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EP3048617B1 - Überspannungsableiter - Google Patents

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Info

Publication number
EP3048617B1
EP3048617B1 EP15152476.6A EP15152476A EP3048617B1 EP 3048617 B1 EP3048617 B1 EP 3048617B1 EP 15152476 A EP15152476 A EP 15152476A EP 3048617 B1 EP3048617 B1 EP 3048617B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bushing
earth
housing
end fitting
conductor
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.)
Active
Application number
EP15152476.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3048617A1 (de
Inventor
Markus Sulitze
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP15152476.6A priority Critical patent/EP3048617B1/de
Publication of EP3048617A1 publication Critical patent/EP3048617A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3048617B1 publication Critical patent/EP3048617B1/de
Active 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
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester according to the preamble of claim 1.
  • Surge arresters are protection systems, for example for switchgear, which divert these overvoltages to ground in the event of overvoltages caused by lightning strikes or malfunctions of other subsystems and thus protect other components of the switchgear.
  • Such a surge arrester comprises one or more active parts which have a varistor column, also referred to as a dissipation column, made up of individual, likewise cylindrical varistor elements.
  • Varistor elements are characterized by a voltage-dependent resistance. At low voltages these act as insulators. From a certain threshold voltage, which depends on the material, they show good conductivity. Varistor elements are often made from metal oxides such as zinc oxide.
  • the active part is limited at both ends by end fittings that establish electrical contact with the switchgear and ground. To ensure good electrical contact even under mechanical stress, the varistor column must be held together under pressure. This can be done in that tension elements, for example ropes or rods, preferably made of glass fiber reinforced plastic, are clamped under tension in the end fittings. The tension elements surround the varistor column and thus form a cage around it.
  • surge arresters For use in gas-insulated switchgear, surge arresters have a fluid-tight housing that surrounds the active part.
  • the housing is filled with a fluid, usually sulfur hexafluoride, to increase the dielectric strength.
  • the housing is usually made of metal and is electrically grounded.
  • An end fitting is through the housing guided contact connected to an earth connection.
  • the other end fitting is electrically connected via a high-voltage bushing to a high-voltage connection located on the outside of the housing, which is used for connection to the switchgear.
  • the surge arrester establishes a connection between the switchgear and ground potential.
  • the insulation distance is generally the distance between two conductors that have different electrical potentials at which there is no electrical flashover at a given voltage.
  • the insulation distance depends on the voltage difference between the two electrical potentials and the medium in the space between the conductors.
  • gas-insulated switchgear the distance between a part carrying high voltage, such as the active part of a surge arrester, and the housing carrying earth potential is usually decisive for the insulation distance. If the essential parameters of a gas-insulated switchgear, such as nominal voltage, required test voltages and the type and pressure of the insulating fluid, are known, then the person skilled in the art can calculate the necessary insulation distances.
  • the switchgear If the switchgear is to be tested electrically, for example by means of a surge voltage test, the connection between the switchgear and earth must be disconnected via the surge arrester because of the high voltages that then occur. Otherwise the surge arrester would divert the voltage to earth and falsify the measurement result. Because of this, surge arresters sometimes have an isolating device, with which the surge arrester can be separated from the switchgear. This separation can take place between the active part and the high-voltage connection or between the active part and the earth connection.
  • surge arresters are known in which a separation takes place by opening a separation point within the housing. To operate this separation point, the housing must be opened via a manhole and the separation point must be operated manually.
  • a surge arrester is known whose active part is arranged concentrically to the high-voltage contact.
  • a movable control hood driven from the outside serves as a separating device.
  • a surge arrester with three active parts is known.
  • the active parts are arranged offset radially outward relative to the high-voltage contacts.
  • a contact element guided through the end fitting of the active parts can be displaced in the axial direction by means of an externally driven push rod and establishes or disconnects the connection to the high-voltage contact.
  • the disadvantage of the known prior art is that either the housing has to be laboriously opened or that complex separating mechanisms are required.
  • the object of the invention is to specify a surge arrester with a separating device which does not require complex separating mechanics and which is nevertheless easy to operate.
  • a surge arrester for a fluid-insulated switchgear has a fluid-tight housing and an earth-side bushing with a bushing conductor which provides a current path from the inside to the outside of the housing that is insulated from the housing.
  • An active part is arranged in the housing, the one between a high-voltage side Has end fitting and an earth-side end fitting arranged discharge column. To increase the mechanical stability, the deflection column can be clamped between the end fittings by means of tension elements.
  • the earth-side bushing for assembly and dismantling can be guided through a bushing opening in the housing by means of exclusive handling from outside the housing.
  • the earth-side end fitting is arranged at a distance D from the housing, which is dimensioned such that when the earth-side bushing is dismantled, no electrical flashover occurs between the active part and the housing during a voltage test of the switchgear with a high voltage.
  • This distance D is dependent on the highest voltage occurring in the voltage tests required for this switchgear and other parameters of the switchgear, such as the type of insulation fluid and its pressure. Since the surge arrester must be adapted to these parameters, they are fixed when the surge arrester is designed and the specialist can calculate the necessary minimum distance D, which corresponds to the insulation distance for the given parameters of the switchgear. With such a surge arrester, the surge arrester is separated from the switchgear assembly by dismantling the bushing on the ground side.
  • the active part remains connected to the switchgear, but the connection between the active part and earth is disconnected, so that no current from the switchgear via the active part to earth can flow.
  • the required voltage tests of the switchgear can thus be carried out.
  • the assembly and disassembly of the ground-side bushing is easy to accomplish and such a surge arrester can be manufactured inexpensively.
  • An insulating tube is arranged between the earth-side end fitting and the housing, through which the lead-through conductor extends when the earth-side bushing is installed.
  • the insulating tube serves on the one hand as a spacer between the earth-side end fitting and housing and ensures that the distance D is maintained and on the other hand as a guide for the earth-side passage. Such an arrangement is particularly space-saving.
  • the bushing on the ground side has a bushing insulator which radially surrounds the bushing conductor. In this way, a particularly simple insulation of the leadthrough conductor and thus of the current path from the housing can be achieved.
  • the bushing insulator advantageously has a shaft which radially surrounds the bushing conductor, the bushing conductor protruding from the shaft with an inside and an outside end.
  • the lead-through conductor is designed like a bolt or pin.
  • the bushing insulator has a flange that surrounds the shaft in a ring shape, by means of which the bushing on the ground side can be fastened to the housing is.
  • the bushing on the ground side is particularly easy to assemble and dismantle.
  • the bushing insulator is made from a casting resin that is cast around the bushing conductor.
  • a passage is easy to manufacture and ensures a high level of tightness in a simple manner.
  • the bushing conductor preferably has a bushing bolt radially enclosed by the bushing insulator, a contact sleeve fastened to its inner end and a contact pin resiliently mounted in the contact sleeve for making contact with the earth-side end fitting.
  • the contact sleeve and lead-through bolt can be screwed together, for example.
  • a lead-through conductor designed in this way ensures good contact with the earth-side end fitting, regardless of manufacturing tolerances, even when the earth-side lead-through is assembled and disassembled several times.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the earth-side end fitting is radially enclosed by a shield ring with rounded outer edges.
  • a shield ring preferably made of a conductive material, ensures a more homogeneous field distribution of the high voltage applied to the earth-side end fitting by shielding its corners and edges during a voltage test with the earth-side bushing removed.
  • the Figure 1 shows a cut-open surge arrester 1 according to the invention
  • Figure 2 an excerpt from the area around an earth-side bushing.
  • Three active parts 2 are arranged in a fluid-tight housing 3, only two of which are visible here.
  • the housing 3 is essentially cylindrical. It has a high-voltage bushing 4 on an end face on the high voltage side and a housing cover 6 on an end face on the earth side, which cover the housing 3 in a fluid-tight manner.
  • the active parts 2 have a cylindrical deflecting column 23 which extends along a longitudinal axis 40 and which is delimited on its end faces by end fittings 20, 21.
  • the longitudinal axis 40 defines axial, that is to say parallel to this, and radial, that is to say perpendicular to it, directions.
  • tension elements 22 are arranged around the deflection column 23, which are tensioned in the end fittings 20, 21.
  • a screen hood 29 surrounds the end fitting 20 there.
  • the active parts 2 essentially correspond to those in FIG DE 10 2012 217 310.2 described, referred to there as discharge elements.
  • the earth-side end fitting 21 can be surrounded by a shield ring 25.
  • This shield ring 25 has rounded outer edges to avoid stress peaks. It is L-shaped in cross section and surrounds the earth-side end fitting 21 on its shell side and its earth-side end face.
  • the high-voltage bushing 4 consists of a frame 26, usually made of metal, which surrounds a disk-shaped bushing insulator 27 made of an electrically insulating material such as cast resin in a ring shape.
  • a high-voltage contact 28 is inserted into the bushing insulator 27 for each of the active parts 2 arranged in the housing 3. Via the high-voltage contact 28, the electrical high-voltage potential can be connected without the risk of a flashover between high-voltage and grounded Housing 3 are guided into the housing 3 from the outside.
  • Each active part 2 is electrically connected to one of the high-voltage contacts 28 within the housing 3 via its high-voltage end fitting 20. Outside the housing 3, the high-voltage contact 28 is connected to a corresponding high-voltage contact of a switchgear.
  • the housing cover 6 closes the housing 3 in a fluid-tight manner on its earth-side end face.
  • an earth-side bushing 5 leads an electrical connection in a fluid-tight manner and electrically insulated from the latter through the housing cover 6 from the outside into the housing 3.
  • the housing cover 6 can also have a pressure compensation device. This essentially consists of an opening closed with a membrane. When the internal pressure in the housing 3 rises above a specified value, this membrane tears and releases the pressure to the outside.
  • the pressure equalization device can also be arranged in another wall of the housing 3.
  • the housing cover 6 can have further devices, not shown here, such as a filling and draining device for insulating fluid.
  • an insulating tube 7 is arranged, which serves as a spacer between the earth-side end fitting 21 and the housing cover 6 and thus ensures that a distance D is maintained.
  • the active part 2 is supported with its earth-side end fitting 21 on the insulating tube 7.
  • the active part 2 can be fastened with its high-voltage-side end fitting 20 to the high-voltage contact 28 in such a way that its earth-side end is freely suspended with the end fitting 21.
  • the earth-side end fitting 21 is spaced apart from the housing 3 by a distance D.
  • the housing 3 includes all parts that are electrically conductive and electrically connected to the housing 3, that is to say have the same electrical potential as the housing 3 itself, in particular also the housing cover 6.
  • the distance D of the earth-side end fitting 21 from the housing 3 is dimensioned in such a way that no electrical flashover occurs between the active part 2 and the housing 3 with the voltages occurring during the voltage test.
  • the voltage drop across the active part 2 is so great that no electrical flashover takes place between live parts such as the lead-through conductor 11 and the housing cover 6.
  • the distance D is relatively small, since only relatively small voltages occur at the earth-side end fitting.
  • the distance D is significantly greater, since here in the case of the voltage test by dismantling the earth-side bushing 5, the earth-side end fitting 21 is separated from the earth and thus no current can flow through the active part and otherwise only on the high-voltage side End fitting 22 applied high voltage is also applied to the earth-side end fitting 21. Therefore, the distance D and thus the insulation distance must be adapted to the significantly higher voltage.
  • the insulating tube 7 is inserted with one end into a recess in the housing cover 6 and with a second end in a recess in the earth-side end fitting 21. This simplifies assembly, since the active part 2, the insulating tube 7 and the housing cover 6 can be easily plugged together and simultaneously against each other be centered.
  • the earth-side bushing 5, the insulating tube 7 and the active part 2 are shown here coaxially to the longitudinal axis 40. This represents a preferred embodiment, since it is particularly space-saving, but the invention is not limited to this arrangement.
  • the axes of the bushing 5 on the ground side and of the insulating tube 7 can thus be arranged next to one another.
  • the ground-side bushing 5 has a bushing insulator 10 made of an electrically insulating material such as synthetic resin. This consists of a cap 18 arranged outside the housing and a shaft 19 protruding from this cap 18 through a feed-through opening 24 in the housing cover 6 into the housing 3. A bore penetrates the cap 18 and shaft 19 completely. A pin-like or bolt-like leadthrough conductor 11 is inserted in a fluid-tight manner into this bore.
  • the bushing conductor 11 can be glued to the bushing insulator 10 or encapsulated therewith; it protrudes with its two ends from the bushing insulator 10.
  • the lead-through conductor 11 can be made in one piece or, as in the exemplary embodiment shown, consist of several parts, here a lead-through bolt 9, a contact sleeve 12, a contact pin 13 and a spring 14.
  • the inside end 32 of the leadthrough conductor 11, that is to say that which is located in the interior of the housing 3 when the earth-side leadthrough 5 is mounted on the housing cover 6, has an external thread.
  • the contact sleeve 12 is screwed onto this external thread. This is essentially cylindrical and has an internal thread at one end. At the opposite end, the contact sleeve 12 has an opening 34 into which the contact pin 13 is inserted. This has a stop on the side lying in the interior of the contact sleeve 12 and protrudes through the opening 34 out of the contact sleeve 12 and rests against the earth-side end fitting 21 in order to establish an electrical contact.
  • Feed-through conductor 11, contact sleeve 12, contact pin 13 and spring 14 are made of an electrically conductive material such as steel or aluminum. Both the contact sleeve 12 and the insulating tube 7 have openings on their jacket side on, through which the insulating fluid can penetrate into the respective interior spaces.
  • the cap 18 has a flange 16 with holes for fastening means 17, shown here as screws.
  • the earth-side bushing 5 is fastened to the housing cover 6 by means of the fastening means 17.
  • a seal 15 seals the bushing 5 from the housing cover 6.
  • the shaft 19 could also be provided with an external thread and the feed-through opening 24 with an internal thread and the feed-through 5 screwed directly into the housing cover 6. If necessary, the seal should then be carried out in a suitable manner.
  • the bushing 5 is introduced into the housing 3 from outside the housing 3 through a bushing opening 24, which is arranged here in the cover 6.
  • the flange 16 serves as a depth stop.
  • the bushing is fastened to the housing 3, here to the cover 6, by means of the fastening means 17.
  • the contact pin 13 makes contact with the earth-side end fitting 21.
  • a current path i.e. an electrical connection, is established from the earth-side end fitting 21 to the outside end 33 of the lead-through conductor 11 arranged outside the housing 3.
  • This current path is electrically isolated from the housing 3 by means of the bushing insulator 10.
  • the lead-through conductor 11 can be connected directly to earth, as shown, or to earth via a monitoring device.
  • connection of the active part 2 with the switchgear or with earth potential must be separated. In the present invention, this is done by separating the active part 2 from the earth by dismantling the earth-side bushing 5 with the lead-through conductor 11 and thus interrupting the connection of the earth-side end fitting 21 to the earth.
  • the fastening means 17 are loosened and the bushing 5 on the earth side is pulled out of the housing 3 through the bushing opening 24.
  • a blind plug 30 is inserted there for the fluid-tight closure of the feed-through opening 24.
  • for easier centering have a shaft which protrudes into the feed-through opening 24, this is then to be made of electrically insulating material.

Landscapes

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Überspannungsableiter sind Schutzsysteme, beispielsweise für Schaltanlagen, die bei auftretenden Überspannungen durch Blitzeinschlag oder Fehlfunktionen anderer Teilsysteme diese Überspannungen zur Masse hin ableiten und so andere Bauteile der Schaltanlage schützen.
  • Ein derartiger Überspannungsableiter umfasst ein oder mehrere Aktivteile, die eine aus einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen aufgebaute Varistorsäule, auch als Ableitsäule bezeichnet, aufweisen. Varistorelemente zeichnen sich durch einen spannungsabhängigen Widerstand aus. Bei niedrigen Spannungen wirken diese als Isolatoren. Ab einer bestimmten Schwellenspannung, die materialabhängig ist, zeigen sie eine gute Leitfähigkeit. Häufig werden Varistorelemente aus Metalloxiden wie Zinkoxid hergestellt. Das Aktivteil wird an beiden Enden von Endarmaturen begrenzt, die den elektrischen Kontakt zur Schaltanlage und zur Masse herstellen. Um einen guten elektrischen Kontakt auch unter mechanischer Belastung zu gewährleisten, muss die Varistorsäule unter Druck zusammengehalten werden. Dies kann erfolgen, indem Zugelemente beispielsweise Seile oder Stäbe vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff in den Endarmaturen unter Zug eingespannt werden. Die Zugelemente umgeben dabei die Varistorsäule und bilden so einen Käfig um diese.
  • Für den Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen weisen Überspannungsableiter ein fluiddichtes Gehäuse auf, das das Aktivteil umgibt. Das Gehäuse ist dabei zur Erhöhung der Durchschlagfestigkeit mit einem Fluid, meist Schwefelhexafluorid, gefüllt. Das Gehäuse besteht meist aus Metall und ist elektrisch geerdet. Eine Endarmatur ist über einen durch das Gehäuse geführten Kontakt mit einem Erdanschluss verbunden. Die andere Endarmatur ist über eine Hochspannungs-Durchführung mit einem an der Außenseite des Gehäuses befindlichen Hochspannungsanschluss elektrisch verbunden, der dem Anschluss an die Schaltanlage dient. Der Überspannungsableiter stellt so eine Verbindung der Schaltanlage mit Erdpotential her.
  • Bei einem solchen Überspannungsableiter sind bestimmte Isolationsabstände insbesondere zwischen dem Gehäuse und Hochspannung führenden Teilen einzuhalten. Der Isolationsabstand ist allgemein der Abstand zweier Leiter, die unterschiedliches elektrisches Potential führen, bei dem es bei einer gegebenen Spannung nicht zu einem elektrischen Überschlag kommt. Der Isolationsabstand hängt von der Spannungsdifferenz der beiden elektrischen Potentiale und dem Medium im Zwischenraum zwischen den Leitern ab. Bei einer gasisolierten Schaltanlage ist für den Isolationsabstand meist der Abstand zwischen einem Hochspannung führenden Teil, wie dem Aktivteil eines Überspannungsableiters, und dem Erdpotential führenden Gehäuse maßgeblich. Sind bei einer gasisolierten Schaltanlage die wesentlichen Parameter, wie beispielsweise Nennspannung, geforderte Prüfspannungen und Art und Druck des Isolierfluids, bekannt, so kann der Fachmann die notwendigen Isolationsabstände berechnen.
  • Soll die Schaltanlage elektrisch getestet werden, zum Beispiel mittels einer Stoßspannungsprüfung, so muss wegen der dann auftretenden hohen Spannungen die Verbindung der Schaltanlage über den Überspannungsableiter zur Erde getrennt werden. Andernfalls würde der Überspannungsableiter die Spannung zur Erde ableiten und das Messergebnis verfälschen. Deswegen weisen Überspannungsableiter manchmal eine Trennvorrichtung auf, womit der Überspannungsableiter von der Schaltanlage getrennt werden kann. Diese Trennung kann zwischen Aktivteil und dem Hochspannungsanschluss oder zwischen dem Aktivteil und dem Erdanschluss erfolgen.
  • Bislang sind Überspannungsableiter bekannt, bei denen eine Trennung durch Öffnen einer Trennstelle innerhalb des Gehäuses erfolgt. Zum Betätigen dieser Trennstelle muss das Gehäuse über ein Mannloch geöffnet und die Trennstelle manuell betätigt werden.
  • Aus der WO 2012/168112 A1 ist ein Überspannungsableiter bekannt, dessen Aktivteil konzentrisch zum Hochspannungskontakt angeordnet ist. Eine von außen angetriebene bewegliche Steuerhaube dient dabei als Trennvorrichtung.
  • Aus der DE 10 2012 217 310.2 ist ein Überspannungsableiter mit drei Aktivteilen bekannt. Die Aktivteile sind radial nach außen versetzt zu den Hochspannungskontakten angeordnet. Ein durch die Endarmatur der Aktivteile geführtes Kontaktelement ist mittels einer von außen angetriebenen Schubstange in axialer Richtung verschiebbar und stellt die Verbindung zum Hochspannungskontakt her oder trennt diese.
  • Ferner ist ein gattungsgemäßer Überspannungsableiter aus der Druckschrift DE 10 2012 008484 bekannt.
  • Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass entweder das Gehäuse umständlich geöffnet werden muss, oder dass aufwändige Trennmechaniken erforderlich sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Überspannungsableiter mit einer Trennvorrichtung anzugeben, die ohne aufwändige Trennmechanik auskommt und die dennoch einfach zu betätigen ist.
  • Ein Überspannungsableiter für eine fluidisolierte Schaltanlage weist dazu ein fluiddichtes Gehäuse und eine erdseitige Durchführung mit einem Durchführungsleiter auf, der einen gegen das Gehäuse isolierten Strompfad vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses bereitstellt. Unter den Begriffen Leiter/leiten und Isolator/isolieren ist hier jeweils die entsprechende elektrische Eigenschaft gemeint. In dem Gehäuse ist ein Aktivteil angeordnet, das eine zwischen einer hochspannungsseitigen Endarmatur und einer erdseitigen Endarmatur angeordnete Ableitsäule aufweist. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität kann die Ableitsäule mittels Zugelementen zwischen den Endarmaturen eingespannt sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erdseitige Durchführung zur Montage und Demontage mittels ausschließlicher Handhabung von außerhalb des Gehäuses durch eine Durchführungsöffnung im Gehäuse hindurch führbar ist. Es ist dazu also kein Eingriff in das Innere des Gehäuses notwendig. Insbesondere ist keine Öffnung im Gehäuse, außer der durch die Demontage der Durchführung entstehenden Öffnung notwendig. Im montierten Zustand der erdseitigen Durchführung verschließt diese die Durchführungsöffnung fluiddicht und der Durchführungsleiter steht in elektrischem Kontakt mit der erdseitigen Endarmatur. Im demontierten Zustand der erdseitigen Durchführung ist der Durchführungsleiter von der erdseitigen Endarmatur getrennt, steht also nicht in elektrischem Kontakt zu dieser. Die Durchführungsöffnung ist durch einen Blindstopfen fluiddicht verschließbar. Die erdseitige Endarmatur ist in einem Abstand D zum Gehäuse angeordnet, der derart dimensioniert ist, dass bei demontierter erdseitiger Durchführung bei einer Spannungsprüfung der Schaltanlage mit einer Hochspannung kein elektrischer Überschlag zwischen dem Aktivteil und dem Gehäuse stattfindet. Dieser Abstand D ist abhängig von der höchsten auftretenden Spannung bei den für diese Schaltanlage geforderten Spannungsprüfungen und weiteren Parametern der Schaltanlage wie Art des Isolationsfluids und dessen Druck. Da der Überspannungsableiter an diese Parameter angepasst sein muss, stehen diese bei der Auslegung des Überspannungsableiters fest und der Fachmann kann den notwendigen Mindestabstand D berechnen, der dem Isolationsabstand bei den gegebenen Parametern der Schaltanlage entspricht. Bei einem solchen Überspannungsableiter wird die Trennung des Überspannungsableiters von der Schaltanlage durch eine Demontage der erdseitigen Durchführung erreicht. Das Aktivteil bleibt dabei noch mit der Schaltanlage verbunden, die Verbindung von Aktivteil und Erde wird jedoch getrennt, so dass kein Strom von der Schaltanlage über das Aktivteil zur Erde fließen kann. Somit können die erforderlichen Spannungsprüfungen der Schaltanlage durchgeführt werden. Die Montage und Demontage der erdseitigen Durchführung ist einfach zu bewerkstelligen und ein solcher Überspannungsableiter kostengünstig herzustellen.
  • Zwischen der erdseitigen Endarmatur und dem Gehäuse ist ein Isolierrohr angeordnet, durch welches sich bei montierter erdseitiger Durchführung der Durchführungsleiter erstreckt. Das Isolierrohr dient dabei einerseits als Abstandhalter zwischen erdseitiger Endarmatur und Gehäuse und gewährleistet die Einhaltung des Abstandes D und andererseits als Führung für die erdseitige Durchführung. Eine solche Anordnung ist besonders platzsparend.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die erdseitige Durchführung einen Durchführungsisolator auf, der den Durchführungsleiter radial umschließt. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Isolierung des Durchführungsleiters und damit des Strompfades gegen das Gehäuse zu erreichen.
  • Vorteilhaft weist der Durchführungsisolator einen den Durchführungsleiter radial umschließenden Schaft auf, wobei der Durchführungsleiter mit einem innenseitigen und einem außenseitigen Ende aus dem Schaft herausragt. Der Durchführungsleiter ist bolzen- oder stiftartig ausgeführt. Sein innenseitiges Ende liegt bei montierter erdseitiger Durchführung innerhalb des Gehäuses, sein dieser gegenüberliegendes außenseitiges Ende liegt dann außerhalb des Gehäuses. Der Schaft kann sich bei montierter erdseitiger Durchführung durch die Durchführungsöffnung hindurch in das Gehäuse hinein erstrecken. Eine solche Ausführung gewährleistet eine besonders gute Isolation, insbesondere in der letztgenannten Ausführung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Durchführungsisolator einen den Schaft ringförmig umgebenden Flansch auf, mittels dessen die erdseitige Durchführung am Gehäuse befestigbar ist. Hierdurch ist die erdseitige Durchführung besonders einfach zu montieren und demontieren.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Durchführungsisolator aus einem Gießharz hergestellt, das um den Durchführungsleiter herum gegossen ist. Eine solche Durchführung ist leicht herzustellen und gewährleistet auf einfache Weise eine hohe Dichtigkeit.
  • Vorzugsweise weist der Durchführungsleiter einen vom Durchführungsisolator radial umschlossenen Durchführungsbolzen, eine an dessen innenliegendem Ende befestigte Kontakthülse und einen in der Kontakthülse federnd gelagerten Kontaktstift zur Herstellung des Kontakts mit der erdseitigen Endarmatur auf. Kontakthülse und Durchführungsbolzen können beispielsweise miteinander verschraubt sein. Ein derart gestalteter Durchführungsleiter gewährleistet unabhängig von Fertigungstoleranzen einen guten Kontakt zur erdseitigen Endarmatur auch bei mehrfacher Montage und Demontage der erdseitigen Durchführung.
  • Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die erdseitige Endarmatur von einem Schirmring mit abgerundeten Außenkanten radial umschlossen ist. Ein solcher vorzugsweise aus einem leitenden Material hergestellter Schirmring sorgt während einer Spannungsprüfung bei demontierter erdseitiger Durchführung für eine homogenere Feldverteilung der an der erdseitigen Endarmatur anliegenden Hochspannung durch Abschirmung derer Ecken und Kanten.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine Teilschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters,
    Figur 2
    eine Detaildarstellung eines Ausschnitts aus Figur 1,
    Figur 3
    einen Querschnitt durch einen Blindstopfen.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figur 1 zeigt einen aufgeschnittenen erfindungsgemäßen Überspannungsableiter 1, die Figur 2 einen Ausschnitt aus der Umgebung einer erdseitigen Durchführung. In einem fluiddichten Gehäuse 3 sind drei Aktivteile 2 angeordnet, von denen hier lediglich zwei sichtbar sind. Das Gehäuse 3 ist im Wesentlichen zylindrisch. Es weist an einer hochspannungsseitigen Stirnseite eine Hochspannungsdurchführung 4 und an einer erdseitigen Stirnseite einen Gehäusedeckel 6 auf, die das Gehäuse 3 fluiddicht verschließen. Die Aktivteile 2 weisen eine zylindrische, sich entlang einer Längsachse 40 erstreckende Ableitsäule 23 auf, die an ihren Stirnseiten von Endarmaturen 20, 21 begrenzt ist. Durch die Längsachse 40 sind axiale, also parallel zu dieser verlaufende und radiale, also senkrecht zu dieser verlaufende Richtungen definiert. Für eine hohe mechanische Stabilität sind um die Ableitsäule 23 herum Zugelemente 22 angeordnet, die unter Zug in den Endarmaturen 20, 21 verspannt sind. Am hochspannungsseitigen Ende umgibt eine Schirmhaube 29 die dortige Endarmatur 20. Ansonsten entsprechen die Aktivteile 2 im Wesentlichen den in der DE 10 2012 217 310.2 beschriebenen, dort als Ableitelemente bezeichneten. Wegen der bei der Prüfung der Schaltanlage an der erdseitigen Endarmatur 21 anliegenden Hochspannung kann die erdseitige Endarmatur 21 von einem Schirmring 25 umgeben sein. Dieser Schirmring 25 weist zur Vermeidung von Spannungsspitzen abgerundete Außenkanten auf. Er ist im Querschnitt L-förmig ausgestaltet und umgibt die erdseitige Endarmatur 21 auf ihrer Mantelseite und ihrer erdseitigen Stirnseite.
  • Die Hochspannungsdurchführung 4 besteht aus einem Rahmen 26, meist aus Metall, der einen scheibenförmigen Durchführungsisolator 27 aus einem elektrisch isolierenden Material wie Gießharz, ringförmig umgibt. In den Durchführungsisolator 27 ist für jede der im Gehäuse 3 angeordneten Aktivteile 2 ein Hochspannungskontakt 28 eingesetzt. Über den Hochspannungskontakt 28 kann das elektrische Hochspannungspotential ohne Gefahr eines Überschlags zwischen Hochspannung und geerdetem Gehäuse 3 von außen in das Gehäuse 3 hinein geführt werden. Jedes Aktivteil 2 ist über seine hochspannungsseitige Endarmatur 20 innerhalb des Gehäuses 3 mit einem der Hochspannungskontakte 28 elektrisch verbunden. Außerhalb des Gehäuses 3 ist der Hochspannungskontakt 28 mit einem entsprechenden Hochspannungskontakt einer Schaltanlage verbunden.
  • Der Gehäusedeckel 6 verschließt das Gehäuse 3 auf seiner erdseitigen Stirnseite fluiddicht. Für jedes Aktivteil führt eine erdseitige Durchführung 5 eine elektrische Verbindung fluiddicht und elektrisch gegen diesen isoliert durch den Gehäusedeckel 6 von außen in das Gehäuse 3 hinein. Der Gehäusedeckel 6 kann auch eine Druckausgleichseinrichtung aufweisen. Diese besteht im Wesentlichen aus einer mit einer Membran verschlossenen Öffnung. Beim Anstieg des Innendrucks im Gehäuse 3 über einen festgelegten Wert reißt diese Membran und entlässt den Druck nach außen. Die Druckausgleichseinrichtung kann alternativ auch in einer anderen Wand des Gehäuses 3 angeordnet sein. Außerdem kann der Gehäusedeckel 6 weitere, hier nicht dargestellte Einrichtungen, wie zum Beispiel eine Füll- und Ablassvorrichtung für Isolierfluid, aufweisen.
  • Zwischen dem Gehäusedeckel 6 und dem Aktivteil 2 ist ein Isolierrohr 7 angeordnet, das als Abstandhalter zwischen erdseitiger Endarmatur 21 und Gehäusedeckel 6 dient und so die Einhaltung eines Abstandes D gewährleistet. Das Aktivteil 2 stützt sich mit seiner erdseitigen Endarmatur 21 auf dem Isolierrohr 7 ab. Alternativ kann das Aktivteil 2 derart mit seiner hochspannungsseitigen Endarmatur 20 am Hochspannungskontakt 28 befestigt sein, dass sein erdseitiges Ende mit der Endarmatur 21 frei hängend ist. In beiden Fällen ist die erdseitige Endarmatur 21 über einen Abstand D vom Gehäuse 3 beabstandet. Zum Gehäuse 3 zählen dabei alle Teile, die elektrisch leitend und mit dem Gehäuse 3 elektrisch verbunden sind, also dasselbe elektrische Potential aufweisen, wie das Gehäuse 3 selbst, insbesondere auch der Gehäusedeckel 6.
  • Der Abstand D der erdseitigen Endarmatur 21 vom Gehäuse 3 ist so dimensioniert, dass bei den bei der Spannungsprüfung auftretenden Spannungen kein elektrischer Überschlag zwischen dem Aktivteil 2 und dem Gehäuse 3 auftritt. Im Normalbetrieb, wenn also die erdseitige Endarmatur 21 mit der Erde verbunden ist, ist der Spannungsabfall über das Aktivteil 2 so groß, dass kein elektrischer Überschlag zwischen spannungführenden Teilen, wie dem Durchführungsleiter 11 und dem Gehäusedeckel 6 stattfindet. Bei den bekannten Überspannungsableitern, bei denen eine Trennung von der Schaltanlage auf der Hochspannungsseite erfolgt, Ist der Abstand D relativ klein, da an der erdseitigen Endarmatur nur relativ kleine Spannungen auftreten. Bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter ist der Abstand D deutlich größer, da hier im Falle der Spannungsprüfung durch Demontage der erdseitigen Durchführung 5 eine Trennung der erdseitigen Endarmatur 21 von der Erde erfolgt und somit kein Strom über das Aktivteil fließen kann und so die sonst nur an der hochspannungsseitigen Endarmatur 22 anliegende Hochspannung auch an der erdseitigen Endarmatur 21 anliegt. Deswegen muss der Abstand D und damit der Isolationsabstand hier auf die deutlich höhere Spannung angepasst sein.
  • Das Isolierrohr 7 ist mit einem Ende in eine Vertiefung des Gehäusedeckels 6 eingesteckt und mit einem zweiten Ende in eine Vertiefung der erdseitigen Endarmatur 21. Dies vereinfacht die Montage, da Aktivteil 2, Isolierrohr 7 und Gehäusedeckel 6 so einfach zusammengesteckt werden können und dabei gleichzeitig gegeneinander zentriert werden.
  • Die erdseitige Durchführung 5, das Isolierrohr 7 und das Aktivteil 2 sind hier koaxial zur Längsachse 40 dargestellt. Dies stellt eine bevorzugte, da besonders platzsparende Ausführung dar, die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf diese Anordnung. So können die Achsen der erdseitigen Durchführung 5 und des Isolierrohres 7 nebeneinander angeordnet sein.
  • Die erdseitige Durchführung 5 weist einen aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Kunstharz hergestellten Durchführungsisolator 10, auf. Dieser besteht aus einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Kappe 18 und einem von dieser Kappe 18 durch eine Durchführungsöffnung 24 im Gehäusedeckel 6 in das Gehäuse 3 hinein ragenden Schaft 19. Eine Bohrung durchdringt Kappe 18 und Schaft 19 vollständig. In diese Bohrung ist ein stift- oder bolzenartiger Durchführungsleiter 11 fluiddicht eingesetzt. Der Durchführungsleiter 11 kann mit dem Durchführungsisolator 10 verklebt oder mit diesem vergossen sein, er ragt mit seinen beiden Enden aus dem Durchführungsisolator 10 heraus.
  • Der Durchführungsleiter 11 kann einstückig ausgeführt sein, oder wie im gezeigten Ausführungsbeispiel aus mehreren Teilen, hier einem Durchführungsbolzen 9, einer Kontakthülse 12, einem Kontaktstift 13 und einer Feder 14, bestehen.
  • Das innenseitige Ende 32 des Durchführungsleiters 11, also dasjenige, das bei am Gehäusedeckel 6 montierter erdseitiger Durchführung 5 im Inneren des Gehäuses 3 liegt, weist ein Außengewinde auf. Auf dieses Außengewinde ist die Kontakthülse 12 aufgeschraubt. Diese ist im Wesentlichen zylindrisch und weist an einem Ende ein Innengewinde auf. Am dazu gegenüberliegenden Ende weist die Kontakthülse 12 eine Öffnung 34 auf, in die der Kontaktstift 13 eingesteckt ist. Dieser weist auf der im Inneren der Kontakthülse 12 liegenden Seite einen Anschlag auf und ragt durch die Öffnung 34 aus der Kontakthülse 12 hinaus und liegt dort an der erdseitigen Endarmatur 21 zur Herstellung eines elektrischen Kontakts an. Zwischen Durchführungsleiter 11 und Kontaktstift 13 ist eine vorgespannte Feder 14, hier als Schraubenfeder dargestellt, angeordnet, die den Kontaktstift 13 gegen die erdseitige Endarmatur 21 drückt. Durchführungsleiter 11, Kontakthülse 12, Kontaktstift 13 und Feder 14 sind aus einem elektrisch leitenden Material wie Stahl oder Aluminium hergestellt. Sowohl Kontakthülse 12, als auch das Isolierrohr 7 weisen auf ihrer Mantelseite Öffnungen auf, durch die Isolierfluid in die jeweiligen Innenräume eindringen kann.
  • Die Kappe 18 weist einen Flansch 16 mit Löchern für Befestigungsmittel 17, hier als Schrauben dargestellt, auf. Mittels der Befestigungsmittel 17 ist die erdseitige Durchführung 5 am Gehäusedeckel 6 befestigt. Eine Dichtung 15 dichtet die Durchführung 5 gegen den Gehäusedeckel 6 ab. Alternativ zu der Befestigung mittels Flansch 16 und Befestigungsmittel 17 könnte der Schaft 19 auch mit einem Außengewinde und die Durchführungsöffnung 24 mit einem Innengewinde versehen und die Durchführung 5 direkt in den Gehäusedeckel 6 eingeschraubt sein. Gegebenenfalls ist die Abdichtung dann in geeigneter Weise auszuführen.
  • Zur Montage der Durchführung 5 an dem Überspannungsableiter 1 wird die Durchführung 5 von außerhalb des Gehäuses 3 durch eine Durchführungsöffnung 24, die hier im Deckel 6 angeordnet ist, in das Gehäuse 3 eingeführt. Der Flansch 16 dient dabei als Tiefenanschlag. Mittels der Befestigungsmittel 17 wird die Durchführung am Gehäuse 3, hier am Deckel 6, befestigt. Der Kontaktstift 13 stellt einen Kontakt mit der erdseitigen Endarmatur 21 her. Über den Kontaktstift 13, die Kontakthülse 12, den Durchführungsbolzen 9 und gegebenenfalls die Feder 14 wird ein Strompfad, also eine elektrische Verbindung, von der erdseitigen Endarmatur 21 zum außerhalb des Gehäuses 3 angeordneten außenseitigen Ende 33 des Durchführungsleiters 11 hergestellt. Dieser Strompfad ist mittels des Durchführungsisolators 10 gegen das Gehäuse 3 elektrisch isoliert. Außerhalb des Gehäuses 3 kann der Durchführungsleiter 11 wie dargestellt direkt mit der Erde oder über ein Überwachungsgerät mit der Erde verbunden werden.
  • Alle zur Montage notwendigen Handhabungen sind von außerhalb des Gehäuses 3 ausführbar. Ein Eingriff von innerhalb des Gehäuses 3 ist nicht notwendig.
  • Soll eine Spannungsprüfung der Schaltanlage vorgenommen werden, muss entweder die Verbindung des Aktivteils 2 mit der Schaltanlage oder mit Erdpotential getrennt werden. Bei der vorliegenden Erfindung geschieht dies durch Trennung des Aktivteils 2 von der Erde, indem die erdseitige Durchführung 5 mit dem Durchführungsleiter 11 demontiert und damit die Verbindung der erdseitigen Endarmatur 21 mit der Erde unterbrochen wird.
  • Zur Demontage der erdseitigen Durchführung 5 werden die Befestigungsmittel 17 gelöst und die erdseitige Durchführung 5 durch die Durchführungsöffnung 24 aus dem Gehäuse 3 herausgezogen. Zum fluiddichten Verschluss der Durchführungsöffnung 24 wird dort ein Blindstopfen 30 eingesetzt. Dieser kann, wie in Figur 3 gezeigt, zur leichteren Zentrierung einen Schaft aufweisen, der in die Durchführungsöffnung 24 hinein ragt, dieser ist dann aus elektrisch isolierendem Material auszuführen.
  • Sowohl alle zur Demontage der erdseitigen Durchführung 5, als auch die zur Montage des Blindstopfens 30 notwendigen Handhabungen sind ebenfalls ausschließlich von außerhalb des Gehäuses 3 ausführbar.
  • Bei der Demontage der erdseitigen Durchführung 5 entweicht Isolierfluid aus dem Gehäuse 3. Nach der Montage des Blindstopfens 30 kann es wieder mit Isolierfluid gefüllt werden. Nach dem Wiederbefüllen des Überspannungsableiters 1 mit Isolierfluid kann die Spannungsprüfung der Schaltanlage durchgeführt werden. Nach der Spannungsprüfung wird der Blindstopfen 30 entfernt, die erdseitige Durchführung 5 wieder montiert und das Gehäuse 3 erneut mit Isolierfluid gefüllt. Die Schaltanlage ist damit bereit für den Normalbetrieb.

Claims (8)

  1. Überspannungsableiter (1) für eine fluidisolierte Schaltanlage, aufweisend
    - ein fluiddichtes Gehäuse (3),
    - eine erdseitige Durchführung (5) mit einem Durchführungsleiter (11), der einen gegen das Gehäuse (3) isolierten Strompfad vom Inneren zum Äußeren des Gehäuses (3) bereitstellt und
    - ein in dem Gehäuse (3) angeordnetes Aktivteil (2) mit einer zwischen einer hochspannungsseitigen und einer erdseitigen Endarmatur (20, 21) angeordneten Ableitsäule (23), wobei
    - die erdseitige Durchführung (5) zur Montage und Demontage mittels ausschließlicher Handhabung von außerhalb des Gehäuses (3) durch eine Durchführungsöffnung (24) im Gehäuse (3) hindurch führbar ist, wobei
    - im montierten Zustand die erdseitige Durchführung (5) die Durchführungsöffnung (24) fluiddicht verschließt und der Durchführungsleiter (11) in elektrischem Kontakt zu der erdseitigen Endarmatur (21) steht und wobei
    - im demontierten Zustand der erdseitigen Durchführung (5) der Durchführungsleiter (11) von der erdseitigen Endarmatur (21) getrennt ist und die Durchführungsöffnung (24) durch einen Blindstopfen (30) fluiddicht verschließbar ist,
    - das Gehäuse (3) zur Befüllung mit einem elektrisch isolierenden. Isolierfluid ausgebildet ist, und
    - die erdseitige Endarmatur (21) in einem Abstand (D) zum Gehäuse (3) angeordnet ist, der derart dimensioniert ist, dass bei demontierter erdseitiger Durchführung (5) bei einer Spannungsprüfung der Schaltanlage mit einer Hochspannung kein elektrischer Überschlag zwischen dem Aktivteil (2) und dem Gehäuse (3) stattfindet.
  2. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 1, wobei die erdseitige Durchführung (5) einen Durchführungsisolator (10) aufweist, der den Durchführungsleiter (11) radial umschließt.
  3. Überspannungsableiter (1) nach Anspruch 2, wobei der Durchführungsisolator (10) einen den Durchführungsleiter (11) radial umschließenden Schaft (19) aufweist, wobei der Durchführungsleiter (11) mit einem innenseitigen und einem außenseitigen Ende (32, 33) aus dem Schaft (19) hermausragt.
  4. Überspannungsabieiter (1) nach Anspruch 3, wobei der Durchführungsisolator (10) einen den Schaft (19) ringförmig umgebenden Flansch (16) aufweist, mittels dessen die erdseitige Durchführung (5) am Gehäuse (3) befestigbar ist.
  5. Überspannungsabieiter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Durchführungsisolator (10) aus einem Gießharz hergestellt ist, das um den Durchführungsleiter (11) herum gegossen ist.
  6. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Durchführungsleiter (11) einen vom Durchführungsisolator (10) radial umschlossenen Durchführungsbolzen (9), eine an dessen innenliegendem Ende (32) befestigte Kontakthülse (12) und einen in der Kontakthülse federnd gelagerten Kontaktstift (13) zur Herstellung des Kontakts mit der erdseitigen Endarmatur (21) aufweist.
  7. Überspannungsabieiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erdseitige Endarmatur (21) von einem Schirmring (25) mit abgerundeten Außenkanten radial umschlossen ist.
  8. Überspannungsableiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen der erdseitigen Endarmatur (21) und dem Gehäuse (3) ein Isolierrohr (7) angeordnet ist, durch welches sich der Durchführungsleiter (11) erstreckt.
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