DE10058977A1

DE10058977A1 - Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter

Info

Publication number: DE10058977A1
Application number: DE2000158977
Authority: DE
Inventors: Edmund Zaeuner; Georg Wittmann
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: DE10058977B4; ZA200303854B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen stoßstromfesten Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse im wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten gekapselten Funkenstrecken, wobei die Funkenstrecken gegenüberliegende, hervorstehende Kontaktflächen mit Bohrungen und Innengewinde aufweisen, die mit äußeren Anschlußklemmen sowie inneren Kontaktschienen oder -brücken verbunden sind, wobei weiterhin eine der Kontaktschienen oder -brücken zum Wechsel der Verdrahtungsebene vorgesehen ist. DOLLAR A Diese Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke weist eine im wesentlichen Z-Form mit zwei kurzen, entgegengesetzt gerichteten und einem längeren Verbindungsschenkel auf, wobei in den kurzen Schenkeln Paßbohrungen oder Aussparungen eingebracht sind, welche dem Außenmaß der jeweiligen hervorstehenden Kontaktfläche der Funkenstrecke entsprechen. Weiterhin ist die Materialstärke mindestens der kurzen Schenkel im wesentlichen gleich oder kleiner als das Höhenmaß des Kontaktflächenvorsprungs der Funkenstrecke, wobei der lange Schenkel im Bauraumabstand zwischen zwei der Funkenstrecken verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrpoligen stoßstromfesten Über spannungsableiter mit in einem Gehäuse im wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten, gekapselten Funkenstrecken, wobei die Funkenstrecken gegenüberliegende, hervorstehende Kontaktflächen mit Bohrung und Innengewinde aufweisen, die mit äußeren Anschlußklemmen sowie inneren Kontaktschienen oder -brücken verbunden sind, wobei weiterhin eine der Kontakt schienen oder -brücken zum Wechsel der Verdrahtungsebene vor gesehen ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mehrpolige Überspannungsableiter, die bis zu 100 kA stoßstrom fest sind und die in einem Gehäuse mehrere gekapselte Funken strecken enthalten, sind bekannt.

Bei einer sogenannten 3 + 1-Schaltung werden auf der einen Seite des Gehäuses die Phasen sowie der Nulleiter herangeführt, wobei der PE-Anschluß auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses vorgesehen ist.

Bei derartigen Ausführungsformen von mehrpoligen Überspan nungsableitern in einem Gehäuse ist also ein interner Ver drahtungsebenen-Wechsel erforderlich.

Wird eine solche interne Verdrahtung durch eine zusätzliche Brücke realisiert, sind mindestens zwei weitere Schraub- oder Schweißverbindungen zur elektrischen Kontaktierung erforder lich. Aufgrund der Tatsache, daß eine derartige Brücke einer sehr hohen mechanischen Belastung bei den erwähnten möglichen Stoßströmen bis in den Bereich um 100 kA ausgesetzt ist, muß für eine entsprechende Dimensionierung und mechanische Aus führung Sorge getragen werden.

Ein weiteres Problem bei den Ausführungsformen von mehrpoligen Ableitern mit Verdrahtungsebenen-Wechsel besteht darin, daß nach Möglichkeit kein zusätzlicher Bauraum für die Brücke selbst in Anspruch genommen werden soll, um die Außenab messungen des Gehäuses nicht zu verändern bzw. um Standard gehäuse einzusetzen, die auch für andere Applikationen geeignet sind.

Aus dem Vorstehenden ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weitergebildeten mehrpoligen stoßstromfesten Überspannungsab leiter mit in einem Gehäuse im wesentlichen parallel angeord neten, intern verdrahteten gekapselten Funkenstrecken anzu geben, der insbesondere für eine sogenannte 3 + 1-Schaltung verwendet werden kann, und welcher in besonders kostengünstiger und einfacher konstruktiver Weise einen internen Verdrahtungs ebenen-Wechsel ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem mehr poligen stoßstromfesten Überspannungsableiter nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Demnach besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke aus einem Flachmaterial in im wesentlichen Z-Form auszubilden, wobei die Befestigung und elektrische Kontaktierung über eine Passung, im wesentlichen lediglich auf Formschluß basierend, realisiert ist.

Erfindungsgemäß werden vorhandene hervorstehende Kontaktflächen an den Funkenstrecken genutzt, um über diese quasi Bolzen die Befestigung und Kontaktierung der Verdrahtungsebenen-Wechsel brücke zu erreichen.

Wie erwähnt, besitzt die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke eine im wesentlichen Z-Form mit zwei kurzen, entgegengesetzt gerichteten und einem längeren Verbindungsschenkel. Der längere Verbindungsschenkel kann mit einer Isolationsumhüllung versehen sein.

In den kurzen Schenkeln sind Paßbohrungen oder Aussparungen eingebracht, welche dem Außenmaß der jeweiligen hervorstehenden Kontaktflächen der Funkenstrecke entsprechen.

Weiterhin ist die Materialstärke mindestens der kurzen Schenkel im wesentlichen gleich oder einen geringen Betrag kleiner als das Höhenmaß des Kontaktflächenvorsprungs der jeweiligen Funkenstrecke. Die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke ist dann im Außengehäuse des Überspannungsableiters so angeordnet, daß der lange Schenkel im Bauraumabstand zwischen zwei der Funken strecken verläuft.

Zur internen Verbindung sowie zur Aufnahme von äußeren Anschlußklemmen erforderliche Kontaktschienen sind bei einer Ausführungsform der Erfindung als metallische Winkelelemente ausgebildet, wobei ein erster Winkelschenkel kraftschlüssig mit der jeweiligen hervorstehenden Kontaktfläche der Funkenstrecke verbunden und über diesen Schenkel ein formschlüssiger Halt im Gehäuse gegeben ist. Ein zweiter Winkelschenkel nimmt die an gegebenen äußeren Anschlußklemmen auf oder dient der Befesti gung dieser.

Der erste Winkelschenkel der Kontaktschienen ist über eine Schraubverbindung mit der jeweiligen Kontaktfläche der Funkenstrecke verbunden, wobei hierfür die dort vorgesehene Bohrung mit Innengewinde genutzt wird.

Die Schraubverbindung, wie vorerwähnt, dient gleichzeitig der Sicherung der jeweiligen kurzen Schenkel der Verdrahtungs ebenen-Wechselbrücke. Demnach ist also keine weitere Schraub verbindung oder eine ähnliche Kontaktierungsmaßnahme für den Verdrahtungsebenen-Wechsel, z. B. über die Kontaktschienen hinweg, notwendig.

Bei einer dreiphasigen Anordnung des mehrpoligen Überspan nungsableiters mit Nulleiter verbindet eine der Kontaktschienen drei der vier Funkenstrecken auf einer der Gehäuselängsseiten. Die auf der gegenüberliegenden Gehäuselängsseite vorgesehene Kontaktschiene ist entweder als Einzelschiene pro Funkenstrecke oder als Kontaktschiene ausgebildet, die isolierende Abschnitte aufweist. Diese jeweils Einzelkontaktschienen bzw. die isolierende Abschnitte aufweisende Kontaktschiene nimmt die Phasen- sowie die Nulleiter-Anschlußklemmen auf.

Für den PE-Anschluß ist eine weitere Kontaktschiene mit mindestens einer äußeren Anschlußklemme vorgesehen, die mit der vierten Funkenstrecke verbunden ist.

Die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke erstreckt sich zwischen der dritten Phasen-Funkenstrecke und der Nulleiter-Funken strecke und ist dort entsprechend elektrisch kontaktiert.

Die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke besteht bevorzugt aus einem leitfähigen Flachmaterial, insbesondere Kupfer.

Im Gehäuse vorhandene Kammern nehmen die Funkenstrecken auf, wobei die Gehäuselängsseiten Nuten oder Schlitze umfassen, die der Führung und Befestigung der Kontaktschienen dienen.

Eine der Kammerwände kann zur führenden Aufnahme mindestens eines Teilabschnitts der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke ausgebildet sein.

Im Bereich der kurzen Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechsel brücke sind zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge ange ordnet oder vorgesehen, welche im montierten Zustand ein zum jeweiligen ersten Winkelschenkel der Kontaktschiene gerichtetes Gegenlager bilden, so daß bei Stoßstromfluß auftretende Streckungskräfte der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke sicher aufgenommen werden können.

Bei dem sich ergebenden Stromfluß einer 3 + 1-Schaltung mit Verdrahtungsebenen-Wechsel ist die Wechselbrücke so angeordnet, daß sich stromflußbedingte elektrische Kräfte im Sinne einer Kompensation gegenseitig aufheben, was einen weiteren wesent lichen Vorteil darstellt.

Dadurch, daß die Kontaktierung der Verdrahtungsebenen-Wechsel brücke direkt an den Funkenstreckenpaketen über Bohrungen in der Brücke erfolgt, sind keine weiteren zusätzlichen mecha nischen Verbindungen notwendig. Die bevorzugte Passung und die zusätzliche Sicherung der Paßklemmung mittels der Kontakt schienen schafft eine optimale elektrische wie auch mechanische Konstruktion, ohne daß der Bauraum vergrößert ist und damit sich die Außenabmessungen des mehrpoligen Überspannungsab leiter-Gehäuses verändern.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine 3 + 1-Schaltung mit Verdrahtungsebenen-Wechsel;

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung der bei Stoßstrom gegebenen elektrodynamischen Kräfte mit der sich ergebenden Kraftkompensation bei der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung einer Verdrahtungsebenen- Wechselbrücke;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen mehrpoligen Überspannungsab leiter mit geöffnetem Gehäuse; und

Fig. 4 Detaildarstellungen von jeweils zwei Überspannungsab leitern mit erkennbarer konstruktiver mechanischer Anordnung der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke.

Bei mehrpoligen Überspannungsableitern in 3 + 1-Schaltung, wie in Fig. 1 dargestellt, ergibt sich bei entsprechend gewünschter Klemmung die Notwendigkeit eines internen Verdrahtungsebenen- Wechsels, wofür eine entsprechende Brücke zwischen einer der Phasen und dem Nulleiter erforderlich ist.

Die praktische Ausführung eines mehrpoligen stoßstromfesten Überspannungsableiters in 3 + 1-Schaltung läßt Fig. 3 erkennen. Die einzelnen Überspannungsableiter 1 bis 4 befinden sich in einzelnen Kammern 5 eines Kunststoffgehäuses 6. Auf einer der Gehäuselängsseiten ist eine Kontaktschiene 7 vorgesehen, welche die Überspannungsableiter 1 bis 3 elektrisch verbindet.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 6 sind Einzel kontaktschienen 8 bis 11 vorgesehen. Diese Einzelkontakt schienen nehmen jeweils ein Paar von äußeren Anschlußklemmen 12 (siehe auch Fig. 4) auf. Diese Anschlußklemmen 12 können über Schrauben 13 dem Fixieren eingeführter Leitungs- oder Kabel enden (nicht gezeigt) dienen.

Die Kontaktschiene 7 bzw. die Einzelkontaktschienen 8 bis 11 sind mit einer hervorstehenden Kontaktfläche 14 der jeweiligen Funkenstrecken 1 bis 4 elektrisch über eine Schraube verbunden, die von einer Bohrung mit Innengewinde der vorstehenden Kontaktfläche 14 aufgenommen wird.

Die notwendige Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15, die eine im wesentlichen Z-Form aufweist, befindet sich mit ihrem längeren Verbindungsschenkel zwischen den Funkenstreckenableitern 3 und 4.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zur führenden Aufnahme mindestens des langen Schenkels der Verdrahtungsebenen- Wechselbrücke 15 eine Ausformung 16 in der entsprechenden Kammertrennwand 17 vorhanden.

Wie aus der Fig. 4 im oberen Bildteil besonders deutlich erkennbar, ist im kurzen Schenkel 18 der Verdrahtungsebenen- Wechselbrücke 15 eine Paßbohrung eingebracht, die auf die äußeren Abmessungen der vorstehenden Kontaktfläche 14 des jeweiligen Ableiters 1 bis 4 abgestimmt ist.

Damit kann der jeweilige kurze Schenkel 18 in Formschluß mit der vorstehenden Kontaktfläche 14 gebracht werden, wobei das Endfixieren dann mit Hilfe einer entsprechenden Kontaktschiene erfolgt, wie dies im unteren Bildteil nach Fig. 4 deutlich wird.

Die Materialstärke mindestens der kurzen Schenkel 18 ist im wesentlichen gleich oder kleiner als das Höhenmaß des Kontakt flächenvorsprungs 14 der jeweiligen Funkenstrecke 1 bis 4.

Bevorzugt besteht die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 aus einem Flachkupfermaterial, welches mindestens in einem Teil bereich mit einer Isolationsumhüllung 19 (siehe Fig. 4) versehen sein kann.

Die Kontaktschiene 7, aber auch die Einzelkontaktschienen 8 bis 11 sind als metallische Winkelelemente ausgebildet, wobei ein erster Winkelschenkel 20 kraftschlüssig mit der jeweiligen hervorstehenden Kontaktfläche 14 der jeweiligen Funkenstrecke verbunden ist. Über diesen Schenkel 20 kann gleichzeitig ein Formschluß oder entsprechender Halt im Gehäuse 6 erreicht werden, was hierfür entsprechende Nuten oder dergleichen Aussparungen besitzt.

Ein zweiter Winkelschenkel 21 trägt die Anschlußklemmen 12.

Der erste Winkelschenkel 20 ist über eine Schraubverbindung (siehe Fig. 4) mit der jeweiligen Kontaktfläche 14 der jeweiligen Funkenstrecke verbunden. Diese Schraubverbindung kann gleichzeitig den jeweiligen kurzen Schenkel 18 der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 sichern, wie dies im Bildteil rechts unten nach Fig. 4 dargestellt ist.

Zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge 22, die im Bereich der kurzen Schenkel 18 der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke 15 angeordnet oder eingebracht sind, orientieren sich im montier ten Zustand hin zum jeweiligen ersten Winkelschenkel, so daß dann ein Gegenlager entsteht, welches elektrodynamische Kräfte im Stoßstromfall aufnehmen kann. Insbesondere wirkt dieses Gegenlager einer Streckung des Bügels beim Stromfluß entgegen.

Bei einer im wesentlichen mindestens abschnittsweisen U-Form der Kontaktschienen 8 bis 11 bzw. 23 für den PE-Anschluß dient ein dritter Zungen-Winkelschenkel 24 (siehe obere Bildteile nach Fig. 4) als Kabelbefestigungs-Druckplatte. Dieser dritte Zungen-Winkelschenkel 24 liegt im wesentlichen dem zweiten Winkelschenkel 21 gegenüber.

Bezugszeichenliste

1

bis

4

Überspannungsableiter bzw. Funkenstrecken

5

Kammer

6

Kunststoffgehäuse

7

Kontaktschiene

8

bis

11

Einzelkontaktschienen

12

Anschlußklemme

13

Schraube

14

hervorstehende Kontaktfläche der Funkenstrecke

15

Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke

16

Ausformung

17

Kammertrennwand

18

kurzer Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke

19

Isolationsumhüllung

20

erster Winkelschenkel

21

zweiter Winkelschenkel

22

zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge

23

PE-Klemme

24

Zungen-Winkelschenkel

Claims

1. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter mit in einem Gehäuse im wesentlichen parallel angeordneten, intern verdrahteten gekapselten Funkenstrecken, wobei die Funken strecken gegenüberliegende, hervorstehende Kontaktflächen mit Bohrungen und Innengewinde aufweisen, die mit äußeren Anschlußklemmen sowie inneren Kontaktschienen oder -brücken verbunden sind, wobei weiterhin eine der Kontaktschienen oder -brücken zum Wechsel der Verdrahtungsebene vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke eine im wesentlichen Z-Form mit zwei kurzen, entgegengesetzt gerichteten und einem längeren Verbindungsschenkel aufweist, wobei in den kurzen Schenkeln Paßbohrungen oder Aussparungen eingebracht sind, welche dem Außenmaß der jeweiligen hervorstehenden Kontakt fläche der Funkenstrecke entsprechen, weiterhin die Material stärke mindestens der kurzen Schenkel im wesentlichen gleich oder kleiner als das Höhenmaß des Kontaktflächenvorsprungs der Funkenstrecke ist und der lange Schenkel im Bauraumabstand zwischen zwei der Funkenstrecken verläuft.

2. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschienen als metallische Winkelelemente ausgebildet sind, wobei ein erster Winkelschenkel kraftschlüssig mit der jeweiligen hervorstehenden Kontaktfläche der Funkenstrecke verbunden und über diesen Schenkel ein formschlüssiger Halt im Gehäuse gegeben ist, sowie weiterhin ein zweiter Winkelschenkel die äußeren Anschlußklemmen trägt.

3. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Winkelschenkel über eine Schraubverbindung mit der jeweiligen Kontaktfläche der Funkenstrecke verbunden ist.

4. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverbindung gleichzeitig den jeweiligen kurzen Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke sichert.

5. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer dreiphasigen Anordnung mit Nulleiter eine der Kontaktschienen drei der vier Funkenstrecken auf einer der Gehäuselängsseiten verbindet, wobei die auf der gegenüber liegenden Gehäuselängsseite vorgesehene Kontaktschiene isolierende Abschnitte aufweist oder unterbrochen ist und die Phasen- sowie Nulleiter-Anschlußklemmen aufnimmt, weiterhin für den PE-Anschluß eine Kontaktschiene mit mindestens einer äußeren Anschlußklemme mit der vierten Funkenstrecke verbunden ist und sich die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke zwischen der dritten Phasen-Funkenstrecke und der Nulleiter-Funkenstrecke befindet und dort elektrisch kontaktiert ist.

6. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke aus einem leitfähigen Flachmaterial, insbesondere Kupfer besteht.

7. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke mindestens im Bereich des langen Schenkels eine Isolationsumhüllug aufweist.

8. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mehrere Kammern zur Aufnahme der Funkenstrecken besitzt.

9. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kammertrennwand zur führenden Aufnahme mindestens eines Teilabschnitts der Verdrahtungsebenen-Wechselbrücke ausgebildet ist.

10. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der kurzen Schenkel der Verdrahtungsebenen-Wechsel brücke zungenartige Ausprägungen oder Vorsprünge angeordnet sind, welche im montierten Zustand ein zum jeweiligen ersten Winkelschenkel gerichtetes Gegenlager bilden.

11. Mehrpoliger stoßstromfester Überspannungsableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im wesentlichen abschnittsweisen U-Form der Kontakt schienen ein dritter Zungen-Winkelschenkel, welcher dem zweiten Winkelschenkel gegenüberliegt, eine Kabelbefestigungs-Druck platte bildet.