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Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit mindestens einer Isolationsstrecke und einer dazu in Reihe geschalteten zwischen zwei Elektroden gebildeten Lichtbogenbrennkammer, wobei in der Lichtbogenbrennkammer mindestens eine elektrisch leitfähige Scheibe angeordnet ist.
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Ein Überspannungsableiter dieser Art ist beispielsweise aus der
EP 2 287 984 B1 bekannt. Bei dieser Lösung ist anstelle einer elektrisch leitfähigen Scheibe zwischen den Elektroden der Lichtbogenbrennkammer ein Granulat aus Graphitkörnern oder -kugeln vorgesehen. Hiermit wird erreicht, dass das Bauteil vor dem Stromfluss im Falle eines Überspannungsereignisses sehr niederohmig ist. Im Falle eines Überspannungsereignisses, beispielsweise eines Blitzeinschlages, werden zwischen den Granulatkörnern viele kleine Funkenstrecken gezündet, so dass bei der entsprechenden Strombelastung bedingt durch die Gegenspannungen der zahlreichen Übergänge zwischen den Granulatkörpern eine hohe Dämpfung des Netzfolgestromes erreicht wird, so dass der Netzfolgestrom erlischt.
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Zum Stand der Technik wird ferner auf die
DE 10 2008 038 486 A1 verwiesen. Aus dieser Druckschrift ist eine ähnliche Lösung bekannt. Um das Auftreten eines Stromflusses über die Überspannungsschutzeinrichtung bereits beim Anliegen der Nennspannung zu verhindern, ist der Lichtbogenbrennkammer dort eine Isolationsstrecke in Reihe geschaltet, die die Isolationsfestigkeit der Überspannungsschutzeinrichtung bei Nennspannung gewährleistet. Die Isolationsstrecke ist so dimensioniert, dass sie erst bei der Ansprechspannung der Überspannungsschutzeinrichtung leitend wird. Als Isolationsstrecke kann beispielsweise ein Varistor oder ein gasgefüllter Spannungsableiter vorgesehen sein. In dieser Druckschrift ist auch beschrieben, dass die Isolationsstrecke auch durch eine hochisolierende Funkenstrecke realisiert sein kann.
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Ein Überspannungsableiter der der Gattung vorliegender Anmeldung entspricht, ist in der
DE 10 2010 016 985 A1 beschrieben. Bei dem dort beschriebenen Überspannungsableiter ist die Isolationsstrecke durch eine Funkenstrecke gebildet. Dazu in Reihe geschaltet ist ein elektrisches Element, welches aus zwei Elektroden besteht, zwischen denen mehrere parallel zu den plattenförmigen Elektroden ausgerichtete elektrisch leitfähige Scheiben vorgesehen sind, die mittels einer gefederten Elektrode aneinandergedrückt sind. Diese Einheit ist von einem Isolierstoffgehäuse umgeben, welches temperaturfest ausgebildet ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Lösung für einen Überspannungsableiter zur Verfügung zu stellen, bei dem ein System mit nur möglichst einer Isolationsstrecke, insbesondere Funkenstrecke, und damit einem entsprechenden Ansprechverhalten vorgesehen ist, welches ein Folgestromlöschvermögen einer Mehrfachfunkenstrecke aufweist. Der bauliche Aufwand soll hierbei minimiert werden und neben den schon bestehenden Lösungen soll eine Bereicherung des Standes der Technik erreicht werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass zwischen den Elektroden ein ringförmiges Gehäuse kontaktierend angeordnet ist, welches die Scheibe umgibt und welches aus im hochohmigen Bereich elektrisch leitfähigem Material besteht, wobei die Scheibe mit Bewegungsspiel zwischen den Elektroden angeordnet ist.
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Gemäß dieser Ausgestaltung ist zwischen den Elektroden ein ringförmiges Gehäuse, beispielsweise ein Rohr, aus leitfähigem Material angeordnet. Dieses im hochohmigen Bereich leitfähige ringförmige Gehäuse, welches an den Elektroden kontaktierend anliegt, leitet das zur Zündung notwendige Potential zur Isolationsstrecke. Dadurch ist die Höhe der Ansprechspannung nur von der Isolationsstrecke abhängig. Nach dem Zünden der Isolationsstrecke infolge eines Überspannungsereignisses fließt zunächst ein Strom über die Elektroden und das hochohmige ringförmige Gehäuse und erzeugt dort eine Spannung. Diese Spannung wird im Inneren des rohrförmigen Gehäuses durch die im geringen Abstand zwischen den Elektroden angeordnete Scheibe oder auch dort mehrfach angeordnete Scheiben abgegriffen. Da der Abstand zwischen Elektroden und Scheiben und gegebenenfalls auch zwischen den einzelnen Scheiben äußerst gering ist, beziehungsweise zwischen den Scheiben ein Übergangswiderstand besteht, und der Widerstand der Scheiben sehr viel geringer als der des Rohres ist, da die Scheiben niederohmig sind, kommt es zu einem Überschlag auf die Scheiben. Der Strom wird infolgedessen durch die Scheiben geleitet und erzeugt an deren Übergängen zu den Elektroden oder zu den einzelnen Scheiben, sofern mehrere angeordnet sind, Gegenspannungen durch Lichtbögen. Diese Gegenspannungen haben eine Dämpfung des Netzfolgestroms zur Folge. Falls je nach Lageorientierung des Überspannungsableiters der Strom direkt durch die Scheiben fließt, wenn nämlich die Gebrauchslage des Systems eine direkte Kontaktierung zu den festen Elektroden ermöglicht, treten auch hierbei an den Übergängen der Elektroden beziehungsweise der Scheiben Gegenspannungen durch Lichtbögen auf, die die beschriebene Wirkung entfalten.
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Das leitfähige ringförmige Gehäuse stellt insbesondere die Kontaktierung zur Isolationsstrecke in einer senkrechten Gebrauchslage des Überspannungsableiters sicher.
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Um den gewünschten Effekt zu erreichen, ist insbesondere auch vorgesehen, dass die Scheibe mit radialem Bewegungsspiel vom Gehäuse umgeben ist.
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Hier können natürlich ebenso wie beim Anspruch 1 mehrere Scheiben angeordnet sein.
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Des Weiteren ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, dass die Isolationsstrecke eine Funkenstrecke ist.
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Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsableiter zwischen N-Leiter und PE-Leiter eines Stromnetzes geschaltet ist und nur eine elektrisch leitfähige Scheibe im Gehäuse angeordnet ist.
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Diese Anordnung und Ausgestaltung stellt insofern eine Besonderheit dar, als dass der Überspannungsableiter zwischen dem N-Leiter und dem PE-Leiter vorgesehen ist.
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Für den Fall eines Phasenschlusses auf dem PE-Leiter muss auch hier der Netzfolgestrom erlöschen, wozu die erfindungsgemäße Ausgestaltung notwendig und vorteilhaft ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es lediglich erforderlich, eine Scheibe in dem ringförmigen Gehäuse zwischen den Elektroden anzuordnen. Hieraus resultiert eine geringe Bauhöhe des Gesamtbauteiles, was hinsichtlich der Anwendung vorteilhaft ist, da nur ein geringer Raumbedarf für den Einbau einer solchen Einheit besteht. In einem praktischen Fall kann beispielsweise der Einbauraum 17,5 mm betragen.
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Die Leistungsfähigkeit einer solchen Überspannungseinrichtung kann relativ gering sein. Bei dieser Ausgestaltung muss lediglich eine Leistung von ca. 100 Ampere ausgehalten werden und eine entsprechende Löschfunktion erreicht werden.
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Eine alternative Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsableiter zwischen einen Phasenleiter und PE-Leiter eines Stromnetzes geschaltet ist und mehrere elektrisch leitfähige Scheiben im Gehäuse angeordnet sind.
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Hierbei ist eine solche Überspannungsschutzeinrichtung als Phasenableiter ausgestaltet, so dass der Überspannungsableiter zwischen einen Phasenleiter und den PE-Leiter geschaltet ist. Hierbei ist es im Regelfall erforderlich, mehrere Scheiben in dem ringförmigen Gehäuse anzuordnen, um ausreichende Leistungswerte zu erhalten, da ein Phasenableiter vorzugsweise Leistungen im Kiloamperebereich aushalten muss.
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Bei allen Lösungsformen wird erreicht, dass das Ansprechverhalten einer Einfachfunkenstrecke erreicht wird, während das Löschverhalten einer Mehrfachfunkenstrecke entspricht.
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Bevorzugt kann zudem vorgesehen sein, dass das ringförmige Gehäuse aus einem Materialring gebildet ist, der aus mit Graphit dotiertem Kunststoff besteht.
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Als Kunststoff kann beispielsweise wegen der Temperaturbeständigkeit Polyamid eingesetzt werden, welches mit Graphit oder auch mit anderen leitenden Partikeln dotiert ist, um die gewünschte hochohmige Leitfähigkeit zu erreichen.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das ringförmige Gehäuse aus einem Materialring gebildet ist, der aus mit Graphit dotiertem Keramikmaterial besteht.
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Auch kann vorgesehen sein, dass das ringförmige Gehäuse aus einem Materialring gebildet ist, der aus Isolierwerkstoff besteht und der mindestens am Innenmantel und an seinen Stirnflächen mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet ist, vorzugsweise Graphit, so dass eine im hochohmigen Bereich elektrisch leitfähige Materialschicht besteht.
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Bei dieser Ausgestaltung ist nicht das komplette ringförmige Gehäuse aus entsprechendem leitfähigem Material gebildet, sondern nur der Innenmantel und die Stirnflächen sind mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet, um eine leitfähige Verbindung zwischen den Elektroden herzustellen.
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Vorzugsweise ist zudem vorgesehen, dass die Scheibe oder die Scheiben aus Graphit bestehen.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist durch die Anordnung einer oder auch mehrerer lose aufeinanderliegender leitfähiger Scheiben in dem rohrartigen Gehäuse aus leitfähigem Material erreicht, dass das im hochohmigen Bereich leitfähige Gehäuse das zur Zündung notwendige Potential zur Isolationsstrecke, insbesondere zur Funkenstrecke, leitet. Die Höhe der Ansprechspannung ist also nur von der Funkenstrecke abhängig. Nach dem Zünden der Funkenstrecke fließt zunächst ein Strom über das hochohmige Rohr und erzeugt dort eine Spannung. Diese Spannung wird im Inneren des Rohres durch die im geringen Abstand befindlichen Scheiben abgegriffen oder auch durch die einzige in dem Rohr angeordnete Scheibe. Da der Abstand zwischen Scheiben und Elektroden gering ist und der Widerstand der Scheiben, die beispielsweise aus Graphit bestehen, sehr viel geringer als der Widerstand des ringförmigen Gehäuses ist, kommt es zu einem Überschlag auf die Scheiben. Der Strom wird durch die Scheiben geleitet und erzeugt an deren Übergängen Gegenspannungen durch Lichtbögen. Diese Gegenspannungen haben eine Dämpfung des Netzfolgestroms zur Folge.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigt.
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1 die wesentlichen Elemente eines Überspannungsableiters mit einer losen Scheibe aus leitfähigem Material;
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2 eine entsprechende Anordnung mit mehreren aufeinanderliegenden losen Scheiben.
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Der Überspannungsableiter 1 weist mindestens eine Isolationsstrecke, im Ausführungsbeispiel eine Funkenstrecke 2 auf, die aus einer Scheibe 3 aus leitfähigem Material, insbesondere Graphit, besteht sowie einer zweiten Scheibe 4 aus Graphit, die gleichzeitig die eine Elektrode der Lichtbogenbrennkammer ist. Zwischen den Scheiben 3, 4 ist ein Isolierring 5 beispielsweise aus PTFE angeordnet. An die Isolationsstrecke 2 ist die aus den Elektroden 4 und 6 gebildete Lichtbogenbrennkammer 7 angeschlossen, wobei in der Lichtbogenbrennkammer mindestens eine elektrisch leitfähige Scheibe 7, vorzugsweise aus Graphit, angeordnet ist. Zwischen den Elektroden 4, 6 ist ein ringförmiges Gehäuse 8 angeordnet, welches die Scheibe 7 umgibt und welches aus im hochohmigen Bereich elektrisch leitfähigem Material besteht. Die Scheibe 7 ist mit Bewegungsspiel zwischen den Elektroden 4, 6 angeordnet. Das ringförmige Gehäuse 8 ist elektrisch leitend an die Elektroden 4, 6 mit seinen Stirnflächen angelegt. Die Scheibe 7 ist insbesondere auch mit radialem Bewegungsspiel vom Gehäuse 8 umgeben. In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, welches beispielsweise als Überspannungsableiter 1 zwischen N-Leiter und PE-Leiter eines Stromnetzes geschaltet werden kann und nur eine elektrisch leitfähige Scheibe 7 im Gehäuse 8 aufnimmt. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist eine Anordnung gezeigt, bei der der Überspannungsableiter 1 mehrere elektrisch leitfähige Scheiben 7 zwischen den Elektroden 4, 6 aufweist. Eine solche Anordnung ist geeignet, zwischen einen Phasenleiter und einen PE-Leiter eines Stromnetzes geschaltet zu werden.
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Das ringförmige Gehäuse 8 kann beispielsweise aus einem Kunststoffring bestehen, der mit Graphit dotiert ist und somit im hochohmigen Bereich leitfähig ist. Die Elektroden 3, 4, 6 und die Scheiben 7 bestehen vorzugsweise aus Graphit.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung stellt ein Überspannungsableitersystem zur Verfügung, welches bei nur einer Isolationsstrecke, insbesondere Funkenstrecke 2, das Folgestromlöschvermögen einer Mehrfachfunkenstrecke aufweist.
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Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
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Alle in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2287984 B1 [0002]
- DE 102008038486 A1 [0003]
- DE 102010016985 A1 [0004]
