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Dokumentenidentifikation DE4312685C2 28.05.1997
Titel Stützisolator mit eingebautem Spannungsteiler und Überspannungsableiter
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Höfner, Roland, 96328 Küps, DE;
Hartmann, Erwin, Ing.(grad.), 91058 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 20.04.1993
DE-Aktenzeichen 4312685
Offenlegungstag 27.10.1994
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.05.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.05.1997
IPC-Hauptklasse H01B 17/14
IPC-Nebenklasse H02B 11/26   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stützisolator mit kapazitivem Spannungsteiler und Überspannungsableiter.

Ein Stützisolator dient dazu, ein spannungsführendes Teil fest abzustützen, das gegen Erde oder andere spannungsführenden Teile zu isolieren ist. Der Stützisolator besteht ganz oder teilweise aus Gießharz.

In vielen Fällen ist es wünschenswert zu wissen, ob ein Leiter Spannung führt. Es soll sichergestellt werden, daß Geräte oder Anlagen erst geöffnet werden, wenn keine Berührungsgefahr mehr besteht. Dazu ist es notwendig, die Spannungsfreiheit festzustellen. Zu diesem Zweck werden bereits seit Jahren kapazitive Spannungsteiler verwendet. Diese bestehen aus der Reihenschaltung eines Stützisolators mit eingegossener Koppelkapazität und einer weiteren Kapazität, die in der angeschlossenen Meßleitung integriert sein kann. Bei diesem Stützisolator muß die fußseitige Verschraubung, an der die Meßleitung angeschlossen wird, isoliert zur geerdeten Unterlage befestigt werden.

Es ist üblich, in die Meßleitung ein spannungsbegrenzendes Bauteil, einen sogenannten Überspannungsableiter, einzubauen. Dieser vermeidet, daß im nachgeschalteten Meßleitungsabschnitt und den angeschlossenen Bauteilen personengefährdende Überspannungen auftreten können, indem solche Spannungen gegen Erde abgeleitet werden.

Bei dieser Konstruktion ist es nachteilig, daß die spannungsführenden Bauteile vor dem Überspannungsableiter nicht vor Überspannung geschützt sind. Darüber hinaus ist eine äußerst aufwendige, isolierte Verschraubung am Fuß des Stützisolators anzubringen. Diese kann bei ungünstigen klimatischen Verhältnissen und/oder Fremdschichteinflüssen, d. h. oberflächlich anhaftenden Stoffen wie Ruß, Feuchtigkeit, Salzen und dergleichen, zu Isolationsproblemen führen und das Meßsignal kurzschließen, so daß ein Freischalten der Spannung am Anzeigegerät vorgetäuscht wird. Solche Stützisolatoren sind beispielsweise aus der DE 31 21 795 A1 und der DE 33 29 748 AI bekannt. In der DE 31 21 795 A1 ist hierzu ein Stützisolator mit kapazitivem Spannungsteiler und Überspannungsableiter beschrieben, bei dem sowohl die Koppelkapazität, als auch der Überspannungsableiter im Isolierkörper eingebaut sind. Der DE 33 29 748 A1 ist ein Stützisolator mit kapazitivem Spannungsteiler entnehmbar, mit einer zur Symmetrieachse des Isolierkörpers fluchtenden eingegossenen Koppelelektrode und einer diese zylindrisch umschließenden Gitterelektrode. Bei solchen Stützisolatoren ist es weiter nachteilig, daß zunächst ein Isolierkörper mit einer zylindrischen Kavität gegossen wird, in die daran anschließend eine elektronische Schaltung eingesetzt wird. Die durch die Kavität verursachte Verminderung der mechanischen Festigkeit des Stützisolators wird i. a. durch eine Vergrößerung des Durchmessers des Stützisolators aufgefangen. Dies erhöht den Materialeinsatz und macht den Stützisolator voluminöser.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stützisolator anzugeben, mit dem erstens Fehlmessungen zuverlässig vermieden werden, zweitens jegliche Überspannungen vor der Meßleitung ferngehalten werden und drittens eine einfache Herstellung und eine hohe mechanische Festigkeit erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler und der in Reihe zum Spannungsteiler geschaltete Überspannungsableiter in dem aus einem Gießharz bestehenden Isolierkörper eingegossen sind, wobei der Spannungsteiler und der Überspannungsableiter zur Symmetrieachse des Isolierkörpers fluchtend angeordnet sind.

Dadurch, daß sowohl der Spannungsteiler als auch der in Reihe zum Spannungsteiler geschaltete Überspannungsableiter im Isolierkörper eingegossen sind, ist sichergestellt, daß die gesamte Meßleitung, die den Isolierkörper verläßt, auch bei einem Durchschlag in der Koppelkapazität frei von Überspannung bleibt. Darüber hinaus ist durch diese Konstruktion gewährleistet, daß der Überspannungsableiter vor Umwelteinflüssen und auch vor mechanischen und chemischen Beschädigungen geschützt ist. Im besonderen die Herstellung eines solchen Stützisolators ist besonders einfach, weil in der Gießform nur der Spannungsteiler und der Überspannungsableiter und ein zwischen Spannungsteiler und Überspannungsableiter angeschlossener und zum Fußteil des Stützisolators geführter elektrischer Anschluß im wesentlichen ortsfest gehalten werden müssen, woran sich das Auffüllen der Gießform mit einem Gießharz und die Aushärtung des Gießharzes anschließt. Desweiteren wird durch die zur Symmetrieachse des Isolierkörpers fluchtende Anordnung des Spannungsteilers und des Überspannungsableiters eine besonders hohe mechanische Festigkeit des Isolierkörpers und damit des Stützisolators erreicht, weil das Gefüge des Isolators auf diese Weise nur äußerst gering gestört ist. Auf diese Weise wird das Vorhandensein einer Kavität im Inneren des Isolierkörpers sicher vermieden.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Befestigungsbuchse im Fußteil geerdet und mit dem erdseitigen Kontakt des Überspannungsableiters leitend verbunden sein. Diese Konstruktion bringt es mit sich, daß die aufwendige isolierte Verschraubung am Fuß des Hochspannungsableiters durch handelsübliche Bauteile ersetzt wird. Dadurch sind auch an dieser Stelle klimatische Störeinflüsse, die das Meßergebnis beeinträchtigen könnten, ausgeschaltet.

Es hat sich als recht zweckmäßig erwiesen, wenn in Ausgestaltung der Erfindung eine separate, an der Koppelelektrode angeschlossene Meßbuchse im Fußteil eingebaut ist. Dies ist die Voraussetzung dafür, daß um mit einem speziellen elektrischen Abschlußelement alle klimatischen Störeinflüsse, die das Meßergebnis verfälschen könnten, zu vermeiden.

Die Betriebszuverlässigkeit des Stützisolators läßt sich noch weiter verbessern, wenn der Überspannungsableiter in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmung versehen ist. Auf diese Weise läßt sich der Überspannungsableiter gegen elektromagnetische Felder abschirmen. Dadurch können unerwünschte Entladungen im Inneren des Überspannungsableiters vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Figur erläutert. Es zeigt:

Die Figur einen teilweise aufgeschnittenen erfindungsgemäßen Stützisolator.

In der teilweise aufgebrochenen Darstellung der Figur des erfindungsgemäßen Stützisolators 1 erkennt man den mit äußeren Rippen 2 versehenen Isolierkörper 4. Er besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Gießharz 6. Im Kopfteil 8 des Isolierkörpers 4 ist zur Symmetrieachse 10 des Isolierkörpers zentriert eine metallische Kopfbuchse 12 mit einer Gewindebohrung 14 eingegossen. Im Fußteil 16 des Isolierkörpers 4 ist eine zentrale Fußbuchse 18 mit einer Gewindebohrung 20 sowie eine seitliche Meßbuchse 22, die ebenfalls eine Gewindebohrung 24 trägt, eingegossen. Auf der der Kopfbuchse 12 zugewandten Seite der Fußbuchse 18 ist ein Überspannungsableiter 26 - im Ausführungsbeispiel ein Gasentladungsableiter - aufgeschraubt. Dieser trägt auf seiner, der Kopfbuchse 12 zugewandten Seite eine Elektrode 28 - auch Koppelelektrode genannt -, die zur Symmetrieachse 10 des Isolierkörpers 4 zentriert ist. Die Koppelelektrode 28 ist auf der dem Überspannungsableiter 26 zugewandten Seite als Kappe 30 ausgebildet, die den Überspannungsableiter vor elektrischen Feldern schützt. Die Kopfbuchse 12 des Stützisolators 1 trägt eine zur Symmetrieachse 10 zentrierte, zylinderförmige Drahtgitterelektrode 32, die die Koppelelektrode 28 im größeren Abstand umschließt. Die zentrale Koppelelektrode 28 ist innerhalb des Isolierkörpers über eine Verbindungsleitung 34 an die Meßbuchse 22 angeschlossen.

Im Ausführungsbeispiel steht der Stützisolator 1 auf einem hier nur angedeuteten geerdeten Grundrahmen 36. Er ist an diesem Grundrahmen 36 mittels Schraube 38 und Unterlegscheibe 40 befestigt. Die Schraube ist durch ein entsprechendes Loch 42 im Grundrahmen hindurchgeführt und an der Fußbuchse 18 des Stützisolators 1 festgeschraubt. Durch ein weiteres Loch 44 im Grundrahmen ragt der winkelförmiger Kabelstecker 46 in die Meßbuchse 22 hinein. Der Kabelstecker 46 ist in einem Innengewinde der Meßbuchse 22 festgeschraubt. Zwischen dem Gehäuse des Kabelsteckers 46 und der Meßbuchse ist ein ringförmiges, den Steckerzapfen umschließendes Quetschgummi 48 eingesetzt, das bei aufgeschraubtem Kabelstecker an dem Fußteil 16 des Isolierkörpers 4 um die Meßbuchse 22 herum angedrückt wird.

Der Hochspannungsstützer 1 trägt eine an seiner Kopfbuchse festgeschraubte Hoch- oder Mittelspannungsleitung (nicht dargestellt) und isoliert sie zugleich gegenüber dem geerdeten Grundrahmen 36, auf dem er steht. Der Stützisolator 1 ist über seine Fußbuchse 18 mittels der Schraube 38 und Unterlegscheibe 40 auf dem Grundrahmen 36 festgeschraubt. Dabei ist zugleich auch die Fußbuchse über die Schraube und Unterlegscheibe mit dem geerdeten Grundrahmen elektrisch leitend verbunden. Das an der Kopfbuchse befestigte zylinderförmige Drahtgitter 32 bildet zusammen mit der zentralen Koppelelektrode 28 einen Kondensator. Über die Verbindungsleitung 34 zwischen der zentralen Koppelelektrode 28 und der Meßbuchse 22 kann über den Kabelstecker und das Meßkabel der kapazitiv aufgenommene Verschiebungsstrom an ein Meß- oder Anzeigegerät weitergeleitet werden.

Bei der betriebsmäßig üblichen Spannung ist die zentrale Koppelelektrode 28 durch den Überspannungsableiter 26, der im Ausführungsbeispiel ein Gasentladungsableiter ist, gegenüber der Fußbuchse 18 und damit der Erde isoliert. Die in der zentralen Elektrode 28 durch den kapazitiven Verschiebungsstrom erzeugte Wechselspannung kann an einen am Kabelstecker 46 angeschlossenen, hier nicht dargestellten Spannungsmesser oder -anzeiger gemessen werden. An ihm kann abgelesen werden, ob die Hochspannungsleitung freigeschaltet ist oder nicht. Im Fall einer Überspannung an der zentralen Koppelelektrode 28, die etwa durch einen Durchschlag zwischen der zylinderförmigen Drahtgitterelektrode 32 und der Koppelelektrode 28 entstanden sein kann, wird diese Überspannung durch den Überspannungsableiter 26 auf die Fußbuchse 18 und über die Fußbuchse und die Befestigungsschraube 38 und Unterlegscheibe 40 im Fußteil 16 des Isolierkörpers 4 auf den geerdeten Grundrahmen 36 übertragen. Dadurch kann die Spannung an keinem Ort der Meßleitung und des Meßkabels einen Wert annehmen, der über jenem liegt, für die der Überspannungsableiter 26 eingestellt ist. Dadurch, daß der Überspannungsableiter im Isolierkörper, im vorliegenden Fall ein Gießharz, eingegossen ist, ist er auch vor klimatischen Einflüssen und sonstigen mechanischen und chemischen Angriffen geschützt. Durch den Einbau des Überspannungsableiters 26 in einer Abschirmkappe 30 der zentralen Elektrode 28 ist zugleich auch gewährleistet, daß keine elektrischen Felder an den inneren Elektroden des Überspannungsableiters elektrische Entladungen hervorrufen. Auch der Anschluß des Kabelsteckers 46 in die Meßbuchse 22 und die Umschließung des Anschlußzapfens des Kabelsteckers mit einem Quetschgummi 48 bewirkt, daß die Umgebung der Meßbuchse 22 von klimatischen Einflüssen abgeschirmt ist und auch an dieser Stelle keine Isolationsprobleme entstehen können. Letzteres wäre sehr gefährlich, denn bei einem Versagen der Isolierung würde die zentrale Elektrode geerdet werden und würde an dem hier nicht weiter dargestellten, am Elektrode 28 geerdet werden.

Dadurch würde an dem hier nicht weiter dargestellten, am Meßkabel angeschlossenen Überwachungsinstrument eine Freischaltung der Hochspannungsleitung angezeigt werden, ohne daß diese tatsächlich stattgefunden hat. Bei der bisher vorbekannten Befestigung des Meßkabels an der isolierten Befestigungsschraube im Stützerfuß konnten Isolationsschäden eine Freischaltung der Mittel- oder Hochspannungsleitung vortäuschen. Dadurch, daß die zentrale Koppelelektrode 28 unmittelbar am Überspannungsableiter 26 angeschlossen ist, ist bereits diese und damit auch die gesamte Verbindungsleitung 34 und das Meßkabel vor Überspannungen geschützt, so daß ein Überschleifen von unzulässigen Spannungen zuverlässig vermieden wird.

Alternativ wäre es auch möglich, statt des Gasentladungs-Überspannungsableiters einen anderen temperaturfesten Überspannungsableiter zu verwenden. In diesem Fall kann der Isolierkörper auch aus einer gesinterten Keramik bestehen. Statt des Einbaus des Überspannungsableiters in einer kalottenartigen Vertiefung der Koppelelektrode kann der Überspannungsableiter auch in einer separaten metallischen Kalotte eingebaut oder etwa zur Hälfte mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen werden. Dabei ist sicherzustellen, daß der Überzug nicht die beiden Elektroden des Überspannungsableiters bei der Betriebsspannung kurzschließt.


Anspruch[de]
  1. 1. Stützisolator (1) mit eingebautem kapazitiven Spannungsteiler (28, 32) und Überspannungsableiter (26), dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (28, 32) und der in Reihe zum Spannungsteiler (28, 32) geschaltete Überspannungsableiter (26) in dem aus einem Gießharz bestehenden Isolierkörper (4) eingegossen sind, wobei der Spannungsteiler (28, 32) und der Überspannungsableiter (26) zur Symmetrieachse des Isolierkörpers (4) fluchtend angeordnet sind.
  2. 2. Stützisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (28, 32) eine zur Symmetrieachse (10) des Isolierkörpers (4) fluchtende, stabförmige Koppelelektrode (28) mit Meßanschluß (34, 22, 46) und eine diese zylindrisch umschließende, mit der Verschraubung (14) am Kopfteil (8) elektrisch leitend verbundene, Gitterelektrode (32) umfaßt.
  3. 3. Stützisolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsbuchse (18) im Fußteil (16) geerdet und mit dem erdseitigen Kontakt des Überspannungsableiters (26) leitend verbunden ist.
  4. 4. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine separate, an der Koppelelektrode (28) angeschlossene Meßbuchse (22) im Fußteil (16) eingebaut ist.
  5. 5. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter (26) unmittelbar an der zentralen Koppelelektrode (28) angeordnet ist.
  6. 6. Stützisolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter (26) mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmung (30) versehen ist.
  7. 7. Stützisolator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbuchse (22) neben der zentralen Fußbuchse (18), die zur Befestigung des Stützers auf der Unterlage (36) dient,an der Unterseite des Fußteils (16) angeordnet ist.
  8. 8. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbuchse (22) bei aufgesetztem Stecker (46) durch ein zwischen Stecker und Meßbuchse eingesetztes Quetschgummi (48) vor Klimaeinwirkungen geschützt ist.
  9. 9. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Überspannungsableiter (26) zugewandte Seite der zentralen Koppelelektrode (28) als Abschirmung (30) für den Überspannungsableiter (26) ausgebildet ist.
  10. 10. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Überspannungsableiter (26) ein Gasentladungsableiter verwendet ist.
  11. 11. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (28, 32), der Überspannungsableiter (26), die Kopfbuchse (12) und die Fußbuchse (18) in einen aus einem Gießharz bestehenden Isolierkörper (4) eingegossen sind.






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