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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Überspannungs- bzw.
Blitzableiter-Isolator bzw. einen Isolator für Überspannungsableiter mit einem
ZnO-Ableiterelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Es ist der Einsatz eines Blitzableiter-Isolators bekannt, der eine
Blitzableiterfunktion hat, um eine Stromleitung zu schützen, und das Risiko
von Unfällen bei der Stromleitung verringert, wenn diese direkt vom Blitz
getroffen wird.
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Ein Beispiel für einen derartigen Isolator und ein Verfahren zu dessen
Herstellung ist in der JP-A-59-49178 der Anmelderin des vorliegeden
Anmeldungsgegenstandes geoffenbart, worin das ZnO-Element, das den Isolator
an sich vor einem übermäßig starken elektrischen Strom zum Zeitpunkt eines
Blitzschlags schützt, durch ein anorganisches Glas einstückig an der Innenseite
des Isolators befestigt und abgedichtet ist. Ein charakteristisches Merkmal
des Isolators sind hervorragende luftdichte Abdichtungs- und elektrische
Isolationseigenschaften.
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Jedoch wird beim Verfahren zur Herstellung des obigen Isolators der gesamte
Isolator erhitzt und in einem großen homogenen Heizofen wie einem Elektroofen
gehalten, während ein anorganisches Glas hineingegossen wird, sodaß die
Herstellungseffizienz schlecht ist und ein Temperverfahren und andere
Behandlungen nach dem Eingießen des anorganischen Glases in den Isolator
notwendig sind. Daher sind für das Herstellungsverfahren ein großer Ofen und
eine lange Zeit zum Abdichten erforderlich, und Isolatoren können nicht
effizient hergestellt werden, da die Anzahl an Isolatoren, die in einem
Abdichtvorgang im Ofen hergestellt werden können, durch das Innenvolumen des
Ofens begrenzt ist.
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Die EP-A-196 370 zeigt einen Blitzableiter-Isolator mit einem
ZnO-Ableiterelement und Elektroden an jedem Ende, wobei eine Isolierauskleidung
um das ZnO-Element herum vorhanden und mit den Elektroden abdichtend verbunden
ist.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obigen Nachteile zu
überwinden.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Überspannungs- bzw. Blitzableiter-Isolators, der hohe Verläßlichkeit aufweist
und das Unfallrisiko bei einer Stromverteilungsleitung bei einer normalen
Betriebsspannung und somit die durch Blitzschlag verursachten Probleme
verringert.
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Der Überspannungs- bzw. Blitzableiter-Isolator gemäß vorliegender Erfindung
ist in Anspruch 1 dargelegt. Das Verfahren zu seiner Herstellung ist in
Anspruch 4 dargelegt.
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Beim Verfahren zur Herstellung eines Überspannungs- bzw.
Blitzableiter-Isolators gemäß vorliegender Erfindung können das Befestigen
und Abdichten des Ableiter-ZnO-Elements und elektrisch leitender Abdeckungen,
die als die Elektroden wirken, durch ein anorganisches Glas durchgeführt
werden, indem der Isolator einfach teilweise erwärmt wird.
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Die vorliegende Erfindung kann so die rasche Herstellung eines Überspannungs-
bzw. Blitzableiter-Isolators mit Blitzableiterfunktion, einer luftdichten
Abdichtungseigenschaft und einer elektrisch isolierenden Eigenschaft unter
Verwendung einer einfachen und wirtschaftlichen Vorrichtung zulassen, der
(?), wenn gewünscht, eine Umgebungsatmosphäre um das eingebaute
Ableiter-ZnO-Element herum frei steuern kann.
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Diese Abdeckungen bestehen aus einem elektrisch leitenden Material und werden,
beispielsweise durch eine Hochfrequenzinduktionsheizung, induktiv erhitzt.
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Für ein besseres Verstehen der vorliegenden Erfindung wird auf die beiliegenden
Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines Beispiels
für den erfindungsgemäßen Blitzableiter-Isolator ist; und
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Fig. 2 eine schematische Ansicht, teilweise im Querschnitt, eines anderen
Beispiels für den erfindungsgemäßen Blitzableiter-Isolator ist.
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Auf Fig. 1 Bezug nehmend, die eine Ausführungsform eines
Blitzableiter-Isolators gemäß vorliegender Erfindung zeigt, ist in der
Aushöhlung des Isolatorkörpers 1 ein säulenartiges Ableiter-ZnO-Element 5
luftdicht untergbracht, das im wesentlichen aus ZnO besteht. Im spezielleren
sind der obere und der untere Endabschnitt 1a, 1b des Isolatorkörpers 1 jeweils
durch metallische Abdeckungen 17a, 17b, die als Elektroden wirken, über
anorganische Gläser 10a, 10b luftdicht abgedichtet. Ein Keramikzylinder 16
und anorganische Fasern 20 sind als Verstärkungselemente im Raum zwischen
der Seitenwand des Ableiter-ZnO-Elements 5 und der Innenwand des
Isolatorkörpers 1 angeordnet, um den Isolatorkörper zu schützen, indem eine
Zunahme des Innendrucks gemildert wird, die durch die Beeinträchtigung des
ZnO-Elements verursacht wird, wenn aufgrund von direktem Blitzschlag übermäßig
starker Strom hindurchgeleitet wird. Des weiteren ist ein elastisches
elektrisch leitendes Material 21 zwischen dem Ableiter-ZnO-Element 5 und der
Abdeckung 17a am oberen Ende angeordnet, um äußere Spannung zu mildern, die
immer von außen auf den Blitzableiter-Isolator ausgeübt wird. Bei dieser
Ausführungsform dienen die Abdeckungen 17a, 17b als die Elektroden.
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Auf Fig. 2 Bezug nehmend, die eine weitere Ausführungsform eines
Blitzableiter-Isolators gemäß vorliegender Erfindung zeigt, sind der obere
und der untere Endabschnitt des Isolatorkörpers 1 durch elektrisch leitende
Keramikabdeckungen 17a, 17b über anorganisches Glas 10a, 10b luftdicht
abgeschlossen, wobei die Abdeckungen als die Elektroden dienen.
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Bei der Anordnung von entweder Fig. 1 oder 2 sind der obere und der untere
Endabschnitt des Isolatorkörpers 1 über das anorganische Glas 10a, 10b
luftdicht an die metallischen oder elektrisch leitenden Keramikabdeckungen
17a, 17b angeschlossen. Daher muß das anorganische Glas durch verschiedene
mögliche Verfahren auf die Oberflächen der metallischen Abdeckungen und/oder
der keramischen Abdeckungen aufgebracht werden, die miteinander in Kontakt
zu bringen sind. Veranschaulichende Beispiele für derartige Aufbringverfahren
sind bekannte Verfahren wie direktes Auftragen eines Glaspulvers, ein
Sprühverfahren, ein Pastenverfahren und ein Bandverfahren. Nach dem Aufbringen
des Glases werden die obere Abdeckung 17a und die untere Abdeckung 17b von
beiden Seiten davon auf dem Ableiter-ZnO-Element 5 und dem Isolatorkörper
1 angebracht, darauf gepreßt und induktiv erhitzt, um das anorganische Glas
10a, 10b zu schmelzen, um für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform luftdichte
Dichtungen zwischen der oberen metallischen Abdeckung 17a und dem oberen Ende
1a des Isolatorkörpers 1 und zwischen der unteren metallischen Abdeckung 17b
und dem unteren Ende 1b des Isolators 1 zu bilden.
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Zum Erhitzen des Glases kann eine Hochfrequenzinduktionserwärmung der oberen
und der unteren Abdeckung eingesetzt werden, da die Abdeckungen aus einem
elektrisch leitenden Material bestehen. Wenn die Erwärmung durch eine
Hochfrequenzinduktionserwärmung durchgeführt wird, ist keine
Erwärmungseinrichtung großen Stils erforderlich, und es kann teilweises
Erwärmen der Isolatoren nur an den Abdeckungen durchgeführt werden, und eine
Umgebungsatmosphäre und der Innendruck der Atmosphäre um das
Ableiter-ZnO-Element 5 herum können frei eingestellt werden. So kann der
Innendruck auf einen gewünschten Druck im Bereich von 1-10 atm eingestellt
werden, und ein in hohem Maß elektrisch leitendes Gas, wie SF&sub6;, kann verwendet
und als die Atmosphäre dicht eingeschlossen werden. In diesem Fall können
die zu erwärmenden Abschnitte des Isolators örtlich begrenzt oder eingeschränkt
werden, sodaß ein faserverstärkter Kunststoff (FRP) als das Verstärkungselement
16 verwendet werden kann. Um die Verbindung zu verstärken, werden die
metallischen Abdeckungen vorbereitend in einer oxidierenden Atmosphäre auf
800 bis 1000ºC erwärmt, um einen Überzug aus einem Oxid an ihrer Oberfläche
zu bilden, mehr vorzuziehen werden die aneinanderzufügenden Abschnitte der
Abdeckungen vor dem Aneinanderfügen vorbereitend mit einem anorganischen Glas
beschichtet und gebrannt.
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Es folgt eine detailliertere Erklärung unter Bezugnahme auf ein Beispiel.
Beispiel
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Die Blitzableiter-Isolatoren, wie in Fig. 1 gezeigt, werden erzeugt, indem
Ableiter-ZnO-Elementvorrichtungen der Tests Nr. 1-6 der folgenden Tabelle
1 unter Verwendung von anorganischem Glas und verschiedenen
Abdichtungsanordnungen und strukturellen Bedingungen, wie in der folgenden
Tabelle 1 gezeigt, hergestellt werden.
Tabelle 1
Test Nr.
Abdichtungsverfahren
Brennverfahren
Abdichtungsabdeckung
Verstärkungsmaterial
Anpassung der Umgebung
Brennzeit zum Abdichten
Abdichten der Abdeckung mit voher angebackenem Glas
Abdichten des Zylinderendes mit aufgetragenem Glas
Gießen von geschmolzenem Glas
Teilweises Erwärmen
Vollständiges Erwärmen
Kovar
42Ni-Legierung
Aluminium
Zirkonborid
keine
Tonerde
keine (atmosphärisch)
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Wie aus obiger Tabelle 1 zu ersehen ist, können verschiedene
Abdichtungsabdeckungen und Verstärkungselemente verwendet werden, und die
Umgebungsatmosphäre um das ZnO-Element herum kann angepaßt werden. Diese
Dichtungsabdeckungen und Verstärkungselemente können in kurzer Zeit durch
Hochfrequenzinduktionserwärmung der elektrisch leitenden Abdichtungsabdeckungen
abgedichtet werden.
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Der Blitzableiter-Isolator gemäß vorliegender Erfindung weist somit Elektroden
und ein Ableiter-ZnO-Element auf und wird gebildet, indem die Innenseite des
Isolatorkörpers und die metallischen Abdeckungen und/oder elektrisch leitenden
Abdeckungen, die als die Elektroden dienen, mittels eines anorganischen Glases
direkt aneinandergefügt werden, sodaß Blitzableiter-Isolatoren mit einer sehr
zuverlässigen luftdicht abgedichteten Ableiter-ZnO-Elementvorrichtung erhalten
werden können. Als Ergebnis können Unfälle bei einer Stromzuleitung bei
normaler Betriebspannung im wesentlichen ausgeschaltet werden, und durch Blitz
verursachte Schäden können merklich verringert werden, sodaß elektrischer
Strom mit stark verbesserter Verläßlichkeit geliefert werden kann.
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Auch kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die
Ableiter-ZnO-Elementvorrichtung gebildet und durch teilweises Erwärmen des
Blitzableiter-Isolators unter Wirbelstromerwärmung lediglich der oberen und
der unteren elektrisch leitenden Abdeckung, die das Ableiter-ZnO-Element
sandwichartig einschließen, über ein anorganisches Glas luftdicht abgedichtet
werden, sodaß eine Bruchstelle des Isolators zum Zeitpunkt eines Blitzschlags
auf die Abdeckungen beschränkt werden kann, in denen das Ableiter-ZnO-Element
untergebracht ist. Als Ergebnis kann verhindert werden, daß ein in den
Abdeckungen gebildeter Riß sich in den Isolatorkörper fortsetzt, und die
Entladungscharakteristik des Isolators zur Zeit des Kurzschlusses eines
ungewöhnlichen übermäßigen elektrischen Stroms kann verbessert werden.
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Außerdem kann die Heizeinrichtung bei einer Vorrichtung zur Herstellung des
Blitzableiter-Isolators minimiert werden, und eine Umgebungsatmosphäre um
das Ableiter-ZnO-Element herum kann wie gewünscht eingestellt werden.
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Obwohl die Kontaktendflächen der oberen und der unteren Abdeckung und des
Isolatorkörpers in Fig. 1 als sich verjüngende Oberflächen gezeigt werden,
können die Kontaktendflächen andere Formen haben, wie in Fig. 2 gezeigt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen hängenden Blitzableiter-Isolator
beschränkt und klarerweise auf andere Formen von Blitzableiter-Isolatoren
anwendbar.