WO2001015292A1 - Überspannungsableiter mit einem verspannelement - Google Patents

Überspannungsableiter mit einem verspannelement Download PDF

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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/16—Overvoltage arresters using spark gaps having a plurality of gaps arranged in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • 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; Arresters

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester with at least one discharge element, which is arranged between two electrically conductive end fittings, and with at least one bracing element, which is fastened to both end fittings and holds the stack formed from the discharge element and the end fittings together in the axial direction.
  • Such a surge arrester is known, for example, from Japanese Patent Application No. 62/149511.
  • discharge elements are combined to form a cylindrical stack, each of which has an end fitting at the ends, the end fittings having recesses for rod-shaped bracing elements.
  • the bracing elements are clamped between the end fittings by means of screw nuts, the screw nuts resting on the edges of the recesses in the end fittings.
  • the present invention has for its object to simplify the assembly of a surge arrester of the type mentioned and to achieve a reliable clamping of the stack.
  • the object is achieved in that the bracing element is held in at least one end fitting in a bracing sleeve, that the outer contour of the bracing sleeve tapers in a conical area in the axial direction towards the center of the stack, that the bracing sleeve for receiving a bracing element has a bore has, the boundary walls are movable at least in the conical area towards the inside of the bore, and that the end fitting for receiving a bracing sleeve has a continuous recess into which the respective bracing sleeve can be at least partially inserted while deforming the conical area.
  • the bracing element can be pushed into the bracing sleeve for attachment to the end fitting and this can then be inserted into the continuous recess within the end fitting.
  • the pre-assembled stack is then fixed and tensile stress is applied to the bracing element.
  • the bracing element is lengthened elastically.
  • the spring tension of the tensioning element is stored in that at least one spacer in the stack compensates for the tensioning path.
  • Such a spacer can be implemented, for example, by means of a spacer screw which can be moved between an end fitting and the diverter elements.
  • the bracing sleeve can be pushed into the continuous recess of the end fitting so that the conical region of the bracing sleeve abuts the walls of the continuous recess of the end fitting, so that the boundary walls begin to move radially towards the inside of the bracing element.
  • the dimensions and shapes of the continuous recess in the end fitting and the clamping sleeve must be coordinated accordingly.
  • the taper of the clamping sleeve is also suitable.
  • the bracing element advantageously consists of a fiber-reinforced epoxy resin. Due to the radial introduction of force into the bracing element by means of the non-positive connection to the bracing sleeve, on the one hand there is no notch effect on the bracing element, and on the other hand almost the entire cross section of the bracing element is used to transmit the axial force. Due to the axial bracing of the stack, the bracing element automatically holds in the bracing sleeve.
  • the continuous recess in the end fitting is complementary to the conical area of the clamping sleeve.
  • bracing sleeve is slotted in the conical area, so that the boundary walls of the bore in the conical area can be moved in a radially resilient manner.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the bracing element is held in each of the end fittings by means of a bracing sleeve.
  • bracing elements are provided axially parallel to the stack on its outer circumference.
  • the large axial forces in the arrester stack can be distributed favorably over several bracing elements.
  • the even distribution of the tensile forces across the various bracing elements is automatic. Greater mechanical strength is also achieved by a plurality of bracing elements.
  • a cage surrounding the discharge elements can be formed, which can be cast together with the discharge elements in the course of the completion of the drain, for example with a silicone elastomer.
  • each bracing sleeve has a bore, the shape of which is adapted to the outer contour of the respective bracing element.
  • Figure 1 schematically shows a view of a surge arrester
  • Figure 2 shows the view of a Verpsannhülse.
  • FIG. 1 shows schematically the surge arrester with a stack consisting of the diverting elements 1,2,3 and the end fittings 4,5.
  • the discharge elements consist, for example, of zinc oxide.
  • Each discharge element is metallized on its end faces, so that there is a conductive connection between the discharge elements through axial compression of the end fittings 4, 5 and the discharge elements 1, 2, 3.
  • ll. H If the voltage across the surge arrester exceeds a critical value, a leakage current can flow from one end fitting 4 via the diverter elements 1, 2, 3 to the other end fitting.
  • the bracing elements 6, 7, 8 are provided, which are designed as rods of fiber-reinforced epoxy resin which are circular in cross section.
  • the reinforcing fibers can be glass fibers, for example.
  • bracing elements 6, 7, 8 are each held in a bracing sleeve 9, 10, 11, 12, 13, 14.
  • each bracing sleeve is hollow-cylindrical and has a conical region 15 which tapers axially towards the center of the stack.
  • the clamping sleeve 9 has in its interior a bore 20 which is adapted to the outer contour of a clamping element 6.
  • Continuous slots 16, 17, 18, 19 are provided in the tensioning sleeve 9 in the conical area 15, through which the boundary walls 21, 22, 23, 24 of the through bore 20 in the conical area 15 radially with respect to the longitudinal axis of the tensioning sleeve 9 are resiliently movable.
  • Each of the end fittings 4, 5 has recesses in the form of conical bores, each of which receives a bracing sleeve 9, 10, 11, 12, 13, 14.

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Abstract

Bei einem Überspannungsableiter für Hoch- oder Mittelspannung ist vorgesehen, dass der aus Ableitelementen (1, 2, 3) und Endarmaturen (4, 5) bestehende Stapel mittels Verspannelementen (6, 7, 8) in Form von Epoxidharzstangen axial zusammengehalten wird. Die Verspannelemente (6, 7, 8) sind in den Endarmaturen mittels konischer Verspannhülsen (9, 10, 11, 12, 13, 14) selbsttätig gehalten, die sich durch das Aufbringen von Zugspannung in konischen Bohrungen der Endarmaturen auf den Verspannelementen (6, 7, 8) arretieren.

Description

Beschreibung
Überspannungsabieiter mit einem Verspannelement
Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsabieiter mit wenigstens einem Ableitelement, das zwischen zwei elektrisch leitenden Endarmaturen angeordnet ist, und mit wenigstens einem Verspannelement, das an beiden Endarmaturen befestigt ist und den aus dem Ableitelement und den Endarmaturen gebildeten Stapel in Axialrichtung zusammenhält.
Ein derartiger Überspannungsabieiter ist beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung Nr. 62/149511 bekannt.
Dort sind mehrere Ableitelemente zu einem zylindrischen Stapel zusammengefaßt, der an den Enden jeweils auch eine Endarmatur aufweist, wobei die Endarmaturen Ausnehmungen für stan- genförmige Verspannelemente aufweisen. Die Verspannelemente sind mittels Schraubenmuttern zwischen den Endarmaturen ver- spannt, wobei die Schraubenmuttern auf den Rändern der Ausnehmungen der Endarmaturen aufliegen.
Bei der Montage eines derartigen Überspannungsabieiters müssen die einzelnen Muttern unter Druck verschraubt werden. Es sollte auch eine gleichmäßige Druckverteilung am Umfang der Endarmaturen gewährleistet sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Überspannungsabieiter der eingangs genannten Art die Montage zu vereinfachen und eine zuverlässige Verspannung des Stapels zu erreichen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verspannelement in wenigstens einer Endarmatur in einer Verspannhülse gehalten ist, daß die Außenkontur der Verspannhülse in Axialrichtung zur Mitte des Stapels hin in einem ko- nischen Bereich konisch zuläuft, daß die Verspannhülse zur Aufnahme eines Verspannelementes eine Bohrung aufweist, deren Begrenzungswände wenigstens in dem konischen Bereich zum Bohrungsinneren hin beweglich sind, und daß die Endarmatur zur Aufnahme je einer Verspannhülse eine durchgehende Ausnehmung aufweist, in die die jeweilige Verspannhülse unter Verformung des konischen Bereichs wenigstens teilweise einschiebbar ist.
Das Verspannelement kann zur Befestigung an der Endarmatur in die Verspannhülse eingeschoben und diese darauf in die durch- gehende Ausnehmung innerhalb der Endarmatur eingeführt werden. Der vormontierte Stapel wird dann fixiert und auf das Verspannelement wird eine Zugspannung aufgebracht . Das Verspannelement wird dadurch elastisch gelängt. Die Federspannung des Verspannelementes wird dadurch gespeichert, daß we- nigstens ein Abstandshalter in dem Stapel den Verspannweg ausgleicht. Ein solcher Abstandshalter kann beispielsweise durch eine zwischen einer Endarmatur und den Ableitelementen bewegliche Abstandsschraube realisiert sein. Die Verspannhülse kann soweit in die durchgehende Ausnehmung der Endarma- tur eingeschoben werden, daß der konische Bereich der Verspannhülse an die Wände der durchgehenden Ausnehmung der Endarmatur anstößt, so daß die Begrenzungswände beginnen, sich radial zum Bohrungsinneren auf das Verspannelement zuzubewegen.
Dadurch wird der konische Bereich der Verspannhülse weiter verformt und die Begrenzungswände werden radial nach innen auf das Verspannelement gedrückt. Somit wird durch Kraft- Schluß das Verspannelement in der Verspannhülse gehalten.
Hierzu sind die Abmessungen und Formen der durchgehenden Ausnehmung in der Endarmatur und der Verspannhülse entsprechend aufeinander abzustimmen. Die Konizität der Verspannhülse ist ebenfalls geeignet auszubilden.
Das Verspannelement besteht vorteilhaft aus einem faserverstärkten Epoxidharz. Durch die radiale Krafteinleitung in das Verspannelement mittels des Kraftschlusses zu der Verspann- hülse entsteht einerseits keine Kerbwirkung auf das Verspannelement, andererseits wird nahezu der gesamte Querschnitt des Verspannelementes zur Übertragung der Axialkraft genutzt. Durch die axiale Verspannung des Stapels hält sich das Verspannelement in der Verspannhülse selbsttätig.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß die durchgehende Ausnehmung in der Endarmatur zu dem konischen Bereich der Verspannhülse komplementär ausgebildet ist.
Auf diese Weise läßt sich besonders einfach verwirklichen, daß die Verspannhülse sich in der gewünschten Weise bei Ausübung eines Axialzuges auf das Verspannelement hin komprimiert .
Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Verspannhülse in dem konischen Bereich geschlitzt ist, so daß die Be- grenzungswände der Bohrung in dem konischen Bereich radial federnd beweglich sind.
Durch die Schlitzung der Verspannhülse ist eine radiale Beweglichkeit der Begrenzungswände der Bohrung in der Verspannhülse besonders einfach realisierbar. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Verspannelement in jeder der Endarmaturen mittels einer Verspannhülse gehalten ist.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß achsparallel zu dem Stapel an dessen äußerem Umfang mehrere Verspannelemente vorgesehen sind.
Auf diese Weise sind die großen axialen Kräfte in dem Ablei- terstapel günstig auf mehrere Verspannelemente verteilbar.
Die gleichmäßige Verteilung der Zugkräfte auf die verschiedenen Verspannelemente stellt sich selbsttätig ein. Durch eine Mehrzahl von Verspannelementen ist außerdem eine größere mechanische Festigkeit erreicht.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Endarmaturen radial über die Ableitelemente überstehen und in dem überstehenden Bereich konische Bohrungen zur Aufnahme der jeweiligen Verspannhülsen aufweisen
Auf diese Weise kann aus den Verspannelementen ein die Ableitelemente umgebender Käfig gebildet werden, der im Zuge der Fertigstellung des Abieiters beispielsweise mit einem Silikonelastomer gemeinsam mit den Ableitelementen vergossen wer- den kann.
Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß jede Verspannhülse eine Bohrung aufweist, deren Form paßgenau an die Außenkontur des jeweiligen Verspannelementes angepaßt ist.
Auf diese Weise läßt sich ein besonders effektiver Kraftschluß zwischen der jeweiligen Vespannhülse und dem Verspannelement erzielen. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
Dabei zeigt
Figur 1 schematisch eine Ansicht eines Überspannungsabieiters
Figur 2 die Ansicht einer Verpsannhülse.
Figur 1 zeigt schematisch den Uberspannungsableiter mit einem Stapel, der aus den Ableitelementen 1,2,3 und den Endarmaturen 4,5 besteht. Die Ableitelemente bestehen beispielsweise aus Zinkoxyd. Jedes Ableitelement ist an seinen Stirnflächen metallisiert, so daß durch axiale Kompression der Endarmatu- ren 4,5 und der Ableitelemente 1,2,3 eine leitende Verbindung zwischen den Ableitelementen besteht. Im Ableitf ll, d. h. wenn die am Uberspannungsableiter anliegende Spannung einen kritischen Wert übersteigt, kann dann ein Ableitstrom von der einen Endarmatur 4 über die Ableitelemente 1,2,3 zu der ande- ren Endarmatur fließen.
Zur Verspannung des Stapels sind die Verspannelemente 6,7,8 vorgesehen, die als im Querschnitt kreisförmige Stäbe aus faserverstärktem Epoxidharz ausgebildet sind. Die Verstärkungs- fasern können beispielsweise Glasfasern sein.
An ihren Enden sind die Verspannelemente 6,7,8 jeweils in einer Verspannhülse 9,10,11,12,13,14 gehalten.
Wie Figur 2 zeigt, ist jede Verspannhülse hohlzylindrisch ausgebildet und weist einen konischen Bereich 15 auf, der axial zur Mitte des Stapels hin konisch zuläuft. Die Verspannhülse 9 weist in ihrem Inneren eine Bohrung 20 auf, die paßgenau an die Außenkontur eines Spannelementes 6 angepaßt ist.
In dem konischen Bereich 15 sind durchgehende Schlitze 16,17,18,19 in der Verspannhülse 9 vorgesehen, durch die die Begrenzungswände 21,22,23,24 der durchgehenden Bohrung 20 in dem konischen Bereich 15 radial in Bezug auf die Längsachse der Verspannhülse 9 federnd beweglich sind.
Jede der Endarmaturen 4,5 weist Ausnehmungen in Form von konischen Bohrungen auf, von denen jede eine Verspannhülse 9,10,11,12,13,14 aufnimmt.
Beim Aufbringen von Zugkräften auf die Verspannelemente 6,7,8 werden die Verspannhülsen 9,10,11,12,13,14 in die konischen Bohrungen der Endarmaturen hineingezogen, so daß die Begrenzungswände 21,22,23,24 nach innen auf das jeweils in der Verspannhülse 9,10,11,12,13,14 gehaltene Verspannelement 6,7,8 gedrückt werden und dieses kraftschlüssig fixieren.
Durch diese kraftschlüssige Verbindung zwischen dem jeweiligen Verspannelement 6,7,8 und der Verspannhülse wird eine optimale Krafteinleitung der Zugkraft in die Verspannelemente 6,7,8 erreicht wobei deren gesamter Querschnitt gleichmäßig belastet wird.
Die Montage eines solchen Überspannungsabieiters geht derart vor sich, daß zunächst der Stapel 1,2,3,4,5 vormontiert wird, daß die Verspannelemente 6,7,8 und die entsprechenden Verspannhülsen eingeschoben werden und daß danach die Ver- spannelemente axial gelängt werden. Die Verlängerung wird durch Eindrehen einer Kontaktschraube, die sich an einem Ableitelement oder an einer diesem benachbarten Metallplatte abstützt und in einem Gewinde einer Endarmatur geführt ist , ausgeglichen . Die dabei gespeicherte Federkraft in den
Verspannelementen bewirkt somit dauerhaft eine axiale
Kompression der Ableitelemente .

Claims

Patentansprüche
1. Uberspannungsableiter mit wenigstens einem Ableitelement (1,2,3), das zwischen zwei elektrisch leitenden Endarmaturen (4,5) angeordnet ist, und mit wenigstens einem
Verspannelement (6,7,8), das an beiden Endarmaturen (4,5) befestigt ist und den aus dem Ableitelement (6,7,8) und den Endarmaturen (4,5) gebildeten Stapel in Axialrichtung zusammenhält , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verspannelement (6,7,8) in wenigstens einer Endarmatur (4,5) in einer Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) gehalten ist, daß die Außenkontur der Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) in Axialrichtung zur Mitte des Stapels hin in einem konischen Bereich (15) konisch zuläuft, daß die Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) zur Aufnahme eines Verspannelementes (6,7,8) eine Bohrung (20) aufweist, deren Begrenzungswände (21,22,23,24) wenigstens in dem konischen Bereich (15) zum Bohrungssinneren hin beweglich sind, und daß die Endarmatur (4,5) zur Aufnahme je einer Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) eine durchgehende Ausnehmung (25) aufweist, in die die jeweilige Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) unter Verformung des konischen Bereichs (15) wenigstens teil- weise einschiebbar ist.
2. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die durchgehende Ausnehmung (25) in der Endarmatur zu dem konischen Bereich (15) der Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) komplementär ausgebildet ist.
3. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) in dem konischen Bereich (15) geschlitzt ist, so daß die Begrenzungswände (21,22,23,24) der Bohrung (20) in dem konischen Bereich (15) radial federnd beweglich sind.
4. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verspannelement (6,7,8) in jeder der Endarmaturen (4,5) mittels einer Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) gehalten ist .
5. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß achsparallel zu dem Stapel, (1, 2 , 3 , 4, 5) an dessen äußerem Umfang mehrere Verspannelemente (6,7,8) vorgesehen sind.
6. Uberspannungsableiter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Endarmaturen (4,5) radial über die Ableitelemente (1,2,3) überstehen und in dem überstehenden Bereich konische Bohrungen (25) zur Aufnahme der jeweiligen Verspannhülsen (9,10,11,12,13,14) aufweisen.
7. Uberspannungsableiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jede Verspannhülse (9,10,11,12,13,14) eine Bohrung (20) aufweist, deren Form paßgenau an die Außenkontur des jeweiligen Verspannelementes (6,7,8) angepaßt ist.
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