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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Überspannungsschutz von Niederspannungsanlagen mit vorgegebener Nenn-bzw. Betriebsspannung, welche aus einem gasgefüllten Überspannungsableiter und einem parallelgeschalteten spannungsabhängigen Widerstand besteht.
Unter Niederspannungsanlagen werden dabei Anlagen mit einer Nenn- oder Betriebsspannung bis etwa 1000 V verstanden, insbesondere also Einrichtungen der allgemeinen Stromversorgung mit Gleichoder Wechselspannung, z. B. 120 bis 220/380 V, 290/500 V oder 660 V, aber ebenso auch nieder-oder kleinspannungsbetriebene Fernmelde-, Mess-, Steuer-und Regelanlagen.
Solche Anlagen sind durch Überspannungen gefährdet, die ihren Ursprung beispielsweise in
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den Anlagen selbst haben.
Zum Schutz von Niederspannungsanlagen vor solchen Überspannungen wurden bisher vor allem zwei Bauteile verwendet, nämlich gasgefüllte Überspannungsableiter und spannungsabhängige Widerstände.
Die Hauptvorteile gasgefüllter Überspannungsableiter liegen in ihrem hohen Widerstand im Ruhezustand und dem grossen Ableitvermögen sowohl für energiereiche Einzelimpulse wie auch für Dauerströme. Sie haben jedoch den Nachteil, nach einmal erfolgter Zündung auch nach dem Abklingen der Überspannung nicht mehr zu löschen, wenn die Betriebsspannung der zu schützenden Anlage bei hochohmiger Speisung über der Glimmbrennspannung des Ableiters (100 bis 150 V) oder bei niederohmiger Speisung über der Bogenbrennspannung (10 bis 25 V) liegt. In diesem Fall müssen Sicherungen oder Leitungsschutzschalter den Strom unterbrechen und damit die Anlage ausser Betrieb setzen.
Um einen sicheren Schutz zu erhalten, wird die Ansprechspannung der Ableiter aber bei bekannten Anordnungen so knapp wie möglich über der Nenn- oder Betriebsspannung der Anlage gewählt, im allgemeinen wenig höher als das 1, 2fache der Nenn-oder Betriebsspannung. Das führt dann zu sehr häufigem Ansprechen der Ableiter und damit zu den erwähnten Betriebsunterbrechungen, wenn vor allem interne Schaltvorgänge in der Anlage selbst zahlreiche Überspannungen erzeugen. Solche Betriebsunterbrechungen sind störend, oft kostspielig und in vielen Fällen untragbar.
Spannungsabhängige Widerstände (VDR), insbesondere Varistoren, d. h. Widerstände mit einem negativen Spannungsexponenten des Widerstandes, zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Widerstand mit zunehmender Spannung kleiner wird. Sie eignen sich daher prinzipiell zum Schutz vor Überspannungen, haben aber den Nachteil, dass ihre begrenzte Leistungsaufnahme die Ableitung energiereicher Überspannungen unmöglich macht. Stärkere Ströme zerstören das Schutzelement, ohne dass diese Störung ohne weiters bekannt wird. Der Schutz der Anlage ist dann nicht mehr vorhanden.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, mussten bisher die Varistoren erheblich überdimensioniert werden, oder es mussten Varistoren mit einem relativ niedrigen Spannungsexponenten des Widerstandes verwendet werden, um bei zu starkem
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einem bekannten gasgefüllten Überspannungsableiter ein spannungsabhängiger Widerstand parallel geschaltet wird. Jedoch litten solche kombinierten Schaltungen unter dem Mangel, dass sie nicht vor mechanischen Beschädigungen, vor Feuchtigkeit und Korrosion geschützt waren und dass sie eine schlechte Wärmeleitung aufwiesen, so dass dadurch die Betriebssicherheit beeinträchtigt wurde. Weiterhin sind diese Anordnungen nicht auf einfache Weise auswechselbar oder überprüfbar.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und insbesondere die Schaffung einer betriebssicher arbeitenden Überspannungsschutz-Anordnung für Niederspannungsanlagen. Eine solche Anordnung soll vor mechanischen Beschädigungen, vor Feuchtigkeit und Korrosion geschützt sein, eine gute Wärmeableitung aufweisen und einfach auswechselbar und überprüfbar sein.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass bei einer Anordnung der eingangs angegebenen Art der spannungsabhängige Widerstand und der gasgefüllte Überspannungsableiter nebeneinander zwischen zwei parallelen Metallschienen angeordnet sind. Durch diese metallische Verbindung werden die gewünschte gute Wärmeableitung sowie gleichzeitig ein Schutz vor mechanischen Beschädigungen, vor Feuchtigkeit und Korrosion erreicht. In einer zweckmässigen Weiterbildung sind die Metallschienen mit U-förmigem Profil ausgestaltet, wodurch, abgesehen von der weiter verbesserten Wärmeableitung, auch ein seitlicher Schutz vor äusseren Einflüssen geschaffen wird.
Besonders zweckmässig ist es in diesem Fall,
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wenn die in der Regel zylinderförmig ausgebildeten, gasgefüllten Überspannungsableiter und spannungsabhängigen Widerstände achsenparallel nebeneinander und senkrecht zur Metallschienenfläche angeordnet sind. Dadurch werden die besonders empfindlichen Endteile am wirkungsvollsten geschützt und insbesondere erfolgt die Wärmeableitung direkt von den Elektroden auf die Metallschienen. Ein noch weitergehender Schutz der empfindlichen spannungsabhängigen Widerstände kann durch Vergiessen in einer Isoliermasse erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. l die Prinzipschaltung der erfindungsgemässen Anordnung, Fig. 2 ein Diagramm zur Erklärung der Wirkungsweise und Fig. 3 ein Beispiel der mechanischen Ausführung einer erfindungsgemässen Anordnung.
Fig. 1 zeigt die Prinzipschaltung einer Überspannungsschutz-Anordnung, bei welcher die geschützte Niederspannungsanlage A zwischen den Versorgungsleitungen-Li und L2-- liegt. Die parallel zur Niederspannungsanlage A geschaltete Überspannungssehutz-Anordnung besteht aus der Parallelschaltung eines an sich bekannten gasgefüllten Überspannungsableiters-G-- und eines spannungsabhängigen Widerstandes, z. B. eines Varistors-V--.
Dabei sind nun die Charateristiken des gasgefüllten Überspannungableiters -G- und des Varistors - zueinander und gegenüber der Nenn- und Betriebsspannung UB so gewählt, dass beide Bauelemente sich gegenseitig ergänzen, u. zw. in der Weise, dass das eine Bauelement gerade in dem Überspannungsbereich wirksam wird, wo das andere die von vorbekannten Anordnungen bekannten Nachteile zeigt.
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werden, dass der Überspannungsableiter nur bei den nur selten zu erwartenden hohen und energiereichen Überspannungen, z. B. Kernexplosionen, anspricht. Die häufiger auftretenden niedrigen und energieschwachen Überspannungen, wie sie vor allem durch interne Schaltvorgänge erzeugt werden, können also nicht mehr zum Ansprechen des Überspannungsableiters führen.
Die Ableitung solcher Überspannungen übernimmt allein der Varistor, so dass bei solchen niedrigen Überspannungen keine Betriebsunterbrechung mehr stattfinden kann, jedoch führen bei energiereichen Überspannungen dank der Kennlinie des Varistors die entstehenden hohen Ströme zu einem grossen Spannungsabfall, wodurch der Gasentladungs- Überspannungsableiter gezündet wird, so dass in allen Fällen ein sicherer Schutz gewährleistet ist.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass einerseits sämtliche in der Praxis auftretenden Arten von Überspannungen sicher abgeleitet werden und dass dabei die gesamte Anordnung ihre Funktionsfähigkeit behält. Anderseits ist durch die Wahl der Ansprechspannung des Gasentladungs-Überspannungsableiters sichergestellt, dass der Varistor-Strom auf einen Wert I begrenzt wird und somit der Varistor nicht zerstört wird und seine Funktionsfähigkeit behält, u. zw. auch bei grösseren Spannungsexponenten, wie z. B. 5,
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemässen Ausbildung einer Überspannungsschutz-Anordnung.
Dabei sind der gasgefüllte Überspannungsableiter--G--und der Varistor --V-- nebeneinander zwischen zwei Metallschienen-Mi und M2-- angeordnet, In dem beschriebenen Beispiel haben der gasgefüllte Überspannungsableiter --G-- und der Varistor --V-- Zylinderform mit Kontaktflächen an beiden Enden.
Die Achsen beider Zylinder sind parallel zueinander und senkrecht zu den Mittelflächen der beiden
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und Mspannungsableiters --G-- und des Varistors --V-- leitend verbunden sind. Um eine leichtere Auswechselbarkeit und Überprüfbarkeit zu gewährleisten, ist es zweckmässig, die Ränder der Metallschienen-Mi und M2-- so umzubiegen und zu dimensionieren, dass ihr Profil und ihre Abmessungen denen bekannter Stecksockel entspricht, wie sie beispielsweise in Telephonanlagen Verwendung finden, beispielsweise mit U-Profil, mit stumpfen Winkeln, wie in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist an der Frontseite ein Isolierteil --S-vorgesehen, an dessen beiden Seiten die Metallflächen-Mi und M2-- befestigt sind. Zwischen den
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vergossen sein.
Damit wird ein Schutz des Varistors vor mechanischen Beschädigungen, Feuchtigkeit und Korrosion, sowie eine gute Wärmeableitung und eine zusätzliche Stützung der Schienen erreicht.
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Ausserdem zeichnet sich eine solche Anordnung durch eine besonders kleine Induktivität aus, so dass auch bei grossen und raschen Stromänderungen die induzierten Spannungen klein bleiben und somit die Wirksamkeit der Anordnung zusätzlich verbessert wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zum Überspannungsschutz von Niederspannungsanlagen mit vorgegebener Nenn- bzw.
Betriebsspannung, welche aus einem gasgefüllten Überspannungsableiter und einem parallelgeschalteten
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