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Die Erfindung betrifft eine Überspannungsableiteinrichtung umfassend einen Überspannungsableiter mit einer im Normalbetrieb elektrisch isolierenden und nach einem Überspannungsfall einen Folgestrom führenden Trennstrecke.
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Ein solcher Überspannungsableiter dient dem Schutz einer elektrischen Einrichtung vor zu hohen Spannungen und ist zu diesem Zweck meistens dem Eingang der zu schützenden Einrichtung parallel geschaltet, d. h. er ist zwischen einen Eingangsanschluss und einen Masseanschluss geschaltet. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich. So kann es sich beispielsweise um einen Funkenstrecken-Ableiter oder um einen GDT(Gas Discharge Tube)-Ableiter handeln.
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Bei Auftreten einer z.B. durch einen Blitzeinschlag verursachten Überspannung spricht der Überspannungsableiter an, d. h. seine normalerweise elektrisch isolierende Trennstrecke wird leitend. Dies erfolgt bei einem Funkenstrecken-Ableiter oder bei einem GDT-Ableiter durch Zündung eines Lichtbogens. Nachdem die schädliche Überspannung so abgeleitet worden ist, sollte der Überspannungsableiter möglichst rasch wieder in seinen elektrisch isolierenden Normalzustand zurückkehren. Der gezündete Überspannungsableiter stellt eine elektrisch gut leitende Verbindung gegen Masse dar. Der Ersatzwiderstand des Lichtbogens hat einen großen Einfluss auf den Netzfolgestrom. Um den Netzfolgestrom zu begrenzen, sollte die Lichtbogenspannung so rasch wie möglich ansteigen und anschließend der Lichtbogen so rasch wie möglich verlöschen. Dazu sollte die Lichtbogenspannung höher als die treibende Spannung im Netz sein, bei einer AC- bzw. Wechselspannung bedeutet dies, höher als die Momentanspannung. Es sind verschiedene Möglichkeiten zur Beeinflussung der Lichtbogenspannung bekannt, nämlich insbesondere die Längung, die Kühlung und die Unterteilung des Lichtbogens. Außerdem kann auch der Gasdruck in dem betreffenden Gerät erhöht werden, da sich die Leitfähigkeit des Lichtbogenplasmas bei steigendem (Gas-)Druck verringert, was dann ebenfalls zu einer Erhöhung der Lichtbogenspannung führt.
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Verlischt der Lichtbogen, gilt es das heiße Plasma so rasch wie möglich abzukühlen, wodurch die Leitfähigkeit des Plasmas rasch abnimmt. Dann erfolgt bei wiederkehrender Spannung über der Funkenstrecke kein erneuter Stromfluss und es bildet sich kein neuer Lichtbogen aus. Die Kühlung des Lichtbogens ist in seiner Längsrichtung, also in Richtung des Abstands zwischen den Elektroden, zwischen denen sich der Lichtbogen befindet, intensiver als in der dazu im Wesentlichen senkrechten radialen Richtung. Daher führt eine Aufteilung des Lichtbogens in mehrere Teillichtbögen (= Mehrfachunterbrechungen) zu einem sehr guten Kühl- und damit Löschverhalten. Nach dem Erreichen des Stromnulldurchganges kühlt das Plasma bei einem aufgeteilten Lichtbogen rascher ab und die Lichtbogenleitfähigkeit geht auch insgesamt schneller verloren. Außerdem führt die starke axiale Kühlung, also Kühlung in Lichtbogenlängsrichtung, zu einer auf die Länge des Bogens bezogenen gegenüber einem nicht unterteilten Lichtbogen erhöhten Lichtbogenspannung.
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Die vorstehend erläuterten Methoden kommen teils auch in Kombination bei bekannten Funkenstrecken-Ableitern zum Einsatz. So wird in den Dokumenten
DE 195 376 A ,
DE 100 25 239 A1 ,
DE 10 2004 001 999 A1 ,
EP 0 793 317 A1 ,
US 1 197 485 A ,
DE 38 29 650 A1 und
EP 0 917 265 A1 jeweils die Längung des Lichtbogens nach dem Durchschlag einer Funkenstrecke beschrieben, wobei diese Längung durch die Bewegung einer Elektrode zumindest jeweils mit herbeigeführt wird. Die Elektrodenbewegung wird dabei z.B. durch den Lichtbogendruck (entsprechend
DE 100 25 239 A1 ,
DE 10 2004 001 999 A1 ), durch einen stromflussbedingten thermischen Prozess (entsprechend
DE 195 376 A ) oder durch eine elektromagnetische Auslösevorrichtung (entsprechend
EP 0 793 317 A1 ,
US 1 197 485 A ) bewirkt. Weiterhin werden in der
EP 0 793 317 A1 , in der
US 1 197 485 A , in der
EP 1 836 752 B1 und in der
EP 0 860 918 B1 jeweils Anordnungen beschrieben, bei denen der Lichtbogen zwischen zwei divergierenden Elektroden in Richtung des sich vergrößernden Elektrodenabstands wandert, wodurch sich ebenfalls eine Lichtbogenlängung einstellt.
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Bei den in der
EP 0 793 317 A1 und in der
EP 0 860 918 B1 beschriebenen Funkenstrecken-Ableitern wird der Lichtbogen jeweils in eine Löschblechanordnung getrieben, um dort in mehrere Teillichtbögen aufgeteilt und somit stärker gekühlt zu werden.
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In der
DE 10 2006 034 168 A1 wird eine Überspannungsableiteinrichtung mit einem Überspannungsableiter beschrieben, der eine im Normalbetrieb isolierende und im Überspannungsfall einen Folgestrom führende Trennstrecke aufweist. Weiterhin ist eine mit dem Überspannungsableiter elektrische in Reihe geschaltete Löscheinheit zur Löschung des Folgestroms vorhanden, welche mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Löschkontaktuntereinheiten jeweils mit drei Löschkontaktelementen umfasst, wobei eines der Löschkontaktelemente beweglich ist. Die Löschkontaktelemente jeder der Löschkontaktuntereinheiten liegen aneinander an und kontaktieren einander elektrisch.
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In der
US 2007/0 223 171 A1 ist eine Anordnung beschrieben, bei der baulich getrennte Einheiten eines Überspannungsableiters und einer Löscheinheit für eine Folgestrom vorgesehen sind, wobei für die Löscheinheit eine resistive Ausführungsform angegeben ist.
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In der
DE 16 15 915 B ist ein Unterbrecher für einen induktiven Stromkreis beschrieben, bei dem mittels eines beweglichen Elements ein ansteigender Widerstand in einen Stromkreis zugeschaltet wird.
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Diese bekannten Funkenstrecken-Ableiter sind jeweils mit einem erheblichen Konstruktions- und Fertigungsaufwand verbunden. Dies betrifft insbesondere Systeme mit integrierter elektromagnetischer Auslösevorrichtung. Außerdem erfordert die Längung des Bogens durch magnetische Beblasung oder bewegliche Elektroden einen nicht unbeträchtlichen Mindeststrom. Dieser Mindeststromwert sowie die Massenträgheit der ggf. zu bewegenden Elektroden führen zu einem Zeitverzug, bis der Mechanismus zur Lichtbogenlöschung wirksam wird. Dieser Zeitverzug ermöglicht das Anwachsen des zu löschenden Stromes, wodurch sich das Folgestromlöschvermögen verschlechtert.
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Außerdem kann es zu einer Rückzündung, also zu einer Neubildung des Lichtbogens z.B. außerhalb eines Löschblechpakets oder an einer Stelle geringeren Abstandes zwischen sich aufweitenden Elektroden, kommen. Eine Rückzündung kann eine zumindest temporär verringerte Spannung über der Löschkammer hervorrufen, was zu einem verlangsamten Abklingen des Stromes oder sogar zu einem Wiederansteigen desselben führen kann. Erfolgt die Rückzündung zum Zeitpunkt des Löschens des Primärlichtbogens, so ist ein Löschversagen sehr wahrscheinlich, da sich der rückgezündete Lichtbogen im Stromnulldurchgang dann außerhalb des Löschblechpaketes befindet und eine Abkühlung des Bogenplasmas vergleichsweise langsam erfolgt.
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Weiterhin kann es bei Funkenstrecken-Ableitern mit beweglicher Elektrode bedingt durch den Elektrodenabbrand oder durch die Verschmutzung der Mechanik nach erfolgter Löschung bzw. Rückstellung des Systems zu einer veränderten Ansprechspannung der Funkenstrecke kommen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Überspannungsableiteinrichtung der eingangs bezeichneten Art anzugeben, die gegenüber bekannten Überspannungsableitern verbesserte Eigenschaften aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Überspannungsableiteinrichtung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Die erfindungsgemäße Überspannungsableiteinrichtung hat eine mit dem Überspannungsableiter elektrisch in Reihe geschaltete und zur Löschung des Folgestroms ausgelegte Löscheinheit. Die Löscheinheit umfasst mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Löschkontaktuntereinheiten jeweils mit mindestens zwei Löschkontaktelementen, von denen mindestens eines beweglich ist. Die einander zugeordneten Löschkontaktelemente jeder der Löschkontaktuntereinheiten liegen im stromfreien Zustand jeweils aneinander an und kontaktieren sich elektrisch. Die Löschkontaktelemente jeder der Löschkontaktuntereinheiten sind im stromdurchflossenen Zustand zumindest ab einem Stromschwellwert jeweils voneinander beabstandet.
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Es wurde erkannt, dass die Eigenschaften einer Überspannungsableiteinrichtung erheblich verbessert werden können, wenn die beiden Hauptfunktionen, nämlich das Ableiten einer Überspannung einerseits und das Löschen des Folgestroms andererseits, voneinander getrennt und insbesondere jeweils mittels gesonderter Einheiten bewerkstelligt werden. Für die erste Hauptfunktion ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen der Überspannungsableiter mit seinem Ableiter-Funktionsmechanismus vorgesehen, wohingegen die zweite Hauptfunktion im Wesentlichen der Löscheinheit mit ihrem Löschkammer-Funktionsmechanismus zufällt. Der Löschkammer-Funktionsmechanismus ist dabei vorteilhafterweise zumindest weitest gehend von dem Ableiter-Funktionsmechanismus unabhängig, so dass beide Mechanismen entsprechend ihrer jeweiligen Bestimmung optimiert werden können.
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Insbesondere ist die Löscheinheit dazu ausgelegt, nach einem Übergang der Trennstrecke des Überspannungsableiters in ihren leitfähigen Zustand (beispielsweise aufgrund einer Lichtbogenzündung) sehr schnell eine Schaltspannung (= Gegenspannung) aufzubauen, die höher als die treibende Spannung (= Quellenspannung) der Quelle des zu schützenden Systems oder der zu schützenden Einheit ist. Zugleich hat die Löscheinheit aufgrund der Trennung des Löschkammer-Funktionsmechanismus von dem Ableiter-Funktionsmechanismus praktisch keinen Einfluss auf die Ansprechspannung des Überspannungsableiters. Aus dem gleichen Grund erfolgen der Gegenspannungsaufbau und die dadurch bedingte Lichtbogenlöschung vorzugsweise auch ohne Rückzündung eines Lichtbogens im Überspannungsableiter.
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Weiterhin ist es vorzugsweise und sehr einfach möglich, die von der Löscheinheit bzw. von der Überspannungsableiteinrichtung insgesamt aufgebaute Schalt- oder Gegenspannung durch die Anzahl der vorgesehenen Löschkontaktuntereinheiten einzustellen. Bei Bedarf kann die Schalt- oder Gegenspannung durch Hinzunahme von (weiteren) Löschkontaktuntereinheiten erhöht werden, wodurch sich auch die Wirkung der Strombegrenzung erhöht sowie der Einsatzbereich der Überspannungsableiteinrichtung hinsichtlich des prospektiven Kurzschlussstromes erweitert. Dies kann vorteilhafterweise auch bei bereits installierten Überspannungsableitern durch eine Nachrüstung einer Löscheinheit oder von Löschkontaktuntereinheiten erfolgen.
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Nach einem Übergang der Trennstrecke des Überspannungsableiters in ihren leitfähigen Zustand kommt es auch in der Löscheinheit zu einem Stromfluss, infolgedessen die bis dahin aneinander anliegenden Löschkontaktelemente insbesondere aufgrund von abhebenden Kontaktkräften und/oder von durch die Führung der Strombahn bedingten elektromagnetischen Kräften und/oder von Verdampfung von Kontaktmaterial der Löschkontaktelemente und/oder von die Löschkontaktelemente umgebendem Material auseinandergedrückt werden. Zwischen den dann voneinander beabstandeten Löschkontaktelementen, die man auch als Elektroden oder Anoden bzw. Kathoden bezeichnen oder verstehen kann, entsteht pro Löschkontaktstelle ein Löschkammer-Teillichtbogen, wodurch pro Löschkontaktstelle wegen eines mit jedem Löschkammer-Teillichtbogen einhergehenden Anoden- und Kathodenfalls und ggf. auch eines Teillichtbogenspannungsabfalls ein insbesondere elektrodenmaterialabhängiger Schaltoder Gegenspannungsabfall von etwa 10 V bis 20 V generiert wird. Dabei ist es insbesondere ausreichend, wenn sich die jeweilige Löschkontaktstelle nur wenig öffnet, da der Kathoden-/Anodenfall schon bei geringer Öffnungsweite auftritt. Vorteilhafterweise erfolgt eine so geringe Öffnung der Löschkontaktstellen schon ab vergleichsweise geringen Stromwerten.
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Der Stromschwellwert, ab dem die Löschkontaktelemente der Löschkontaktstellen einen entsprechenden Abstand aufweisen sollen und demnach der gewünschte Schalt- oder Gegenspannungsabfall generiert wird, ist entweder aus der Anwendung bekannt oder kann einfach ermittelt werden. Eine in der Einheit Newton N angegebene Kontaktöffnungskraft F ist insbesondere in etwa gleich zu dem Quadrat des in der Einheit Kiloampere kA angegebenen Stroms I, der über eine sich öffnende Löschkontaktstelle fließt: F[N] ≈ I2[kA].
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Somit kann die Löscheinheit ohne weiteres auf einen durch die Anwendung bestimmten Stromschwellwert eingestellt werden. Die Löscheinheit ist also insbesondere für diesen Stromschwellwert dimensioniert.
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Die zur Stromführung bestimmten Löschkontaktelemente bestehen insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Material oder umfassen zumindest im Bereich der eigentlichen Kontaktstelle insbesondere ein solches elektrisch leitfähiges Material.
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Hinsichtlich des Teils der im stromfreien Zustand jeweils aneinander anliegenden Löschkontaktelemente jeder der Löschkontaktuntereinheiten ist anzumerken, dass nicht zwingend alle Löschkontaktelemente einer Löschkontaktuntereinheit aneinander anliegen müssen, sondern insbesondere nur die einander zugeordneten und zueinander komplementären Löschkontaktelemente, also insbesondere jede Elektrode an ihrer jeweils zugehörigen Gegenelektrode. Falls dagegen in der entsprechenden Löschkontaktuntereinheit mehr als ein Löschkontaktelement gleichen Typs, also mehr als eine Elektrode oder mehr als eine Gegenelektrode vorgesehen sein sollte, liegen diese Löschkontaktelemente gleichen Typs untereinander insbesondere nicht aneinander an.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Überspannungsableiteinrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
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Günstig ist eine Ausgestaltung, bei der die Löschkontaktelemente jeder der Löschkontaktuntereinheiten im stromdurchflossenen Zustand um eine Kontaktöffnungsweite von höchstens 3 mm, insbesondere von höchstens 1 mm und bevorzugt von höchstens 0,5 mm, voneinander beabstandet sind. Zur Strombegrenzung bzw. vollständigen Stromunterdrückung sind also anders als bei bekannten Überspannungsableiteinrichtungen insbesondere nur sehr geringe Kontaktöffnungsweiten vorgesehen. Damit der gewünschte Schaltoder Gegenspannungsabfall von z.B. etwa 10 V bis 20 V generiert wird, reicht es insbesondere aus, wenn sich die jeweilige Löschkontaktstelle nur z.B. um etwa einige Zehntel Millimeter bis drei Millimeter öffnet. Schon bei so geringen Öffnungsweiten tritt der Kathoden-/Anodenfall auf. Außerdem kommt bei so geringen Öffnungsweiten zur Kühlung des betreffenden Löschkammer-Teillichtbogens hauptsächlich die gegenüber der radialen Kühlung effizientere axiale Kühlung zum Tragen.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung enthalten die Löschkontaktuntereinheiten jeweils einen mechanischen Anschlag, der die Auseinanderbewegung der Löschkontaktelemente der betreffenden Löschkontaktuntereinheit im stromdurchflossenen Zustand begrenzt. Dadurch werden in der Löscheinheit die im Hinblick auf die Löschung der Löschkammer-Teillichtbögen günstigen Lichtbogenverhältnisse, wie z.B. gute axiale Kühlung, Vermeidung von unkontrolliertem Wegwandern der Löschkammer-Teillichtbögen und Vermeidung der Bildung von Lichtbögen außerhalb der eigentlichen Löschkontaktstelle, insbesondere gewährleistet.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung ist die Löscheinheit dazu ausgelegt, zur Löschung des Folgestroms eine sich aus mehreren Teilspannungen zusammensetzende Gegenspannung aufzubauen, wobei zumindest ein Teil der Teilspannungen jeweils als eine Anoden-/Kathodenfallspannung einer durch zwischen zwei aneinander anliegenden Löschkontaktelementen gebildeten Löschkontaktstelle ausgebildet ist, und die Anzahl der insgesamt in der Löscheinheit vorgesehenen elektrisch in Reihe geschalteten Löschkontaktstellen so bemessen ist, dass die Summe aller Teilspannungen, und insbesondere die Summe aller Anoden-/Kathodenfallspannungen, größer als eine treibende Spannung (= Quellenspannung) einer Quelle eines zu schützenden Systems oder einer zu schützenden Einheit ist. Falls alle Löschkontaktstellen gleich aufgebaut sind oder zumindest eine jeweils annähernd gleich große Anoden-/Kathodenfallspannung haben, ist die Anzahl der insgesamt in der Löscheinheit vorgesehenen in Reihe geschalteten Löschkontaktstellen insbesondere mindestens so groß wie der Quotient der treibenden Spannung zu der dann bei allen Löschkontaktstellen im Wesentlichen einheitlichen Anoden-/Kathodenfallspannung. Die Anzahl der Löschkontaktstellen richtet sich insbesondere nach der Bemessungsspannung des Überspannungsableiters, welche ihrerseits von der treibenden Spannung des zu schützenden Systems oder der zu schützenden Einheit abhängt. Dividiert man den Scheitelwert der Netzspannung (= treibende Spannung oder Quellenspannung) durch den Teilspannungsabfall an einer Löschkontaktstelle, erhält man insbesondere die Mindestzahl der benötigten Löschkontaktstellen. Für eine übliche Löschkontaktelemente- oder Elektrodenpaarung liegt der Spannungsabfall an der betreffenden Löschkontaktstelle insbesondere im Bereich zwischen etwa 10 V und etwa 20 V. Der Wert des hierfür maßgeblichen Anoden-/Kathodenfalls ist insbesondere durch die für die Löschkontaktelemente (= Elektroden) vorgesehenen Materialien bestimmt. Bevorzugt lässt sich der genaue Spannungsabfall pro Löschkontaktstelle in einfacher Weise auch experimentell ermitteln. Die durch eine Löschkontaktstelle gebildete Teilgegenspannung wird insbesondere durch die Spannung am Anoden-/Kathodenfall und durch die Spannung in der Lichtbogensäule bestimmt. Die Spannung in der Lichtbogensäule ist aber bei kleinen Elektrodenabständen (= Abstände der Löschkontaktelemente) gegenüber der Spannung am Anoden-/Kathodenfall insbesondere untergeordnet. Geht man z.B. von einem Säulenspannungsabfall von ca. 20 bis 30 V/cm bei frei brennenden Bögen aus, so ergibt sich bei einer bevorzugten Kontaktöffnungsweite von etwa 1 mm insbesondere nur eine sehr kleine Säulenspannung von etwa 2 bis 3 V, also von etwa nur einem Zehntel des Anoden-/Kathodenfalls. Der Einfluss des Anoden-/Kathodenfalls überwiegt also insbesondere.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung ist die Anzahl von insgesamt in der Löscheinheit vorgesehenen elektrisch in Reihe geschalteten und jeweils durch zwischen zwei aneinander anliegende Löschkontaktelemente gebildeten Löschkontaktstellen so bemessen, dass ein unter Zugrundelegung zumindest einer Netz-Kurzschlussimpedanz eines zu schützenden Systems oder einer zu schützenden Einheit, insbesondere eines zu schützenden elektrischen (Teil-)Netzes, errechneter theoretischer Netzfolgestrom kleiner ist als ein maximaler Bemessungsfolgestrom des Überspannungsableiters. Hierbei handelt es sich um ein zweites Bemessungskriterium, das alternativ oder ergänzend zu dem im vorangegangenen Abschnitt erläuterten ersten Bemessungskriterium zur Ermittlung der Anzahl der insgesamt vorgesehenen Löschkontaktstellen herangezogen werden kann. Bei diesem zweiten Bemessungskriterium dient insbesondere auch das Löschvermögen des Überspannungsableiters (= z.B. der Funkenstrecke) als eine Basis. Demnach wird die Anzahl der Löschkontaktstellen insbesondere so gewählt, dass ein theoretisch ermittelter möglicher Netzfolgestrom unter dem Löschvermögen des Überspannungsableiters (= z.B. der Funkenstrecke) liegt. Die Anzahl der Löschkontaktstellen wird insbesondere so ermittelt, dass der z.B. mittels einer handelsüblichen Simulationssoftware auch unter Zugrundelegung der bekannten Netz-Kurzschlussimpedanz errechnete theoretische Netzfolgestrom den für den Überspannungsableiter (= z.B. die Funkenstrecke) maximal zulässigen Bemessungsfolgestrom nicht überschreitet. Bei der Berechnung des theoretischen Netzfolgestroms werden insbesondere auch die insgesamt vorgesehenen Löschkontaktstellen mit berücksichtigt. Insgesamt wird bei diesem zweiten Bemessungskriterium das Löschvermögen des Überspannungsableiters (= z.B. der Funkenstrecke) mit berücksichtigt.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung enthalten die Löschkontaktuntereinheiten jeweils mindestens eine Löschkontaktstelle, wobei die Löschkontaktstellen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Anoden-/Kathodenfall mit dem günstigen Teilspannungsabfall stellt sich pro Löschkontaktstelle einmal ein. Je mehr solcher Löschkontaktstellen vorhanden sind, desto größer ist die sich insgesamt bei einem Stromfluss einstellende Gegenspannung. Die Löschkontaktuntereinheit kann insbesondere mit einer Einfachunterbrechung, also mit nur einer einzigen Löschkontaktstelle, aber auch mit einer Mehrfachunterbrechung, also mit mehreren, beispielsweise zwei Löschkontaktstellen, ausgestattet sein.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung sind zumindest ein Teil der elektrisch in Reihe geschalteten Löschkontaktuntereinheiten längs einer Kreisumfangslinie eines Vollkreises (= Kreisbahn), längs einer Kreisbogenlinie eines Kreissegments (= Teilkreisbahn) oder längs einer Spiralbahn angeordnet. Weiterhin weisen die beweglichen Löschkontaktelemente dieser so angeordneten Löschkontaktuntereinheiten jeweils eine insbesondere in radialer Richtung des Vollkreises, des Kreissegments oder der Spiralbahn orientierte Beweglichkeit auf. Ein Stromfluss durch diese Löschkontaktuntereinheiten erfolgt dann ebenfalls längs einer im Wesentlichen (teil)kreisbogenförmigen oder spiralförmigen Bahn, so dass stromflussbedingte Kräfte insbesondere radial orientiert sind. Diese auch als Kontaktöffnungskräfte bezeichneten Kräfte führen insbesondere dazu, dass sich jedes der beweglichen Löschkontaktelemente von dem jeweils zugeordneten komplementären Löschkontaktelement weg bewegt und sich die betreffende Kontaktstelle öffnet. Da sich die Beweglichkeitsrichtung der Kontaktelemente im Wesentlichen mit der Richtung der stromflussbedingten Kontaktöffnungskräfte insbesondere deckt, erfolgt eine besonders effiziente Kontaktöffnung. Die Anordnung der Löschkontaktuntereinheiten längs einer Spiralbahn kommt insbesondere dann zur Anwendung, wenn die Anzahl benötigter Löschkontaktuntereinheiten zu groß ist, um alle Löschkontaktuntereinheiten innerhalb einer Ebene längs einer Kreisbahn zu platzieren.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung sind der Überspannungsableiter und die Löscheinheit als baulich getrennte Einheiten ausgeführt. Aufgrund der baulichen Trennung lässt sich vorzugsweise sehr einfach sicherstellen, dass der Ableiter-Funktionsmechanismus und der Löschkammer-Funktionsmechanismus voneinander unabhängig sind und sich nicht wechselseitig negativ beeinflussen. Bevorzugt sind der Überspannungsableiter und die Löscheinheit in getrennten Gehäusen untergebracht. Dann lässt sich die Trennung der beiden Funktionsmechanismen besonders einfach realisieren. Insbesondere kann die Löscheinheit teil- oder vollgekapselt sein. Wenn die Löscheinheit in einem gesonderten Gehäuse untergebracht ist, lässt sich diese Einheit bevorzugt sehr gut nachrüsten, so dass bestehende oder installierte Überspannungsableiter ertüchtigt werden können.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung sind der Überspannungsableiter und die Löscheinheit in einem gemeinsamen, insbesondere mit einer Druckausgleichsöffnung versehenen, Gehäuse untergebracht. Dann hat die Überspannungsableiteinrichtung einen sehr kompakten Aufbau. Insbesondere kann das Gehäuse der Überspannungsableiteinrichtung teilgekapselt sein, um z.B. einen Druckausgleich zu ermöglichen. Alternativ ist aber auch ein vollständig geschlossenes, also ein vollgekapseltes, Gehäuse grundsätzlich möglich, um z.B. den Austritt von heißen Lichtbogengasen zu vermeiden.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung ist zwischen dem Überspannungsableiter und der Löscheinheit eine Schottung vorgesehen. Diese Schottung ist dazu ausgelegt, einen Übertritt von in der Löscheinheit gebildetem Lichtbogenplasma zur Trennstrecke des Überspannungsableiters zu verhindern. Dadurch wird eine Trennung des Ableiter-Funktionsmechanismus und des Löschkammer-Funktionsmechanismus erreicht. Bei der Schottung kann es sich insbesondere auch um eine Gehäusewand zumindest einer der beiden Einheiten, also entweder des Überspannungsableiters oder der Löscheinheit handeln.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung umfassen die Löschkontaktuntereinheiten jeweils Rückstell- und Haltemittel, die auf zumindest eines der Löschkontaktelemente der betreffenden Löschkontaktuntereinheit eine gegen das zugeordnete Löschkontaktelement der betreffenden Löschkontaktuntereinheit gerichtete Anpresskraft ausüben. So wird insbesondere sichergestellt, dass die Löschkontaktelemente im stromfreien Zustand aneinander anliegen und nach einer stromflussbedingten Öffnungsphase wieder in den aneinander anliegenden Zustand zurückkehren.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung sind die Rückstell- und Haltemittel als Federelement, als Dehnelement, als elastisch verformbares Element oder als reversibel kompressibles Element ausgestaltet oder enthalten zumindest ein derartiges Element. Derartige Elemente eignen sich vorzugsweise sehr gut dazu, auf die Löschkontaktelemente einer Löschkontaktuntereinheit eine gegeneinander gerichtete Anpresskraft auszuüben.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung umfassen die Rückstell- und Haltemittel ein Verzögerungselement. Damit lässt sich insbesondere ein Kontaktprellen vermeiden. Das Verzögerungselement ist insbesondere dazu ausgelegt, dass nach einer stromflussbedingten Öffnung der Löschkontaktelemente die auf zumindest eines der Löschkontaktelemente wirkende Rückstellkraft erst mit einer gewissen und vorzugsweise einstellbaren zeitlichen Verzögerung eingreift bzw. wirksam wird. Dadurch bleibt insbesondere auch genügend Zeit, dass die Oberflächen der betreffenden Löschkontaktelemente abkühlen und wieder erstarren kann, so dass ein Verschweißen oder mechanisches Verhaken beim Wiederschließen der betreffenden Löschkontaktstelle vorteilhafterweise verhindert wird. Das Verzögerungselement kann insbesondere als ein Bimetall oder ein Memorymetal ausgeführt sein oder eine solche Komponente umfassen.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung haben die zu einer der Löschkontaktuntereinheiten gehörigen Löschkontaktelemente ungleiche Kontaktmaterialien. Ungleiche Kontaktmaterialien verhindern insbesondere ein Kontaktschweißen, also eine Schweißverbindung zwischen den einander zugeordneten Löschkontaktelementen. Wenn eine insbesondere nicht miteinander verschweißbare oder eine insbesondere verschweissfeste Kontaktmaterialpaarung vorgesehen ist, kann es beim Schließen der Löschkontaktelemente auch an Stellen, an denen die Oberflächen durch die Lichtbogeneinwirkung aufgeschmolzen sind, nicht zu einer danach nicht mehr lösbaren Schweißverbindung kommen. Beispielhaft für die Löschkontaktelemente geeignete Kontaktmaterialien sind AgSnO-Werkstoffe, Wolfram-Legierungen, Molybdän-Legierungen und andere auch für Schaltgeräte übliche Kontaktwerkstoffe. Für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Kontaktmaterialien lassen sich ohne weiteres durch Experimente ermitteln. Vorzugsweise können außerdem auch mechanische Zusatzmaßnahmen vorgesehen sein um neben einem Verschweißen insbesondere auch ein mechanisches Verhaken der Löschkontaktelemente zu verhindern.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung bestehen die Löschkontaktelemente zumindest im jeweiligen Kontaktbereich aus einem Kontaktverbundmaterial, das sich insbesondere aus einer Kunststoffmatrix mit eingebetteten elektrisch leitfähigen Partikeln zusammensetzt. Insbesondere kann dabei ein Kunststoff vorgesehen sein, der gasend wirkt. Die so aufgrund des Kunststoffs zusätzlich entstehende Gasströmung unterstützt das Auseinanderdrücken der Löschkontaktelemente.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung sind zumindest einige der Löschkontaktelemente jeweils als ein Kontaktverbundkörper, der einen elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen Kontakthauptkörper und einen in den Kontakthauptkörper eingesetzten Kunststoffeinsatz umfasst, ausgeführt. Insbesondere kann der Kunststoffeinsatz aus einem unter dem Einfluss eines Lichtbogens ausgasenden Kunststoff, wie z.B. POM (Polyoxymethylen), bestehen oder einen solchen Kunststoff umfassen. Die sich aufgrund der Ausgasung bildende Gasströmung unterstützt wiederum das Auseinanderdrücken der Löschkontaktelemente. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kunststoffeinsatz zentral in Bezug auf eine Mittenlängsachse des Kontakthauptkörpers innerhalb des Kontakthauptkörpers angeordnet. Insbesondere ist der Kunststoffeinsatz konzentrisch zu der Mittenlängsachse angeordnet. Dadurch ergibt sich eine besonders günstige zum Rand des Kontakthauptkörpers gerichtete Blaswirkung des ausgasenden Kunststoffs, so dass der Lichtbogen weg vom Zentrum in Richtung des Rands des Kontakthauptkörpers getrieben wird. Bei einem Doppelkontakt insbesondere mit zwei seitlichen vom Zentrum beabstandeten Kontaktstellen, an denen bei einer Kontaktöffnung jeweils ein Lichtbogen auftritt, wird so insbesondere verhindert, dass sich die beiden Lichtbögen im Zentrum vereinigen und die beiden komplementären Löschkontaktelemente (= Gegenkontaktelemente) kurzgeschlossen werden.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung tritt beim Schließen der Löschkontaktelemente eine Selbstreinigung auf. Die Löschkontaktelemente sind insbesondere selbstreinigend. Beispielsweise kann beim Schließen der Löschkontaktelemente eine Abscherwirkung vorgesehen sein, so dass die die Kontaktflächen selbsttätig abrasiv gereinigt werden. Dadurch werden insbesondere Hautschichten, die sich während eines Ansprechvorgangs aufgrund der Einwirkung des Löschkammer-Teillichtbogens an den Oberflächen der Löschkontaktelemente bilden können und die elektrisch stark isolierend sein können, wieder entfernt oder zumindest soweit reduziert, dass sie bereits bei geringen Spannungen wieder durchgeschlagen werden können. Andernfalls könnten diese an den Löschkontaktelementen gebildeten Hautschichten insbesondere dazu führen, dass die Ansprechspannung der Überspannungsableiteinrichtung insgesamt ungünstig verändert wird und die Überspannungsableiteinrichtung im ungünstigsten Fall zu spät oder sogar gar nicht mehr anspricht.
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Gemäß einer anderen günstigen Ausgestaltung weist die Löscheinheit eine Überlasterkennung auf. Dadurch kann erkannt werden, ob die Überspannungsableiteinrichtung noch funktionsfähig ist oder ob dies aufgrund einer aufgetretenen Überlastung nicht mehr der Fall ist. Insbesondere kann es sich um die Erkennung und Anzeige einer thermischen Überlastung der Überspannungsableiteinrichtung handeln. Hierzu kann insbesondere eine thermisches Auslöseelement, wie z.B. eine unter zu starker Hitzeeinwirkung schmelzende Lot-Verbindung oder ein sich unter zu starker Hitzeeinwirkung verbiegendes Bimetall-Element, vorgesehen sein.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Überspannungsableiteinrichtung mit einem Überspannungsableiter und einer Löscheinheit mit drei Löschkontaktuntereinheiten in einer Blockschaltbilddarstellung,
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2 eine der Löschkontaktuntereinheiten der Überspannungsableiteinrichtung gemäß 1 in geschlossenem stromfreien Zustand,
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3 eine der Löschkontaktuntereinheiten der Überspannungsableiteinrichtung gemäß 1 in geöffnetem stromdurchflossenen Zustand,
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4 ein Ausführungsbeispiel einer als Teil einer Überspannungsableiteinrichtung gemäß 1 vorgesehenen Löscheinheit mit mehreren jeweils Einfachkontakte aufweisenden Löschkontaktuntereinheiten,
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer als Teil einer Überspannungsableiteinrichtung gemäß 1 vorgesehenen Löscheinheit mit mehreren jeweils Doppelkontakte aufweisenden Löschkontaktuntereinheiten,
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer als Teil einer Überspannungsableiteinrichtung gemäß 1 vorgesehenen, in einem gesonderten Gehäuse untergebrachten und fünf Löschkontaktuntereinheiten umfassenden Löscheinheit,
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7 die Löscheinheit gemäß 6 bei Stromfluss,
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8 ein Ausführungsbeispiel einer in einem gemeinsamen Gehäuse untergebrachten Überspannungsableiteinrichtung mit einem Überspannungsableiter und einer Löscheinheit mit zwei Löschkontaktuntereinheiten, und
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9 ein Ausführungsbeispiel eines in einer der Löschkontaktuntereinheiten gemäß 1, 6, 7 und 8 eingesetzten Kontaktelements umfassend einen Kontakthauptkörper mit einem zentralen Kunststoffeinsatz.
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Einander entsprechende Teile sind in 1 bis 9 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Überspannungsableiteinrichtung 1 mit einer elektrischen Reihenschaltung eines Überspannungsableiters 2 und einer Löscheinheit 3 mit beispielhaft drei Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6 gezeigt. Der Überspannungsableiter 2 ist bei dem Ausführungsbeispiel ein Funkenstrecken-Ableiter. Grundsätzlich können aber auch andere Typen von Überspannungsableitern vorgesehen sein, wie z.B. GDT-Ableiter.
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Der zur Ableitung von elektrischen Überspannungen ausgelegte Überspannungsableiter 2 hat einen in der schematischen Darstellung gemäß 1 nicht näher gezeigten Ableiter-Funktionsmechanismus mit einer im Normalbetrieb elektrisch isolierenden und nach einem Überspannungsfall einen Folgestrom I führenden Trennstrecke 7, welche in 1 ebenfalls nur schematisch angedeutet ist.
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Die Löscheinheit 3 ist zur Löschung des Folgestroms I ausgelegt und hat einen Löschkammer-Funktionsmechanismus, der unabhängig von dem Ableiter-Funktionsmechanismus ist. Die Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6 der Löscheinheit 3 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Sie sind im Wesentlichen gleich aufgebaut.
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Beispielhaft ist die Löschkontaktuntereinheit 4 in 2 und 3 in zwei verschiedenen Betriebszuständen gezeigt.
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Bei dem in 2 gezeigten stromfreien Normalbetrieb liegen eine bewegliche Elektrode 8 und zwei durch die Enden von elektrischen Zuleitungen gebildeten unbewegliche Gegenelektroden 9, 10 aneinander an. Dadurch sind zwei Kontaktstellen 11, 12 und auch elektrische Verbindungen zwischen der Elektroden 8 und den beiden Gegenelektroden 9, 10 gebildet. Die Elektrode 8 und die Gegenelektroden 9, 10 sind die Löschkontaktelemente der Löschkontaktuntereinheit 4. Sie stellen aufgrund der beiden Kontaktstellen 11, 12 einen Doppelkontakt dar. Die Elektrode 8 ist in Richtung ihrer Elektrodenlängsachse 13 beweglich gelagert. Sie wird mittels einer Feder 14 unter Ausübung einer definierten Anpresskraft gegen die Gegenelektroden 9, 10 gedrückt, so dass im Normalbetrieb der in 2 gezeigte Zustand mit geschlossenen Kontaktstellen 11, 12 gegeben ist. Die Feder 14 ist somit für die Elektrode 8 ein Rückstell- und Haltemittel.
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Bei dem in 3 gezeigten stromdurchflossenen Betriebszustand besteht kein unmittelbarer Kontakt zwischen der Elektrode 8 und den Gegenelektroden 9, 10. Diese Kontaktöffnung mit voneinander beabstandeten Elektroden 8, 9, 10 tritt bei einem Stromfluss durch die Löschkontaktuntereinheit 4 auf, wenn der Stromfluss einen vergleichsweise niedrigen einstellbaren Stromschwellwert überschreitet. Die Elektrode 8 bewegt sich unter dem Stromeinfluss ein Stück weit in Richtung der Elektrodenlängsachse 13 von den Gegenelektroden 9, 10 weg, so dass die Kontaktstellen 11, 12 geöffnet sind. Diese Rückwärtsbewegung der Elektrode 8 ist in 3 durch den Richtungspfeil 15 symbolisiert.
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Der sich ergebende freie Abstand zwischen der Elektrode 8 und den Gegenelektroden 9, 10 wird durch einen für die Rückwärtsbewegung der Elektrode 8 vorgesehenen Anschlag 16 begrenzt. Bei am Anschlag 16 anliegender Elektrode 8 stellt sich an den geöffneten Kontaktstellen 11, 12 jeweils eine Öffnungsweite w von beispielsweise etwa 1 mm ein. Andere Öffnungsweiten w sind aber grundsätzlich ebenfalls möglich, z.B. einige Zehntel Millimeter bis etwa drei Millimeter. An den Kontaktstellen 11, 12 brennt ein jeweils die Öffnungsweite w überbrückender und den Stromfluss aufrechterhaltender Löschkammer-Teillichtbogen 17, 18.
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Die Feder 14 ist bei geöffneten Kontaktstellen 11, 12 gestaucht. Die so hervorgerufene Federrückstellkraft drückt die Elektrode 8 zurück gegen die Gegenelektroden 9, 10, so dass die Elektrode 8 und die Gegenelektroden 9, 10 nach Erlöschen der Löschkammer-Teillichtbögen 17, 18 und Unterdrückung des Stromflusses bei dann wieder geschlossenen Kontaktstellen 11, 12 aneinander anliegen.
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Der Löschkammer-Funktionsmechanismus beruht primär darauf, nach einem Überspannungsfall, der die Trennstrecke 7 des Überspannungsableiters 2 in den stromleitenden Zustand versetzt, also beispielsweise zündet, möglichst schnell in der Löscheinheit 3 eine Gegenspannung aufzubauen, die größer als die den Stromfluss treibende Quellenspannung ist, um auf diese Weise den Stromfluss durch die Überspannungsableiteinrichtung 1 zu stoppen. Dazu wird an jeder der Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6 eine Teilgegenspannung UTG erzeugt. Es werden so viele Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6 vorgesehen, dass die Summe der Teilgegenspannungen UTG aller in Reihe liegender Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6 größer als die den Stromfluss treibende Quellenspannung ist. Die Teilgegenspannung UTG jeder der Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6 setzt sich dabei im Wesentlichen aus den pro geöffneter Kontaktstelle 11, 12 auftretenden Anoden-/Kathodenfallspannungen zusammen. Diese Anoden-/Kathodenfallspannung liegt je nach für die Elektrode 8 und die Gegenelektroden 9, 10 vorgesehenen Kontaktmaterialien im Bereich zwischen etwa 10 V und etwa 20 V. Sie tritt vorteilhafterweise schon bei den hier vorgesehenen sehr geringen Öffnungsweiten w auf. Die geringen Öffnungsweiten w haben den zusätzlichen Vorteil, dass bei der Kühlung der Löschkammer-Teillichtbögen 17, 18 die axialen Kühlungseffekte überwiegen. Die axiale Kühlung ist verglichen mit der bei längeren Lichtbögen maßgeblicheren radialen Kühlung effizienter.
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4 zeigt ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel einer Löscheinheit 19, welche auf dem gleichen Löschkammer-Funktionsmechanismus wie im Zusammenhang mit der Löscheinheit 3 gemäß 1 beschrieben beruht und insofern ebenfalls bei einer Überspannungsableiteinrichtung 1 gemäß 1 zum Einsatz kommen kann. In 4 ist von der Löscheinheit 19 nur ein benachbart zu einer der beiden Anschlussklemmen 20 liegender Teil abgebildet. Der Rest erschließt sich aber ohne weiteres analog. Die Löscheinheit 19 hat zwei anschlussseitige Löschkontaktuntereinheiten 21 sowie mehrere dazwischen angeordnete baugleiche Löschkontaktuntereinheiten 22. Die Löschkontaktuntereinheiten 21, 22 sind wiederum elektrisch in Reihe geschaltet. Jede der Löschkontaktuntereinheiten 22 hat jeweils eine einzige durch zwei aneinander anliegende Elektroden 23, 24 gebildete Kontaktstelle 25. Die Elektroden 23, 24 sind jeweils am Ende eines Federstreifens 26 montiert und werden durch die Federkraft der Federstreifen 26 gegeneinander gedrückt. Jeder als Blattfeder ausgeführter Federstreifen 26 trägt an seinen beiden Enden jeweils eine Elektrode 23 bzw. 24.
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Abgesehen von den beiden anschlussseitigen Löschkontaktuntereinheiten 21 sind bei den übrigen Löschkontaktuntereinheiten 22 jeweils beide Elektroden 23, 24, die eine Kontaktstelle 25 bilden, aufgrund der Elastizität der Federstreifen 26 beweglich und damit an der im Fall eines entsprechenden Stromflusses erfolgenden Öffnung der Kontaktsstelle 25 beteiligt. Die Kontaktöffnungsbewegung erfolgt durch eine Verbiegung der Federstreifen 26.
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Bei der anschlussseitigen Löschkontaktuntereinheit 21 ist dagegen nur die an dem ersten Federstreifen 26 befestigte Elektrode 23 beweglich. Die zusammen mit dieser beweglichen Elektrode 23 eine Kontaktstelle 27 bildende komplementäre Elektrode 28 ist die starre Verbindungsleitung zu der Anschlussklemme 20.
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Die Löschkontaktuntereinheiten 21, 22 der Löscheinheit 19 sind also jeweils als Einfachkontakte realisiert. Sie haben jeweils nur eine einzige Kontaktstelle 25, 27. Die Anzahl der insgesamt vorgesehenen Löschkontaktuntereinheiten 21, 22 richtet sich wiederum nach den Einsatzbedingungen, insbesondere nach der treibenden Quellenspannung sowie nach den hier aufgrund der Elektrodenmaterialien gegebenen Anoden-/Kathodenfallspannungen.
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Falls zum Aufbau der insgesamt erforderlichen Gegenspannung eine höhere Anzahl an Teilgegenspannungen UTG bzw. Anoden-/Kathodenfallspannungen benötigt wird, lässt sich durch eine einfache konstruktive Umgestaltung der Löscheinheit 19 eine Verdoppelung der auftretenden Teilspannungen erreichen. Hierzu sind lediglich die Einfachkontakte der inneren Löschkontaktuntereinheiten 22 auf Doppelkontakte abzuändern. Ein Ausführungsbeispiel einer entsprechend modifizierten Löscheinheit 29 mit Doppelkontakten ist in 5 gezeigt.
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Die Löscheinheit 29 umfasst innere Löschkontaktuntereinheiten 30 mit jeweils zwei Kontaktstellen 31, 32, die sich durch das Einfügen einer zusätzlichen Kontaktplatte 33 als starre komplementäre Gegenelektrode zwischen die an den Federstreifen 26 montierten beweglichen Elektroden 23, 24 ergeben.
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In 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer auf dem gleichen Löschkammer-Funktionsmechanismus basierenden Löscheinheit 34 gezeigt. Auch die Löscheinheit 34 ist zum Einsatz in einer Überspannungsableiteinrichtung 1 gemäß 1 bestimmt. Die Löscheinheit 34 ist einem gesonderten insbesondere vollgekapselten Gehäuse 35 untergebracht und umfasst fünf Löschkontaktuntereinheiten 36–40, die im Wesentlichen genauso aufgebaut sind wie die in 1 bis 3 abgebildeten Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6. Die elektrisch in Reihe geschalteten Löschkontaktuntereinheiten 36–40 sind längs einer Kreisumfangslinie (bzw. Kreisbahn), welche im Wesentlichen der in 7 mit eingetragenen zwischen den Zuleitungen 41, 42 kreisförmig verlaufenden Stromschleife 42a entspricht, angeordnet. Dadurch sind die Löschkontaktuntereinheiten 36–40 so platziert, dass die Richtungen der Beweglichkeit der Elektroden 8 längs ihren Elektrodenlängsachsen 13 im Wesentlichen jeweils radial nach außen in Bezug auf das Zentrum der Kreisumfangslinie orientiert sind. Fließt wie in 7 angedeutet ein Folgestrom I durch die Löscheinheit 34, sind die stromflussbedingten auf die Elektroden 8 wirkenden Kontaktöffnungskräfte F jeweils in etwa parallel zur Beweglichkeitsrichtung der betreffenden der Elektroden 8. Insbesondere fluchten die Kraftrichtungen mit den Beweglichkeitsrichtungen sogar. Insgesamt erleichtert sich dadurch das Öffnen der – in 7 beispielhaft nur bei der Löschkontaktuntereinheit 38 mit eingetragen – Kontaktstellen 11, 12 bei einem Stromfluss.
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In 8 ist ein Ausführungsbeispiel einer Überspannungsableiteinrichtung 43 mit einem Überspannungsableiter 44 und einer Löscheinheit 45, die in einem gemeinsamen Gehäuse 46 untergebracht sind, gezeigt. Das Gehäuse 46 ist teilgekapselt. Es verfügt über eine Druckausgleichsöffnung 47. Die Löscheinheit 45 umfasst zwei Löschkontaktuntereinheiten 48, 49, die im Wesentlichen wieder genauso aufgebaut sind wie die in 1 bis 3 abgebildeten Löschkontaktuntereinheiten 4, 5, 6. Ähnlich wie die Löschkontaktuntereinheiten 36–40 der Löscheinheit 34 gemäß 6 und 7 sind auch die Löschkontaktuntereinheiten 48, 49 längs einer Teilkreisbahn (= Kreisbogenlinie eines Kreissegments) angeordnet, so dass sich ähnlich vorteilhafte Kontaktöffnungskräfte F für die Elektroden 8 ergeben wie bei den Löschkontaktuntereinheiten 36–40. Die sich bei einem Stromfluss in etwa einstellende Strombahn mit einem teilkreisbogenförmigen Strombahnabschnitt 50 ist in 8 mit eingetragen.
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Obwohl sich der Überspannungsableiter 44 und die Löscheinheit 45 in dem gemeinsamen Gehäuse 46 befinden, beeinträchtigen sich beide Teileinheiten nicht. Insbesondere ist die Unabhängigkeit der Funktionsmechanismen beider Teileinheiten auch bei der Überspannungsableiteinrichtung 43 gegeben. Der Überspannungsableiter 44 ist zusätzlich in einem eigenen Ableitergehäuse 51 untergebracht. Dadurch ist eine sehr wirksame Schottung gebildet, die einen Übertritt von in der Löscheinheit 45 ggf. gebildetem Lichtbogenplasma zur Trennstrecke 7 des Überspannungsableiters 44 verhindert.
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In 9 ist ein Ausführungsbeispiel einer besonderen Ausgestaltung eines Kontaktelements 52 gezeigt, das insbesondere als Elektrode 8 bei einer der Löschkontaktuntereinheiten 4–6, 36–40, 48 und 49 gemäß 1–3, 6, 7 und 8 eingesetzt werden kann. Es umfasst einen Kontakthauptkörper 53 mit einer zentralen Ausnehmung 54, in die ein zur Elektrodenlängsachse 13 rotationssymmetrischer und im Längsschnitt T-förmiger Kunststoffeinsatz 55 eingesetzt ist. Der Kunststoffeinsatz 55 hat einen vorderen Teil 56 und einen rückwärtigen Teil 57, wobei der Durchmesser des rückwärtigen Teils 57 größer ist als der des vorderen Teils 56. Der vorderere Teil 56 steht mit seinem vorderen Ende über eine vordere insbesondere gewölbte Kontaktbegrenzungsfläche 58 des Kontakthauptkörpers 53 vor. Eine am Übergang zwischen dem rückwärtigen Teil 57 und dem vorderen Teil 56 gebildete Schulter 59 liegt auf einem in der Ausnehmung 54 des Kontakthauptkörpers 53 vorgesehenen korrespondierenden Vorsprung 60 auf. Auch die Feder 14 ist zum Teil in die Ausnehmung 54 eingesetzt. Sie dient dann auch dazu, den Kunststoffeinsatz 55 gegen den Vorsprung 59 zu drücken und so auch bei gezündeten Löschkammer-Teillichtbögen 17, 18 in seiner Position zu halten. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Kontakthauptkörper 53 zumindest im Bereich der Kontaktbegrenzungsfläche 58 aus Wolfram und der Kunststoffeinsatz 55 aus POM (Polyoxymethylen). POM gast unter der Lichtbogeneinwirkung aus und trägt zur Blaswirkung bei, so dass die Löschkammer-Teillichtbögen 17, 18 weg vom Zentrum um die Elektrodenlängsachse 13 in Richtung des seitlichen Umfangsrands 61 des Kontakthauptkörpers 53 getrieben werden.
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Diese günstige Wirkung des Kontaktelements 52 mit dem zentralen Kunststoffeinsatz 55 ist beispielhaft bei der in 7 im sich öffnenden Zustand abgebildeten Löschkontaktuntereinheit 38 angedeutet. Die durch den Kunststoffeinsatz 55 mit hervorgerufene – in 7 beispielhaft nur bei der Löschkontaktuntereinheit 38 mit eingetragene – Beblasung 62 der Löschkammer-Teillichtbögen 17, 18 ist nach außen gerichtet, so dass die beiden Löschkammer-Teillichtbögen 17, 18 nach außen getrieben werden und jedenfalls davon abgehalten werden, nach innen in Richtung der Elektrodenlängsachse 13 zu wandern und dort ggf. sogar die beiden Gegenelektroden 9, 10 direkt kurzzuschließen.
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Obwohl das Kontaktelement 52 also eine sehr günstige Ausgestaltungsform für die Elektroden 8 darstellt, sind aber trotzdem auch andere Kontaktausgestaltungen möglich. So ist z.B. auch die in 1–3 und 6–8 nur schematisch wiedergegebene Ausgestaltung denkbar, bei der die Elektroden 8 zumindest im vorderen und an die ebenfalls insbesondere gewölbte Kontaktbegrenzungsfläche angrenzenden Bereich aus einem einheitlichen Kontaktkörper bestehen. Bei Bedarf kann zur Unterstützung der Lichtbogenbeblasung gesondert von den Elektroden 8 ein z.B. aus ausgasendem POM bestehender Kunststoffkörper an anderer Stelle innerhalb der betreffenden Löscheinheit 3, 34 oder 45 vorgesehen sein. Bei der Löscheinheit 34 kann ein solcher Kunststoffkörper 63 z.B. im Zentrum der Kreisbahn, längs der die Löschkontaktuntereinheiten 36–40 platziert sind, angeordnet sein. Der optionale Kunststoffkörper 63 ist in 6 mit gestrichelter Linienführung eingetragen. Er hat eine Sternform mit Sternzacken 64, die sich jeweils in Richtung einer der Elektroden 8 der Löschkontaktuntereinheiten 36–40 erstrecken.
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Insgesamt ist festzuhalten, dass eine der Löscheinheiten 3, 19, 29 und 34 grundsätzlich in Serie zu jedem beliebigen Überspannungsableiter, insbesondere zu einem Funkenstrecken-Ableiter oder einem GDT-Ableiter, geschaltet werden kann, um so das Stromlöschvermögen des betreffenden Überspannungsableiters an einen höheren zu erwartenden (= prospektiven) Folgestrom anzupassen. Ein wichtiger Vorteil der Überspannungsableiteinrichtungen 1 und 43 besteht darin, dass die Ansprechspannung hauptsächlich durch den Überspannungsableiter 2 bzw. 44 und das Löschvermögen hauptsächlich durch die Löscheinheit 3 bzw. 45 bestimmt wird. Folglich können beide Komponenten für den jeweiligen Aufgabenbereich optimiert werden. Die Löscheinheiten 3, 19, 29, 34 und 45 zeichnen sich jeweils dadurch aus, die erforderliche Schalt- bzw. Gegenspannung sehr rasch aufzubauen und die Löschkammer-Teillichtbögen 17, 18 sehr gut zu kühlen, was zu einem Erlöschen aller Lichtbögen und zu einer raschen Wiederverfestigung der Trennstrecke 7 des Überspannungsableiters 2 bzw. 44 nach dem Stromnulldurchgang führt. Der schnelle Aufbau der Gegenspannung resultiert aus der bei bereits kleinen Öffnungsweiten w auftretenden Anoden-/Kathodenfallspannung. Das hier genutzte Löschprinzip basiert in erster Linie auf dem Anoden-/Kathodenfall und nicht wie bei bisher bekannten Überspannungsableiteinrichtungen auf einer Lichtbogenbewegung und/oder einer deutlich ausgeprägteren Kontaktelementbewegung. Es resultiert eine schnellere und zuverlässigere Begrenzung und Löschung des (Netz-)Folgestroms I.
