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Die Erfindung betrifft einen Blitzstrom- und
Überspannungsableiter für Nieder- und Mittelspannungsnetze, umfassend
mindestens eine Luft-Gleit-Funkenstrecke mit zwei Elektroden
und einem dazwischen befindlichen Isolatorteil, gemäß
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Überspannungsableiter zur wirksamen Vernichtung von Blitz- und
Blitzteilströmen und zur Verwendung im Niederspannungsnetz zum
Überspannungsschutz der dort eingesetzten Systeme, nämlich
Betriebsmittel zwischen Außenleiter und örtlicher Erde sind
bekannt.
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Isolierstrecken in Überspannungsableitern sind
funktionsbedingt gegenüber solchen Strecken in anderen Betriebsmitteln
extremeren Bedingungen dadurch ausgesetzt, daß zusätzlich
funktionsbedingte Ableitvorgänge zu einer weiteren Belastung
und damit einer beschleunigten Alterung des
Isolationsmaterials führen.
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Auf der einen Seite bedeutet ein Ausfall der
Ableiterisolierung nicht nur ein funktionelles Versagen der
Ableiteranordnung, sondern bringt analog wie der Ausfall einer
betriebsmäßigen Isolierung unter Umständen eine
Personengefährdung durch berührungsgefährliche Spannungen mit sich.
Solche Spannungen entstehen aufgrund der erhöhten
Isolationsströme über den Ableiter am Erdungswiderstand.
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Eine Überspannungsableiter-Isolierung ist demnach folgenden
Betriebszuständen unterworfen.
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Im Normalbetrieb ist die Isolation der Netzspannung zwischen
Außenleiter und örtlicher Erde im Verbund mit der Isolation
des Systems, d. h. der Betriebsisolierung sicherzustellen. Im
Ableitbetrieb ist eine niederohmige Ableitung der Blitz- und
Blitzteilströme resultierend aus Überspannungen notwendig, die
zu den funktionsbedingten Durch- und Überschlägen der
Ableiter-Isolationsstrecke führen.
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Mit dem Übergang in den hochohmigen Zustand nach dem
Ableitvorgang soll eine Stabilisierung entsprechend dem geforderten
Isolationswert für eine Betriebsisolierung erreicht werden.
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Es muß also die Isolationsstrecke einerseits ausreichende
isolierende Eigenschaften im Normalbetrieb und nach dem
Ableitvorgang entsprechend der Betriebsisolierung besitzen,
und weiterhin ist dafür Sorge zu tragen, daß leitende,
niederohmige Eigenschaften während des Ableitvorgangs unter
Überspannungsableit- und Netzlöschbedingungen gegeben sind.
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Aus dem Vorstehenden ist es Aufgabe der Erfindung, einen
weitergebildeten Überspannungsableiter mit einer speziellen
Isolationsstrecke anzugeben, wobei der Ableiter eine höhere
Betriebssicherheit aufweist und eventuelle Schäden aufgrund
des Ausfalls der Betriebsisolierung wirksam verhindert werden.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem
Blitzstrom- und Überspannungsableiter gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens
zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Demnach liegt der Grundgedanke der Erfindung darin, die
isolierenden und die im Zusammenhang mit dem Ableitvorgang
gegebenen zusätzlichen Belastungen der Isolationsstrecken
funktionell zu trennen. Diese Funktionstrennung erfolgt anhand
von zwei unterschiedlich ausgestalteten Isolierungen einer
oder aus mehreren Ableitereinheiten bestehenden Anordnung.
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Die vorgesehenen Isolierungen sind zu diesem Zweck in Reihe
geschaltet und weisen im Neuzustand vergleichbare
Isolationseigenschaften auf. Ebenso werden beide Isolierungen im
Ableiter bei auftretenden Überspannungen einzeln oder zusammen
durch- oder überschlagen bzw. niederohmig.
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Der Unterschied zwischen den Isolationsstrecken besteht darin,
daß eine erste Isolationsstrecke im wesentlichen die mit dem
Ableitvorgang einhergehenden energetischen Belastungen
absorbiert, während die zweite Isolationsstrecke hauptsächlich die
Betriebsisolation nach dem Ableitvorgang sicherstellt.
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Dies wird durch die genannte Funktionstrennung erreicht, indem
die energieabsorbierende Isolation, d. h. die erste
Isolationsstrecke eine höhere Gegenspannung im Ableitbetrieb als die die
Basisisolation sicherstellende zweite Isolationsstrecke
erzeugt.
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Durch die hohe Gegenspannung der energieabsorbierenden
Isolation bestimmt diese Isolationsstrecke nach dem Abklingen
des Stoßstroms die Folgestrom-Löscheigenschaften der
Gesamtanordnung, indem der Folgestrom aus dem anliegenden Netz gegen
null begrenzt wird und so bei idealer Abstimmung anliegende
Netzspannung/Gegenspannung erst gar nicht in Erscheinung
tritt.
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Die zweite Isolationsstrecke zur Sicherstellung der
Basisisolation hingegen erzeugt keine nennenswerte Gegenspannung,
wodurch der Energieumsatz während des Ableit- und
Löschvorgangs bei der zweiten Isolationsstrecke wesentlich geringer
ist. Unter Netzbedingungen kann diese zweite Isolationsstrecke
nur einen unbedeutenden Beitrag zur Folgestromlöschung
leisten, da ihre Gegenspannung wesentlich geringer als die des
anliegenden Netzes ist.
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Mit den oben beschriebenen Maßnahmen erfüllen die beiden
unterschiedlichen Isolationen die erwähnten Eigenschaften
einer Funktionstrennung, d. h. mit Blick auf Löscheigenschaften
der energieabsorbierenden ersten Isolationsstrecke und der
Isolationseigenschaften der basisisolierenden zweiten
Isolationsstrecke.
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Durch den erhöhen Energieumsatz der ersten,
energieabsorbierenden Isolationsstrecke während des gesamten Ableitvorgangs
unterliegt diese einer beschleunigten Alterung.
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Der Verschleiß ist hier wesentlich höher als bezüglich der
zweiten Isolationsstrecke, so daß eine Erhöhung des
Isolationsstroms wesentlich früher zu verzeichnen ist als bei der
energetisch geringer belasteten zweiten Isolationsstrecke.
Durch konstruktive Maßnahmen, besondere Ausführung und
unterschiedliche Zusammensetzung der Isolierstoffe, z. B. Gas-
und Festkörperisolierung, kann der Unterschied des
Alterungsprozesses der ersten Isolierung gegenüber der zweiten
Isolierung der zweiten Isolationsstrecke zusätzlich bewußt
beeinflußt werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen
denkbaren Defekt des Ableiters vor dessen Ausfall über eine
erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung zu erfassen und
anzuzeigen.
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Durch Austauschbarkeit der ersten Isolationsstrecke kann nach
einem Defekt der ursprüngliche Betriebszustand des Ableiters
wieder hergestellt werden.
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Die Überwachungseinrichtung kann im Ableiter integriert oder
aber auch extern vorgesehen sein. Neben einer optischen
Anzeige des Fehlerzustands der ersten Isolationsstrecke können
durch das optische Signal Zusatzfunktionen, wie z. B. eine
Ferndefektanzeige oder die Abschaltung des defekten Ableiters
über entsprechende Zusatzeinrichtungen initialisiert werden.
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Wird erfindungsgemäß der Kontaktteil der
Überwachungseinrichtung steckbar ausgeführt, kann anstelle des austauschbaren
Teils ein Meßadapter oder Meßmodul zur exakten Isolationstrom-
Ermittlung eingeführt werden.
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Erfindungsgemäß besteht also das Isolatorteil eines
Überspannungsableiters aus einer Reihenschaltung einer ersten und
mindestens einer zweiten Isolations- oder Isolatorstrecke,
wobei funktionstrennend die erste Isolationsstrecke die mit
dem Ableitvorgang einhergehenden energetischen Belastungen
absorbiert. Die zweite Isolations- oder Isolatorstrecke stellt
unter allen Umständen die erforderliche Betriebsisolation
sicher.
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Mindestens die erste Isolationsstrecke ist auswechselbar im
Ableitergehäuse angeordnet. Die Überwachungseinrichtung kann
ständig oder zeitweise der zweiten Isolationsstrecke parallel
geschaltet sein, um bei abnehmendem Isolationswiderstand der
ersten Strecke einen bevorstehenden Ausfall oder einen
notwendigen Austausch dieser Isolationsstrecke anzuzeigen.
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Wenn der Zustand der zweiten Isolationsstrecke überprüft
werden soll, wird die erste Isolationsstrecke entfernt und
durch die Überwachungseinrichtung, die ein Strommesser sein
kann, ersetzt.
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Die Steck- oder Befestigungsplätze für die erste
Isolationsstrecke und die Überwachungseinrichtung sind pinkompatibel, so
daß hier die entsprechenden Arbeiten ohne großen Aufwand
ausgeführt werden können.
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Die Überwachungseinrichtung umfaßt einen Taster oder Schalter
sowie ein hierzu in Reihe geschaltetes Anzeigemittel, welches
bei Überschreiten eines bestimmten Stromwerts aktiv wird.
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Durch die Möglichkeit der Überwachung oder Kontrolle der einer
relativ begrenzten Lebensdauer unterworfenen ersten
Isolationsstrecke zu einem Zeitpunkt, bei dem über die mit weitaus
höherer Lebensdauer ausgestatteten und somit die
Isoliereigenschaften der Gesamtanordnungen bestimmenden zweiten
Isolationsstrecke kein oder ein vergleichsweise geringer
Fehlerzustand eingetreten ist, kann ein ankündigender Defekt
bzw. Ausfall der Gesamtanordnung rechtzeitig erkannt und
gegebenenfalls durch eine Funktionskopplung mit zusätzlichen
Einrichtungen abgeschaltet oder signalisiert werden. Auf diese
Weise wird ein Überspannungsableiter geschaffen, der das
Auftreten von unerwünschten Berührungsspannungen oder
Kurzschlüssen wirksam verhindert.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines
Ausführungsbeispiels und einer Prinzipdarstellung der Isolationsstrecken des
Blitzstrom- und Überspannungsableiters näher erläutert werden.
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Der Blitzstrom- und Überspannungsableiter 1 ist zwischen L und
PE des Netzes geschaltet und umfaßt eine erste
Isolationsstrecke 2 sowie eine hierzu in Reihe geschaltete zweite
Isolationsstrecke 3.
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Die erste Isolationsstrecke 2 absorbiert die mit dem
Ableitvorgang einhergehenden energetischen Belastungen. Die zweite
Isolationsstrecke 3 stellt die Betriebsisolation sicher. Zu
diesem Zweck weist die erste Isolationsstrecke 2 eine höhere
Gegenspannung im Ableitbetrieb als die zweite
Isolationsstrecke 3 auf.
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Die erste Isolationsstrecke 2 kann im Gehäuse des Ableiters 1
auswechselbar angeordnet sein.
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Weiterhin ist eine Überwachungseinrichtung 4 zur Prüfung des
Zustands der Isolationsstrecken vorgesehen.
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Diese Überwachungseinrichtung umfaßt einen Taster T sowie eine
Anzeigeeinrichtung L, z. B. in Form einer lichtemittierenden
Diode oder einer Glühlampe.
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Neben einer optischen Anzeige des Fehlerzustands der ersten
Isolationsstrecke 2 können durch das optische Signal
Zusatzfunktionen, wie z. B. eine Ferndefektanzeige oder die
Abschaltung des defekten Ableiters 1 über vorgesehene
Zusatzeinrichtungen ausgelöst werden.
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Wird der Kontaktteil der Überwachungseinrichtung 4 steckbar
ausgeführt, kann anstelle dieses Teils ein Meßadapter 5 zur
exakten Isolationsstrom-Ermittlung elektrisch angeschlossen
werden.
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Die Überwachungseinrichtung 4 ist so konzipiert, daß bereits
bei Isolationsfehlerströmen im Bereich von ca. einem
Milliampere ein Fehlerzustand erkannt und angezeigt wird.
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Durch Betätigung der Taste T wird die Anzeige L initiiert,
sobald über die erste, durch Steckkontakte austauschbar
ausgeführte Isolationsstrecke 2 ein ausreichender Strom
zwischen den Anschlußpunkten L und PE zu fließen kommt. Dieser
Strom charakterisiert den Alterungszustand der ersten
Isolationsstrecke 2. Wird ein bestimmter, festzulegender Wert
überschritten, ist die erste Isolationsstrecke 2 verschlissen
und wird ausgetauscht.
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Dadurch, daß die zweite Isolationsstrecke als Basisisolation
der Gesamtanordnung einem vergleichsweise geringen Verschleiß
ausgesetzt ist, weist die Gesamtanordnung immer eine
ausreichende Isolationsfähigkeit auf.
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Durch die in der Figur dargestellte Überwachungseinrichtung 4
für die erste Isolationsstrecke 2 wird damit der Ableiter zu
einem Zeitpunkt wieder in einen ordnungsgemäßen Zustand
überführt, bei dem nach außen hin, d. h. über die Gesamteinrichtung
noch kein Defektzustand zu registrieren ist. Damit entsteht
aber auch kein von der Anordnung ausgehendes Gefahrenpotential
durch berührungsgefährliche Spannungen.
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Es ist wesentlich, daß die zweite Isolationsstrecke 3
gegenüber der ersten Isolationsstrecke 2 deutlich altert, so daß
dieser Isolationsstreckenteil über die Gesamtlebensdauer des
Ableiters im Regelfall nicht ausgetauscht werden muß.
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Sollte eine Überprüfung auch der zweiten Isolationsstrecke 3
notwendig sein, so kann diese gleichfalls mit der
Überwachungseinrichtung 4 vorgenommen werden, indem ein
entsprechendes Modul bei nicht gesteckter erster Isolationsstrecke 2
in die dann nicht belegte Steck- oder Kontakteinrichtung
überführt wird. Die Anschlüsse des Meßmoduls 5, der
Überwachungseinrichtung 4, aber auch für die erste
Isolationsstrecke 2 sind pinkompatibel ausgeführt, so daß ein leichtes
Arbeiten vor Ort möglich ist und insgesamt Kosten gespart
werden können.
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Die Überwachungseinrichtung 4 kann ständig oder zeitweise der
zweiten Isolationsstrecke 3 parallel geschaltet sein.
Bezugszeichenliste
1 Blitzstrom- und Überspannungsableiter
2 erste Isolationsstrecke
3 zweite Isolationsstrecke
4 Überwachungseinrichtung
5 Meßmodul