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In einem Isoliergehäuse untergebrachte Überspannungsableitereinheit Die Erfindung befasst sich mit einer in einem Isoliergehäuse untergebrachten überspannungsablei- tereinheit. Solche Einheiten werden bekanntlich als Ableiter für hohe Spannungen zu einer Säule zusammengesetzt. Um dabei nicht zu grosse Bauhöhen zu erreichen, die in mechanischer Hinsicht und wegen der elektrischen Steuerung Schwierigkeiten bereiten, hat man die Ableiterelemente einer Ableitereinheit in Form von mehreren Säulen nebeneinander angeordnet. Zumeist ist dabei jede der in einem Isoliergehäuse untergebrachten Säulen von einem Isolierrohr umgeben.
Die bisher übliche Bauweise solcher Ableiter ist aufwendig, da die Säulen mit Hilfe einer grossen Zahl Abstützungen und Zwischenlagen zusammengesetzt sind. Dadurch wird die Herstellung der Ableiterein- heit verteuert und die Montage erschwert. Zum Beispiel werden bei einer bekannten Ableitereinheit die Ableiterelemente in Isolierkörpern untergebracht, die ineinandergeschachtelt werden, so dass sich die Iso- lierkörper zum Teil überlappen. Sie müssen daher kostspielig mit grosser Genauigkeit hergestellt werden. Ausserdem können die Ableiterelemente erst beim Zusammenbau in die Isolierkörper eingelegt werden.
Daher ist der Aufbau der Ableitereinheit aus den vielen erforderlichen kleinen Einzelelementen sehr umständlich und zeitraubend.
Erfindungsgemäss werden dagegen die Säulen zwischen zwei Kappen aus Isoliermaterial angeordnet. In den Kappen sind Kammern vorgesehen, in die die Säulen eingesetzt sind. Zur Erleichterung des Zusammenbaues können die Kammern in den Kappen konisch ausgebildet sein. Durch die Kappen werden die Isolierrohre in der gewünschten Lage gehalten. Sie können daher als Ganzes in das Gehäuse eines Ableiters eingesetzt werden. Ausserdem sind die einzelnen Säulen durch die als Barrieren wirkenden Kap- pen aus Isoliermaterial so voneinander getrennt, dass keine Überschläge im Inneren des Ableiters auftreten können.
In den Kammern kann man eine Nut vorsehen, in die stromführende Teile eingelegt sind, von welchen einzelne als Anschlussstücke und die übrigen als leitende Verbindungsorgane zwischen den Säulen dienen. Die eingelegten Teile können federnd ausgebildet sein, wodurch Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.
Die Kappen einer Ableitereinheit können durch Stangen miteinander verbunden werden, wobei die Stangen mit Vorteil an federnden Platten an den Enden der Ableitereinheit angreifen können. Die federnden Platten tragen zugleich zur gleichmässigen Verteilung der Spannung bei.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines überspannungsableiters gemäss der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine Ableitereinheit gemäss der Erfindung.
Fig. 2 zeigt teilweise im Schnitt eine Abwicklung der Überspannungsableitereinheit ohne Gehäuse nach Fig. 1, und Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Endkappe, die der Lagerung der einzelnen Säulen dient.
Wie bereits erwähnt wurde, betrifft die Erfindung eine überspannungsableitereinheit, die insbesondere für die Verwendung bei überspannungsableitern für Hochspannungsstationen geeignet ist, die aber, wie ohne weiteres zu erkennen ist, einen vollständigen überspannungsableiter darstellt und als solcher verwendet werden kann. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ableitereinheit in einem zylindrischen Porzellangehäuse 1 angeordnet. Das Gehäuse 1 kann auch aus einem anderen wetterbeständigen Isoliermaterial hergestellt sein.
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den Enden des Gehäuses 1 sind metallische Kappen 2 vorgesehen, die an den Stellen 3 durch Zement oder auf eine andere geeignete Weise an diesem befestigt sind. Die Enden des Gehäuses 1 werden durch Membranen 4 aus Metall verschlossen, die an den End- kappen 2 in beliebiger Weise befestigt sind, z. B. angeschraubt. Zwischen dem Gehäuse und der Membran 4 ist eine Dichtung 5 vorgesehen, um das Innere des Gehäuses gasdicht zu verschliessen. Die Endkap- pen und die das Gehäuse verschliessenden Mittel können hierbei jede beliebige Gestalt annehmen.
Durch die Endkappen wird in an sich bekannter Weise die elektrische und mechanische Verbindung zwischen gleichartigen Ableitereinheiten eines Ableiters hergestellt.
Die im Inneren des Gehäuses 1 angeordnete Ableitereinheit besteht im wesentlichen aus drei Säulen 6, 7 und 8, die nebeneinander angeordnet sind. Jede Säule enthält Funkenstreckenelemente oder Ventilelemente oder beides. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Säulen 6 und 8 gleich ausgebildet, und jede enthält eine aus Funkenstreckenelementen 11 bestehende Funkenstreckenanordnung 9 und mehrere Ventilelemente 10, die in Reihe geschaltet sind, während die Säule 7 nur Ventilelemente 10 enthält. Die Säulen können jede gewünschte Kombination von Funkenstreckenelementen und Ventilelementen enthalten .
Die Funkenstreckenanordnung 9 besteht aus mehreren Funkenstreckenelementen 11, die in einem Porzellangehäuse 12 angeordnet sind. Das Funkenstrek- kenelement 11 kann jede hierfür geeignete Ausbildungsform besitzen. Jedes Funkenstreckenelement 11 besteht insbesondere aus einer flachen Elektrode 13 und einer Elektrode 14, die eine ringförmige Ausbuchtung besitzt und zusammen mit der Elektrode 13 einen ringförmigen Lichtbogenraum bildet. Die Elektroden 13 und 14 werden durch ein ringförmiges Isolierstück aus einem Material hohen Widerstandes voneinander getrennt.
Ein ringförmiger permanenter Magnet 16 ist in dem durch die Ausbuchtung der benachbarten Teile der Elektrode 14 gebildeten Raum angeordnet und erzeugt in dem Lichtbogenraum ein Magnetfeld, das eine Wanderung des Lichtbogens bewirkt, wodurch die Löschung desselben erleichtert wird.
Die Anzahl der Funkenstreckenelemente 11 wird durch die gewünschte Spannung bestimmt. Die einzelnen Funkenstreckenelemente sind in dem Rohr 12 so angeordnet, dass sie eine senkrechte Säule bilden. Wenn erforderlich, können am Kopf und am Fuss der Säule leitende Zwischenstücke 17 vorgesehen werden. Die Enden des Porzellanrohrs 12 werden durch metallische Endkappen 18 verschlossen, die mit dem Porzellanrohr in jeder hierfür geeigneten Form verbunden sind, z. B. durch Anlöten an eine auf dem Porzellanrohr an der mit 19 bezeichneten Stelle vorgesehene metallische Glasur.
Eine feste, leitende Verbindung der Funkenstreckenelemente untereinander und mit den Endkappen 18 wird durch federnde Platten 20 erzielt, so dass die zwischen den Endplatten 18 gelegenen Funkenstreckenelemente 11 in Reihe geschaltet sind. Die Endkappen 18 dienen als Kontaktmittel für die Funkenstreckenanordnung 9.
Die Ventilelemente 10 bestehen aus hierfür geeigneten Ventilen oder nichtlinearen Widerständen, die vorzugsweise aus körnigem Siliziumkarbid hergestellt sind, das mit einem Bindemittel aus kieselsaurem Natrium gemischt ist und zuerst geformt und hiernach gebacken wird, wodurch ein Widerstand der bekannten Art entsteht.
Wie Fig. 2 zeigt, entspricht der Aufbau der Säule 6 dem der Säule B. Die Säule 8 ist aber - bezogen auf die Säule 6 - entgegengesetzt angeordnet. Jede Säule besteht aus einer Funkenstreckenanordnung 9 und zwei Ventilelementen 10, die von einem Rohr 21 umgeben sind, das aus einem festen Isoliermaterial hergestellt ist. Das eine Ende des Rohres 21 wird durch eine Kappe 22 aus Isoliermaterial verschlossen. Die Kappe 22 wird durch Stifte 23 in ihrer Lage gehalten, die sich durch die Wand des Rohres 21 erstrecken und in eine Aussparung der Kappe 22 hineinragen. In der Mitte der Kappe 22 ist eine Aussparung 24 vorgesehen, in welcher eine Feder 25 angeordnet ist. Ein Kontaktstift 26 erstreckt sich durch die Kappe 22 und wird durch die Feder 25 nach aussen gedrückt.
An der Kappe 22 ist eine federnde Platte 27 angebracht, gegen die sich die Feder 25 legt, so dass die federnde Platte 27 gegen die aus Funkenstreckenelementen und Ventilelementen gebildete Säule gedrückt wird. Wenn die überspannungsableitereinheit, wie später noch beschrieben werden soll, zusammengebaut ist, ist die Säule aus Ableiterelementen in einem Isolierrohr so gelagert, dass die Federn 25 und 27 die Ableiterele- mente in leitender Verbindung zueinander halten. Der Kontaktstift 26 und die äussere Endkappe 18 der Funkenstreckenanordnung 9 bilden die Kontaktmittel für die Säule aus Ableiterelementen.
Die Säule 7 besteht aus vier Ventilelementen 10, die in einem Isolierrohr 21 zwischen Endkappen 22 angeordnet sind. Um der Säule aus den Ventilelementen 10 die gewünschte Höhe zu geben, ist zwischen den Ventilelementen ein leitendes Abstandsstück 28 vorgesehen. Federn 25 und 27 sowie Kontaktstifte 26 sind sowohl am Kopf als auch am Fuss der Säule vorgesehen, um die Ventilelemente 10 fest an ihrem Platz zu halten und die leitende Verbindung zwischen den Ventilelementen herzustellen. Die Funkenstrek- kenelemente und die Ventilelemente können beliebig ausgebildet werden, und jede der drei Säulen kann entweder Funkenstreckenelemente oder Ventilelemente oder beides enthalten.
Die drei Säulen 6, 7 und 8 sind in dem Gehäuse 1 in den Ecken eines Dreiecks angeordnet (Fig. 1 und 3) und sind in Endkappen 29 und 30 aus Isoliermaterial gelagert. Jede Endkappe ist kreisförmig ausgebildet und besitzt einen Flansch 31 und ein dickeres Mittelstück 32, das zur Versteifung mit Rippen 33 versehen ist. In dem mittleren Teil 32 jeder
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Endkappe sind drei verhältnismässig tiefe Kammern 34 vorgesehen, die gleich weit voneinander entfernt sind (Fig. 3). In den Kammern 34 sind die aus Ableiterelementen gebildeten Säulen gelagert. Der Flansch 31 hat drei Öffnungen 35, die Stangen 36 (Fig. 1) mit quadratrischem Querschnitt aufnehmen.
Die Stangen 36 können auch einen anders geformten Querschnitt haben, so dass dann die Öffnungen 35, um die Stangen aufnehmen zu können, entsprechend ausgebildet werden müssen.
In die Endkappen 29 und 30 sind stromführende "Teile eingelegt, die die leitende Verbindung zwischen den einzelnen Säulen aus Ableiterelementen herstellen und mit deren Hilfe diese in Reihe geschaltet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel ist bei der in der Fig.3 dargestellten unteren Endkappe 30 ein Band 37 aus Kupfer vorgesehen, das am Boden von zwei Kammern 34 eingelegt ist und sich durch eine in den Wänden dieser beiden Kammern vorgesehene Nut 38 erstreckt. Das Kupferband 37 ist in die beiden Kammern 34 so eingelegt, dass es die stromführenden Teile der beiden Säulen aus Ableiterelemen- ten berührt, wodurch diese miteinander leitend verbunden werden.
In der dritten Kammer 34 ist ein Kontaktstück 39 vorgesehen, das am Boden dieser Kammer so eingelegt ist, dass es die stromführenden Teile der in dieser Kammer gelagerten Säule berührt. Da3 Kontaktstück 39 besitzt einen bandförmigen Teil 40, der durch eine in der Kammerwand vorgesehene Nut 41 aus der Endkappe herausragt.
Die obere Endkappe 29 ist genau so wie die untere Endkappe 30 ausgebildet und befindet sich, wenn die Ableitereinheit zusammengebaut ist, in bezug auf die untere Endkappe in entgegengesetzter Lage zu dieser (Fig. 1). Die drei Säulen aus Ableiterelemen- ten werden dann von den entsprechenden Kammern der oberen und unteren Endkappe aufgenommen und sind in Reihe Geschaltet. Der Strom fliesst bei der in der Zeichnungsdargestellten Ableitereinheit von dem bandförmigen Teil 40 des der unteren Endkappe 30 zugeordneten Kontaktstückes 39 über die Säule 6 zu dem Kupferband 37 der oberen Endkappe 29 und von hier aus über die benachbarte Säule 7 und das Kupferband 37 der unteren Endkappe 30, das die Säule 7 mit der Säule 8 verbindet.
Das obere Ende der Säule 8 steht mit dem Kontaktstück 39 der oberen Endkappe 29 in leitender Verbindung.
Bei der Montage des Ableiters werden die Säulen 6, 7 und 8 in den entsprechenden Kammern der beiden Endkappen 29 und 30 gelagert und die Stangen 36 in die Öffnungen 35 der Endkappen eingeführt, wodurch die Ableitereinheit zusammengehalten wird. Am Kopf sowie am Fuss jeder Säule ist eine Stahlplatte 42 vorgesehen. Die Platten 42 haben den gleichen Umfang wie die Endkappen 29 und 30, so dass sie sich über die ganze Säule erstrecken. Die Platten 42 werden an dem ausserhalb der Endkappen gelegenen Teil der Stangen 36 befestigt, und zwar so, dass zwischen den Endkappen und der Platte 42 ein Zwischenraum entsteht. Dieser Zwischenraum wird durch isolierende Abstandsstücke erzeugt, die auf die Stangen 36 gesteckt sind.
Der aus den Endkappen herausragende bandförmige Teil 40 des Kontaktstückes 39 ist mit den Platten 42 in beliebiger Weise leitend verbunden, z. B. dadurch, dass er mit Hilfe von Stiftschrauben, die auf den Platten 42 aufgeschweisst sind, angeschraubt wird.
Die ganze Ableitereinheit stützt sich vorzugsweise im Gehäuse 1 über federnde Mittel ab, so dass die Ableitereinheit vor Erschütterungen geschützt ist, denen sie während des Transportes und bei der Montage ausgesetzt ist. Zu diesem Zweck sind die metallischen Membranen 4, die das Gehäuse 1 verschlie- ssen, mit Zapfen versehen, die in das Innere des Gehäuses hineinragen. Die Zapfen bestehen aus den Teilen 45 und 46, wobei der Teil 46 einen kleineren Querschnitt als der Teil 45 besitzt. Jede Membran 4 trägt eine kreisförmige federnde Platte 47 aus Stahl. Die federnde Platte 47 ist mit Öffnungen versehen, in die der obere Teil 46 der Zapfen hineinragt. Auf die mit Gewinde versehenen Enden der Stange 36 sind Kontaktmuttern 48 aufgeschraubt, wodurch die Ableitereinheit zusammengehalten wird.
Ausserdem sind auf das eine Ende der Stange 36 zwischen der Platte 42 und den Kontaktmuttern 48 leitende Abstandsstücke 49 aufgesteckt, um die Höhe der Ableitereinheit der Höhe des Gehäuses 1 anzupassen. Die Enden der Stangen 36 ragen in Öffnungen der federnden Platten 47 hinein, die zwischen den Öffnungen angeordnet sind, durch die sich der Teil 46 der Zapfen erstreckt. Die Ableitereinheit wird somit von den federnden Platten 47 getragen, und infolge der Elastizität der Platten 47 sind die Kontaktmuttern 48 stets mit den federnden Platten 47 fest verbunden, so dass die leitende Verbindung zwischen der Platte 47, der Membran 4 und der Endkappe 2 immer erhaltenbleibt.
Hierdurch wird eine robuste Anordnung für Überspannungsableiter sehr hoher Spannungen geschaffen. Da die einzelnen Säulen in dem Gehäuse nebeneinander angeordnet sind, wird die Höhe des Überspannungsableiters gegenüber den bekannten Ableiterkonstruktionen erheblich verringert. Die einzelnen Säulen werden von Isolierrohren umgeben und in tiefe Kammern der aus Isoliermaterial hergestellten Endkappen eingesetzt. Hierdurch werden zwischen allen Punkten der benachbarten Säulen, die beim Ableiten einer Überspannung verschiedenes Potential annehmen können, grosse Isolierabstände sowie lange Kriechwege geschaffen.
Es besteht daher keine Gefahr, dass beim Ableiten einer Überspannung im Inneren der Ableitereinheit zwischen benachbarten Säulen Überschläge auftreten, auch dann nicht, wenn der Spannungsunterschied zwischen den entsprechenden Punkten der einzelnen benachbarten Säulen sehr gross wird. Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Ableitereinheit wird eine ausreichende Isolierung sowie eine gute mechanische Festigkeit erzielt, da die einzelnen Säulen der Ableitereinheit in dem aus Isoliermaterial hergestellten Rohr 21 gehalten werden
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und in den tiefen Kammern der Endkappen fest gelagert sind.
Die Platten 42 dienen gleichzeitig zur Verbesserung der Spannungsverteilung zwischen den einzelnen Funkenstreckenanordnungen 9, da sie an den Enden der Ableitereinheit eine Äquipotentialfläche bilden, die dazu dient, das elektrische Feld gleichmässig und symmetrisch zu verteilen, so dass sich eine gleichmässige Aufteilung der Spannung zwischen den Fun- kenstreckenanordnungen ergibt.
Die Platten 42 können, obgleich sie die Wirkungsweise der Ableiterein- heit verbessern, wenn gewünscht, fortgelassen werden, da die Spannungsverteilung bei der überspan- nungsableitereinheit gemäss der Erfindung auch ohne diese Platten bereits ziemlich gleichmässig ist. Die federnde Lagerung der Ableitereinheit in dem Gehäuse ist ebenfalls nicht unbedingt erforderlich, da die Ableitereinheit so ausgeführt ist, dass sie gegen Erschütterungen geschützt ist, die bei anderen Ableitern bereits Beschädigungen hervorrufen würden.
Durch die Erfindung ist also eine Einheit für Überspannungsableiter hoher Spannung geschaffen worden, die gegenüber dem Bekannten erhebliche Vorteile hat. Die neue überspannungsableitereinheit kann sehr robust ausgeführt und in ihrer Höhe gegen- über den bekannten gleicher Spannung erheblich verringert werden. Selbst Ableiter für sehr grosse Spannungen sind nicht so hoch, dass sie nicht freistehend aufgestellt werden können, so dass zusätzliche Abspann- oder Tragmittel nicht mehr erforderlich sind. Ausserdem kann der Überspannungsableiter so ausgebildet werden, dass mit einfachen Mitteln eine gleichmässige Verteilung der Spannung über den gesamten Ableiter erreicht wird.
Die Erfindung ist aber nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können zum Beispiel für sehr hohe Spannungen zwei oder, wenn erforderlich, mehrere überspannungs- ableitereinheiten in einem einzigen Gehäuse vorgesehen werden. Die Stangen 36 erstrecken sich dann durch die beiden Ableitereinheiten, wodurch die einzelnen Ableitereinheiten zu einer Baueinheit vereinigt werden.