Gekapselter Überspannungsabieiter mit Zentraldurchführung Die Erfindung betrifft einen gekapselten Überspannungsablei- ter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Überspannungsabieiter 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 Überspannungsabieiter umfasst ein oder mehrere zylindrische Ableitelemente, die eine aus einzelnen ebenfalls zylindrischen Varistorelementen aufgebaute Varistorsäule 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 Ableitelement wird an beiden Enden von End ^¬ armaturen 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 Zugele- mente umgeben dabei die Varistorsäule und bilden so einen Kä ^¬ fig um diese.

Für den Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen weisen Über- spannungsableiter ein fluiddichtes Gehäuse auf, das ein oder mehrere Ableitelemente umgibt. Das Gehäuse ist dabei zur Er ^¬ höhung der Durchschlagfestigkeit mit einem Fluid, meist

Schwefelhexafluorid gefüllt. Das Gehäuse besteht meist aus Metall und ist elektrisch geerdet. Eine Endarmatur des Ab- leitelementes ist über einen durch das Gehäuse geführten Kontakt geerdet. Die andere Endarmatur ist über eine Hochspan ^¬ nungsdurchführung mit einem an der Außenseite des Gehäuses befindlichen Kontakt elektrisch verbunden, der dem Anschluss an die Schaltanlage dient. Insbesondere größere Überspan ^¬ nungsabieiter besitzen häufig an ihrem hochspannungsseitigen Ende eine Steuerhaube, die als einseitig verschlossener Zy ^¬ linder über das Ende der Varistorsäule gestülpt ist. Im ein ^¬ fachsten Fall ist die Varistorsäule mit den Endarmaturen und die erdseitige Endarmatur mit dem Gehäusedeckel elektrisch verbunden, so dass eine elektrische Verbindung von der Varistorsäule mit dem Gehäuse besteht. Über die Erdung des Ge ^¬ häuses wird dann die Verbindung der Varistorsäule zur Erde hergestellt. Sollen auftretende Ableitvorgänge registriert werden, muss die Varistorsäule an eine außerhalb des fluid- dichten Gehäuses angeordnete Überwachungseinrichtung angeschlossen werden. Dazu wird ein vom Gehäuse getrennter Erdungspfad der Varistorsäule benötigt. Um diesen bereitzustel ^¬ len, muss eine elektrische Verbindung elektrisch isoliert vom Gehäuse von der Varistorsäule zu einem außerhalb des Gehäuses liegenden Kontakt geführt werden.

Aus der älteren deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2011 077 394.0 ist ein gattungsgemäßer Über- spannungsableiter bekannt mit einer Durchführung im erdseiti- gen Gehäusedeckel, zwischen dem Ableitelement und der Gehäu ^¬ sewand. Die elektrische Verbindung zwischen der Varistorsäule und der Durchführung wird über ein Kabel hergestellt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überspannungsabieiter anzugeben, der eine erleichterte Montage und eine kompaktere Bauform ermöglicht.

Die Aufgabe wird mit den Mitteln der Erfindung gemäß Patent- anspruch 1 gelöst.

Dabei weist ein Überspannungsabieiter eine in einem geerdeten metallischen Gehäuse angeordnete Ableitsäule auf. Die Ableit- säule umfasst ein Ableitelement, Zugelemente sowie eine erd- seitige und eine hochspannungsseitige Endarmatur. Das Ableit ^¬ element ist zwischen den Endarmaturen mittels der Zugelemente eingespannt. Weiterhin weist der Überspannungsabieiter eine elektrische Durchführung mit einem gegenüber dem Gehäuse isolierten Strompfad vom Inneren des Gehäuses zum Äußeren des Gehäuses auf. Erfindungsgemäß ist eine Längsachse der Durch ^¬ führung koaxial mit einer Längsachse des Ableitelementes an ^¬ geordnet und das Ableitelement über Verbindungsmittel mit der Durchführung elektrisch verbunden. Die Verbindungsmittel bilden dabei eine elektrische Verbindung zwischen Ableitelement und Durchführung aus, die gegen die erdseitige Endarmatur elektrisch isoliert ist und die durch eine Durchgangsöffnung in der erdseitigen Endarmatur geführt ist.

Indem die Durchführung durch eine Durchgangsöffnung in der erdseitigen Endarmatur geführt ist, wird kein zusätzlicher Bauraum neben der Endarmatur mit entsprechendem Isolationsabstand für die Durchführung benötigt, der Überspannungsablei- ter kann dadurch kompakter aufgebaut werden. Auch in axialer Richtung führt diese Lösung zu kleineren Abmessungen, da der Bauraum im Inneren der Endarmatur für die Durchführung genutzt werden kann. Außerdem ist ein einfaches Vormontieren des Blocks aus Ableitelement, Endarmaturen und Zugelemente sowie der Durchführung möglich und der Zusammenbau kann durch die koaxiale Anordnung durch einfaches Zusammenstecken erfolgen, was die Montage vereinfacht.

Besonders vorteilhaft ist das Gehäuse fluiddicht ausgebildet und mit einem Isoliergas gefüllt. Insbesondere wenn als Iso ^¬ liergas Schwefelhexafluorid verwendet wird, lassen sich durch die gegenüber Luft geringeren Isolationsabstände sehr kompakte Überspannungsabieiter konstruieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gehäuse einen Gehäusedeckel auf, auf dem die erdseitige Endarmatur angeord ^¬ net ist. Die Durchführung führt dabei durch den Gehäusede- ekel. Dadurch lassen sich Durchführung und Ableitsäule leicht außerhalb des Gehäuses montieren und zusammenbauen.

Vorzugsweise weist der Gehäusedeckel eine Druckausgleichsvor- richtung zum Ausgleichen eines Überdruckes im Inneren des Gehäuses auf.

Ferner wird bevorzugt, dass der Gehäusedeckel eine ver ^¬ schließbare Revisionsöffnung aufweist. Eine Revisionsöffnung erlaubt das einfache Öffnen des Gehäuses zu Wartungszwecken.

Es wird auch bevorzugt, dass der Gehäusedeckel eine Füll- und Ablassvorrichtung für Isoliergas aufweist. Mit der Füll- und Ablassvorrichtung kann das Gehäuse, ohne es zu öffnen, mit Isoliergas gefüllt werden oder zu Wartungszwecken das Iso ^¬ liergas aus dem Gehäuse entnommen werden. Damit ist gewährleistet, dass dabei kein Isoliergas in die Atmosphäre entwei ^¬ chen kann. Durch die Unterbringung von Druckausgleichsvorrichtungen und/oder Revisionsöffnungen und/oder Füll- und Ablassvorrichtungen im Gehäusedeckel lässt sich das Gehäuse einfacher kon ^¬ struieren . Besonders vorteilhaft weisen die Verbindungsmittel einen Erd ^¬ kontakt und ein in Richtung der Längsachse der Durchführung federelastisches Element auf. Dabei weist der Erdkontakt eine ebene Auflagefläche, auf der sich das Ableitelement abstützt, und eine Aufnahme für das federelastische Element auf. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine besonders zuverlässige elektrische Verbindung.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ableitelement durch ein elektrisch isolierendes Distanzelement von der erdseitigen Endarmatur beabstandet. Das Ableitelement ist dadurch elektrisch von der Endarmatur isoliert. Dies verhindert vorteilhaft elektrische Überschläge zwischen Ableitele ^¬ ment und Endarmatur. Besonders vorteilhaft ist das Distanzelement rohrförmig aus ^¬ gebildet und das federelastische Element zumindest teilweise innerhalb des Distanzelementes angeordnet. Dadurch wird eine besonders kompakte Konstruktion möglich. Damit Isoliergas in das Rohrinnere des Distanzelementes eindringen kann, kann das Distanzelement Öffnungen in der Rohrwand aufweisen.

Vorzugsweise ist die Aufnahme des Erdkontaktes als ringförmi ^¬ ger Ansatz zur Führung des Distanzelementes und/oder des federelastischen Elementes ausgebildet. Durch die Führung von Distanzelement und/oder federelastischem Element wird die Montage erleichtert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erdseitige Endarmatur durch den Gehäusedeckel gebildet wird. Die Zugelemente der Ableitsäule sind dabei auf der Erdseite direkt im Gehäusedeckel verankert und fixieren somit das Ableitelement am Gehäusedeckel. Der Gehäusedeckel bildet so die erdseitige Endarmatur, was beson ^¬ ders materialeffizient ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters ,

Figur 2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Ge ^¬ häusedeckels mit einer elektrischen Durchführung,

Figur 3 eine perspektivische Schnittdarstellung des erdsei- tigen Endes des Aktivteils eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters ,

Figur 4 eine alternative Ausführungsform eines erfindungs ^¬ gemäßen Überspannungsabieiters. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Figur 1 ist das fertig montierte erdseitige Ende eines erfindungsgemäßen Überspannungsabieiters 1 ohne Gehäuse dar ^¬ gestellt. Ein Ableitelement 2 ist aus mehreren säulenartig zusammengesetzten Varistorelementen aufgebaut und zwischen zwei Endarmaturen 5, einer erdseitigen und einer hochspan- nungsseitigen, von denen hier nur die erdseitige dargestellt ist, mit Hilfe von Zugelementen 7, von denen hier nur eines dargestellt ist, eingespannt. Die Zugelemente 7 sind parallel zur Längsachse 30 des Ableitelementes 2 angeordnet und umge ^¬ ben dieses in radialer Richtung. Durch die Längsachse 30 des Ableitelementes 2 ist eine axiale Richtung definiert. Die Zugelemente 7 sind häufig aus glasfaserverstärktem Kunststoff und mit Befestigungsbuchsen 8, die auf die Zugelemente 7 auf- gecrimpt, aufgepresst oder geklebt werden, in den Endarmatu ^¬ ren 5 verankert. Am hier nicht dargestellten hochspannungs- seitigen Ende des Ableitelementes 2 sind die Zugelemente 7 in ähnlicher Weise in einer Endarmatur 5 befestigt. An der erdseitigen Stirnseite des Ableitelementes 2 ist ein scheiben ^¬ förmiger Erdkontakt 3 angeordnet. Ein rohrförmiges Distanz ^¬ element 17 zwischen Erdkontakt 3 und Endarmatur 5 beabstandet in axialer Richtung das Ableitelement 2 von der Endarmatur 5 und stellt so einen ausreichenden Isolationsabstand zwischen Erdkontakt 3 und Befestigungsbuchse 8 beziehungsweise Erdkon ^¬ takt 3 und Endarmatur 5 sicher. Das Distanzelement 17 taucht dabei in axialer Richtung in eine kreisförmige Öffnung 23 in der Endarmatur 5 ein und stützt sich an einem radialen Vor- sprung 24 in dieser Öffnung 23 ab. Das Distanzelement 17 ist aus einem form- und temperaturbeständigen elektrisch isolierenden Material gefertigt und weist insbesondere eine hohe Biegefestigkeit auf. Häufig wird hier ein verstärkter, insbe ^¬ sondere ein glasfaserverstärkter Kunststoff verwendet. Da- durch, dass das Distanzelement 17 aus einem elektrisch iso ^¬ lierenden Material gefertigt ist, ist das Ableitelement 2 ge ^¬ gen die erdseitige Endarmatur 5 elektrisch isoliert. Der Erd ^¬ kontakt 3 weist auf seiner dem Ableitelement 2 abgewandten Stirnseite einen ringförmigen Ansatz 21 auf. Dieser weist einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Distanzelementes 17 entspricht, so dass die radial außen liegen ^¬ de Seite des Ansatzes 21 als Führung für das Distanzelement 17 dient. Der auch Aktivteil 18 genannte Block aus Ableitele ^¬ ment 2, Endarmaturen 5, Zugelementen 7 mit Befestigungsbuchsen 8, sowie dem Distanzelement 17 kann so leicht vormontiert werden. Figur 3 zeigt das erdseitige Ende eines solchen Ak ^¬ tivteils 18, jedoch ist nur eines von mehreren Zugelementen 7 dargestellt.

Figur 1 zeigt weiterhin die erdseitige Gehäusewand des Gehäu ^¬ ses, die durch einen Gehäusedeckel 4 gebildet ist. Eine

Durchführung 10 ist durch eine Öffnung in dem Gehäusedeckel 4 hindurchgeführt. Die Durchführung 10 weist dabei ein Isolier ^¬ rohr 13, eine äußere Isolierbuchse 12, eine innere Isolierbu ^¬ ches 14 und einen Durchführungsleiter 11 auf. Zur Montage der Durchführung 10 wird zunächst das Isolierrohr 13 in die Öff ^¬ nung des Gehäusedeckels 4 eingeführt. Das Isolierrohr 13 ragt dabei auf beiden Seiten aus der Öffnung hervor. Über den überstehenden Teil des Isolierrohres 13 wird nun auf der In ^¬ nenseite des Gehäusedeckels 4 die innere Isolierbuchse 14 aufgesetzt. Diese ist ebenfalls rohrförmig und weist einen Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Isolier- rohres 13 entspricht. Die Isolierbuchse 14 steht dabei in axialer Richtung über das gehäuseinnere Ende des Isolierrohres 13 über. Isolierrohr 13 und innere Isolierbuchse 14 sind so koaxial zur Längsachse 30 angeordnet. Auf der Außenseite des Gehäuses wird eine äußere Isolierbuchse 12 auf das gehäu- seaußenseitige Ende des Isolierrohres 13 aufgesetzt. Die äu ^¬ ßere Isolierbuchse 12 weist dabei eine ringförmige Vertiefung 29 auf, die das gehäuseaußenseitige Ende des Isolierrohres 13 aufnimmt. Ein ringförmiger Ansatz 28 der äußeren Isolierbuchse 12 ragt auf der radialen Innenseite des Isolierrohres 13 in axialer Richtung in dieses hinein. Ein Durchführungsleiter 11, hier als Metallbolzen dargestellt, wird dann von der Gehäuseaußenseite durch die äußere Isolierbuchse 12, durch das Isolierrohr 13 bis auf die Gehäuseinnenseite geführt. Das ge- häuseinnenseitige Ende des Durchführungsleiters 11 steht da ^¬ bei über die innere Isolierbuchse 14 über und ragt in das Ge ^¬ häuse hinein. Ein Anschlag, beispielsweise eine Mutter, am gehäuseaußenseitigen Ende des Durchführungsleiters 11 be- grenzt dessen Eindringtiefe. Über das gehäuseinnere Ende des Durchführungsleiters 11 wird eine Unterlegscheibe 15 gelegt, die auf der inneren Isolierbuchse 14 aufliegt und dann mit einer Mutter 16 fixiert wird. Die äußere Isolierbuchse 12 weist an ihren Stirnflächen Dichtungen 22, wie beispielsweise O-Ringe, auf, die die äußere Isolierbuchse 12 gegen das Ge ^¬ häuse, hier gegen den Gehäusedeckel 4, und gegen den Durchführungsleiter 11 abdichten. Die Durchführung 10 stellt somit eine gasdichte elektrische Verbindung von der Innenseite des Gehäuses zur Außenseite des Gehäuses dar, die gegen das Ge- häuse elektrisch isoliert ist. Figur 2 zeigt einen Gehäusede ^¬ ckel 4 mit einer solchen fertig montierten Durchführung 10.

Des Weiteren zeigt Figur 1 den Gehäusedeckel 4 mit Durchführung 10 und Aktivteil 18 in zusammengebautem Zustand. Die Endarmatur 5 ist am Gehäusedeckel 4 mittels Schrauben 6 be ^¬ festigt. Die innere Isolierbuchse 14 mit dem gehäuseinneren Ende des Durchführungsleiters 11 ragt dabei zumindest teil ^¬ weise in das Distanzelement 17 hinein. Über ein federelasti ^¬ sches Element 9, hier eine Schraubenfeder, die im Inneren des Distanzelementes 17 zwischen Erdkontakt 3 und Unterlegscheibe 15 angeordnet ist, ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Erdkontakt 3 und der Durchführung 10 hergestellt. Erdkon ^¬ takt 3 und federelastisches Element 9 stellen so Verbindungs ^¬ mittel dar, die das Ableitelement 2 mit der Durchführung 10 elektrisch verbinden. Die radiale Innenseite des Ansatzes 21 des Erdkontaktes 3 stellt eine Aufnahme für das federelasti ^¬ sche Element 9 bereit, das durch diese Aufnahme geführt und zentriert wird. Damit Isoliergas in das Innere des Distanz ^¬ elementes 17 eindringen kann, sind Öffnungen 20 in der Wand des Distanzelementes 17 vorgesehen. Ein elektrischer Strompfad führt nun vom Ableitelement 2 über den Erdkontakt 3, das federelastische Element 9, Unterlegscheibe 15, Mutter 16 und Durchführungsleiter 11 auf die Außenseite des Gehäuses. Die- ser Strompfad führt elektrisch gegen Endarmatur 5 und Gehäuse isoliert durch die Endarmatur 5 und durch die Gehäusewand, hier den Gehäusedeckel 4, hindurch. Obwohl in den Figuren 1 und 3 nur jeweils ein Aktivteil 18 und eine Durchführung 10 gezeigt ist, kann ein erfindungsge ^¬ mäßer Überspannungsabieiter 1 auch in einem Gehäuse mehrere Aktivteile 18 aufweisen. Jedem Aktivteil 18 ist dann eine ei ^¬ gene Durchführung 10, die jeweils koaxial zum Ableitelement 2 des jeweiligen Aktivteils 18 angeordnet ist, zugeordnet.

Die Figur 4 zeigt weitere Ausgestaltungen der Erfindung. Hier wird die erdseitige Endarmatur durch den Gehäusedeckel 4 ge ^¬ bildet. Die Zugelemente 7 sind mittels der Befestigungsbuch- sen 8 direkt am Gehäusedeckel 4 befestigt, der somit die erd ^¬ seitige Endarmatur bildet. Der Gehäusedeckel 4 schließt das Gehäuse 19 an einer Stirnseite ab. Dichtungen 32 gewährleis ^¬ ten dabei Gasdichtheit. In einem Gehäuse 19 sind hier mehrere Aktivteile 18 untergebracht. Jedem Aktivteil 18 ist eine ei- gene Durchführung 10 zugeordnet. Die beiden Aktivteile 18 weisen eine gemeinsame erdseitige Endarmatur auf, die hier durch den Gehäusedeckel 4 bereitgestellt wird.

Der Gehäusedeckel 4 weist außerdem eine Druckausgleichsvor- richtung 25 auf. Bei dieser Druckausgleichsvorrichtung 25 deckt eine Berstscheibe 26 eine ringförmige Öffnung im Gehäu ^¬ sedeckel 4 ab. Die Berstscheibe 26 ist auf der Gehäuseinnen ^¬ seite mit einem ringförmigen Flansch 31 befestigt. Dichtungen 33 dichten die Berstscheibe 26 gegen den Gehäusedeckel 4 gas- dicht ab. Entsteht im Gehäuse 19 ein Überdruck, birst die Berstscheibe 26 und entlässt den Überdruck ins Freie, eine Beschädigung des Gehäuses 19 wird damit verhindert. Eine Aus ^¬ blasschute 27 auf der Außenseite der Öffnung lenkt die aus ^¬ strömenden Gase in eine gewünschte Richtung ab. Anstatt oder zusätzlich zu der Druckausgleichsvorrichtung 25 kann der Gehäusedeckel 4 eine Füll- und Ablassvorrichtung für Isoliergas und/oder eine Revisionsöffnung aufweisen. Die Füll- und Ablassvorrichtung für Isoliergas dient dabei dazu, Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, in das Gehäuse 19 einzu ^¬ füllen oder aus dem Gehäuse abzulassen. Die Füll- und Ablass ^¬ vorrichtung ist dabei so ausgestaltet, dass kein Isoliergas unkontrolliert entweichen kann. Die Revisionsöffnung dient dazu, beispielsweise zu Montage-, Wartungs- oder Kontrollzwe ^¬ cken, an Elemente im Inneren des Gehäuses 19 zu gelangen, ohne diese zerlegen zu müssen.