04 393 Cl bekannt ist, ist im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lehre möglich.
Zur weiteren Stabilisierung kann darüber hinaus auch daran gedacht werden, die glasfaserverstärkten Kunststoffstäbe auch gegenüber einer Bewegung in Längsrichtung an den Stabilisierungsscheiben zu befestigen. Dies kann beispielsweise durch Crimpen erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsabieiter mit: einem Kern (lr 3, 9, 25), der einen Stapel
Varistorblöcke (!}, zwei Endarmaturen (3), zwischen denen der Stapel der Varistorblöcke (1) gehalten ist/ eine Mehrzahl
Verstärkungselemente [9) , die sich zwischen den Endarmaturen (3) erstrecken und an diesen befestigt sind, wobei die Verstärkungselemente (9) den Stapel Varistoblöcke (1) umgeben, und mindestens eine Stabilisierungsscheibe (25) , die zwischen zwei Varistorblöcken (1) in dem Stapel angeordnet ist und die mindestens ein Verstärkungselement (9) führt, umfasst; und mit einem Außengehäuse (5) mit Schirmen (7), in dem das Modul zumindest teilweise aufgenommen ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (5) dey\ Kern ohne dazwischenliegendes Fluidvolumen oder Hohlräume aufnimmt.
1. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, bei dem die Stabilisierungsscheibe (25) im Bereich eines der Schirme (7) angeordnet ist.
3. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mehrere Stabilisierungsscheiben (25) in dem Stapel der Varistorblöcke (1) verteilt sind.
4. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Stabilisierungsscheibe (25) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (27) aufweist, durch die Verstärkungselemente (9) verlaufen.
5. Überspannungsabieiter nach Anspruch 4, bei dem die Stabilisierungsscheibe (25) aus Aluminium besteht und eine Dicke von 3 bis 10 nun aufweist.
6. Überspannungsabieiter nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Rand der Durchgangslöcher (27) mindestens 2 bis 4 mm vom Rand der Stabilisierungsscheibe (25) beabstandet ist.
7. Überspannungsabieiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Außengehäuse (5) aus Silikon durch Umspritzen bzw. Umgießen des Kerns in einer Form gebildet ist.
8. Uberspannungsableiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verstärkungselemente (9) in den
Stabilisierungsscheiben (25) durch Crimpen befestigt sind.
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