DE19829775A1 - Stoßstromfeste Überspannungs- und Überstrom-Schutzeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine stoßstromfeste Überspannungs- und Überstrom-Schutzeinrichtung mit einem in der Stromzuleitung befindlichen ersten Überstrom-Schutzgerät und einer zwischen den Phasen oder Stromzuleitungen angeordneten elektrischen Querverbindung, die aus einer Reihenschaltung eines zweiten Überstrom-Schutzgerätes und eines Überspannungs-Schutzgerätes besteht, wobei das erste Überstrom-Schutzgerät sich in dem Bereich des Längszweiges befindet, welcher dem Anschluß des Querzweiges an den Längszweig nachgeordnet ist, und wobei der vorgenannte Anschluß als elektrisch und mechanisch stoßstromfeste und kurzschlußstromfeste Verbindung ausgebildet ist und weiterhin das zweite Überstrom-Schutzgerät zusätzlich elektrisch und mechanisch stoßstromfeste Eigenschaften aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine stoßstromfeste Überspannungs- und Überstrom-Schutzeinrichtung mit einem in der Stromzu­ leitung (Längszweig) befindlichen ersten Überstrom-Schutz­ gerät und einer zwischen den Phasen oder Stromzuleitungen angeordneten elektrischen Querverbindung (Querzweig), in der sich eine Reihenschaltung aus einem Überspannungs-Schutz­ gerät und einem zweiten Überstrom-Schutzgerät befindet (Oberbegriff des Anspruches 1). Dabei dient das Überstrom-Schutz­ gerät im Längszweig dem Personenschutz und Sachschutz bei netzfrequenten Überströmen und Kurzschlußströmen.

Das Überspannungs-Schutzgerät wird bei transienten Über­ spannungen niederohmig und leitet den auftretenden Stoßstrom ab. Ein Überstrom-Schutzgerät ist als back-up Schutzorgan in Reihe zum Überspannungs-Schutzgerät notwendig. Das Über­ strom-Schutzgerät im Querzweig unterbricht den Kurzschluß­ strom im Querzweig, wenn der durch das Überspannungs-Schutz­ gerät fließende Netzfolgestrom das Eigenlöschvermögen des Überspannungs-Schutzgerätes überschreitet, bzw. wenn inneren Fehlern des Überspannungs-Schutzgerätes kein Eigenlöschver­ mögen mehr vorhanden ist.

Beim Ableiten des Stoßstromes fließt dieser auch durch die vorgeschalteten Überstrom-Schutzgeräte Überstrom-Schutzge­ räte üblicher Bauart besitzen jedoch nur eine geringe Stoß-Stromtragfähigkeit. Sie sind für die Unterbrechung netzfre­ quenter Ströme dimensioniert und nicht in der Lage Stoß­ ströme zu begrenzen oder zu unterbrechen. Beim Überschreiten der Stoßstromtragfähigkeit lösen sie aus oder werden zer­ stört.

Obwohl das Funktionsprinzip der Überstrom-Schutzgeräte nur auf die Bedingungen des 50 Hz-Netzfolge-Stromes ausgerichtet ist, dürfen diese Geräte während der Ableitung des Stoß­ stromes weder auslösen, noch andere Fehlfunktionen zeigen. Ein fehlerhaftes Auslösen der Überstrom-Schutzgeräte beim Ableiten des Stoßstromes kann sowohl die Fehl? des Über­ stromes wie des Überspannungs-Schutzgerätes bedeuten.

Diese aus den Einsatzbedingungen abgeleiteten Forderungen

• - hoher Stoßstromtragfähigkeit bis zu 100 kA ohne auslösen
• - Sicherheitskonformes Ansprechen bei netzfrequenten Über­ strömen und Kurzschlußströmen

können nicht mit einem Überstrom-Schutzgerät bisheriger Bauart verwirklicht werden. Dazu werden üblicherweise zwei verschiedene Überstrom-Schutzgeräte in die unterschiedlichen Zweige einer Geräteanordnung installiert. Das erste Über­ strom-Schutzgerät befindet sich in der an die Netzeinspei­ sung angeschlossene Stromzuleitung. Nach diesem ersten Überstrom-Schutzgerät befindet sich ein Knotenpunkt bzw. eine Abzweigung für die Querverbindung zum anderen Leiter, z. B. eine Erdleitung. In diesen Querzweig ist das zweite Überstrom-Schutzgerät mit einem Überspannungs-Schutzgerät, z. B. einem Blitzstrom- oder Überspannungs-Ableiter in Reihe geschaltet. Dabei übernimmt das erste Überstrom-Schutzgerät stets den Schutz der nachgeordneten Leitungen und des Ver­ brauchers für den Fall einer Überlastung oder eines Kurz­ schlusses. Das zweite Überstrom-Schutzgerät unterbricht den Kurzschlußstrom dieses Querzweiges im Fall eines Kurz­ schlusses im Überspannungs-Schutzgerät, aber bei nicht aus­ reichendem Löschvermögen. Funktionsbedingt kann allerdings in diesem Querzweig, der der Ableitung des Stoßstromes dient, kein Überlaststrom auftreten. Somit kann das zweite Überstrom-Schutzgerät ausschließlich nach Kurzschluß-Krite­ rien dimensioniert werden und zwar unabhängig von dem für jeden Anwendungsfall eine andere Größe aufweisenden Be­ triebsstrom ein Längszweig.

Um über das Überspannungs-Schutzgerät hohe Stoßströme ablei­ ten zu können, muß das in Reihe geschaltete zweite Über­ strom-Schutzgerät eine ausreichende Stoßstromtragfähigkeit aufweisen. Dazu muß der Nennwert des zweiten Überstrom-Schutz­ gerätes möglichst groß gewählt werden; sonst könnte es funktionsbedingt bei einem hohen Stoßstrom und damit zu einem Auslösen oder sogar Zerstören des zweiten Über­ strom-Schutzgerätes kommen. Eine ausreichend hohe Stoßstromtrag­ fähigkeit besitzen nur Überstrom-Schutzgeräte mit hohen Nennstromstärken. Hierzu wird auf das zweite Über­ strom-Schutzgerät in dem erläuterten Querzweig verwiesen.

Aus vorstehenden Gründen steht bei diesem Stand der Technik der Anwender vor dem Problem, daß er das erste Überstrom-Schutz­ gerät aufgrund des niedrigen Betriebsstromes mit einer Nennstromstärke von nur 16 A wählen müßte; jedoch das zweite Überstrom-Schutzgerät, das nur für den Kurzschluß­ schutz auszulegen ist, für einen Nennwert von 100 A zu bemessen ist. Damit besitzt zwar das zweite Überstrom-Schutz­ gerät automatisch eine ausreichende Stoßstrom-Trag­ fähigkeit; jedoch das erste Überstrom-Schutzgerät nicht. Somit kann es schon bei einem kleinen Stoßstrom zu einer ungewollten Auslösung bzw. Zerstörung des ersten Überstrom-Schutz­ gerätes kommen, womit die Stromversorgung ungewollt unterbrochen wird und die Schutzeinrichtungen ersetzt werden müssen.

Die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Schutzeinrichtung zu schaffen, die Stoßströme ohne Unterbrechung der Netzversorgung ableiten und dabei in Netzen mit beliebig kleinen Betriebsströmen integriert werden kann, ohne in das Überstrom-Schutzsystem für den Sach- und Personenschutz einzugreifen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist zunächst, ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, gemäß dessen Kennzeichen vorgesehen, daß das erste Überstrom-Schutz­ gerät sich in dem Bereich der Zuleitung (Längszweig) befindet, welcher dem Anschluß des Querzweiges an diesem Längszweig nachgeordnet ist und daß der vorgenannte Anschluß als elektrisch und mechanisch stoßstromfeste und kurzschluß­ stromfeste Verbindung ausgebildet ist und daß das zweite Überstrom-Schutzgerät zusätzlich elektrisch und mechanisch stoßstromfest ist. Hiermit werden mehrere Vorteile erreicht. Im Falle einer Stoßstrombeanspruchung wird der Stoßstrom vor dem ersten Überstrom-Schutzgerät über den Querzweig abgeleitet. Damit wird das erste Überstrom-Schutzgerät nicht mehr vom Stoßstrom des Querzweiges durch flossen und kann daher nicht durch einen zu hohen Stoßstrom ausgelöst oder zerstört werden. Vielmehr fließen durch diesen Längszweig nur der Betriebs-/Kurzschlußstrom vom einspeisenden Netz zum Verbraucher. Die Anforderungen an das erste Über­ strom-Schutzgerät werden nur durch die Errichtungsvorschrif­ ten für den Personen- und Sachschutz bestimmt und werden durch die Aufgaben der Stoßstromableitung nicht berührt. Sie können in der üblichen Weise erfüllt werden. Das zweite Überstrom-Schutzgerät, das sich im Querzweig befindet ist so zu bemessen, daß es die erforderliche hohe Stoßstromtrag­ fähigkeit besitzt und den Kurzschlußstrom im Querzweig unterbrechen kann. Das weitere Merkmal des Anspruches 1, nämlich den Anschluß des Querzweiges an den das erste Über­ strom-Schutzgerät aufnehmenden Längszweig als kurzschluß­ feste und unveränderbare Verbindung auszugestalten, vermei­ det eine von außen her zugängige und lösbare Abzweigung, die nach den Vorschriften verboten ist. Vielmehr ist eine durch­ gehende mechanisch und elektrisch stoßstrom- und kurz­ schlußstromfeste Verbindung geschaffen, die hinreichend isoliert werden kann. Vor allem kann kein versehentliches Lösen dieser Verbindung geschehen. Hinzu kommt, daß das zweite Überstrom-Schutzgerät zusätzlich elektrisch und mechanisch stoßstromfest ist und somit die möglicherweise Überfließenden Ströme verarbeiten kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 befinden sich die Schutzgeräte und die vorge­ nannte Anschluß- bzw. Verbindungsstelle zwischen Längszweig und Querzweig in einem gemeinsamen Schutzgehäuse, das mit Anschlüssen versehen ist. Das Gehäuse verhindert ein unbe­ fugtes Berühren der vorgenannten Zuleitungsphase (Längs­ zweig) und auch ein unbefugtes Lösen der Verbindung zwischen Längszweig und Querzweig. In diesem Falle ist es nicht nötig, den Anschluß des Querzweiges an den Längszweig fest, d. h. unlösbar zu machen. Vielmehr kann in diesem Falle zur Erleichterung der Montage und der Demontage auch diese Verbindung als lösbarer Anschluß ausgestaltet werden. Hier­ mit wird eine kompakte Montage-Einheit geschaffen, die nur noch mit ihren Anschlüssen an den betreffenden Leitungen anzubringen ist und die erforderlichen Schutzgeräte beinhal­ tet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen gemäß Anspruch 3 die Überstrom-Schutzgeräte aus Schmelz­ leiter-Elementen, wie sie bei Sicherungen vorgesehen sind. Diese Bauteile sind zum einen einfach und in der Herstellung preisgünstig.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weite­ ren Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen erfindungsgemäßer Ausführungs­ möglichkeiten zu entnehmen.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 Das Prinzip der Erfindung in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Einrichtung eingehaust ist,

Fig. 3 + Fig. 4 Einzelheiten von Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung,

Fig. 5 die Darstellung des eingangs erläuterten Standes der Technik.

Zunächst wird der Stand der Technik anhand der Fig. 5 erklärt. Eine Zuleitung (Längszweig) 1 ist mit der Netzein­ speisung 2 sowie mit dem Verbraucher 3 verbindbar. Ein Querzweig 5 ist einerseits mit einem Knotenpunkt 4 an der Zuleitung 1 und mit einem weiteren Knotenpunkt 6 an die Erdleitung 7 anschließbar.

In der Zuleitung 1 ist zwischen der Netzeinspeisung 2 und dem Knotenpunkt 4 ein erstes Überstrom-Schutzgerät 8, im Querzweig 5 ein zweites Überstrom-Schutzgerät 9 und ferner in Reihe hiermit ein Überspannungs-Schutzgerät 10, z. B. ein Überspannungsableiter oder Blitzstromableiter vorgesehen. Hinsichtlich der Funktion dieses Standes der Technik und dessen Nachteile wird auf die Einleitung der Beschreibung verwiesen.

Das Prinzip der Erfindung zeigt Fig. 1. Zum besseren Ver­ ständnis sind bei gleichen Bauteilen auch die selben Be­ zugsziffern der Fig. 5 vorgesehen. Nur befindet sich jetzt das erste Überstrom-Schutzgerät 8 nicht mehr zwischen der Netzeinspeisung 2 und dem Anschluß 4 des Querzweiges 5 an dem Längszweig 1, sondern vielmehr zwischen dem letztge­ nannten Anschluß und dem Verbraucher. Somit belastet der mit der Linie 11 gekennzeichnete Stoßstrompfad nicht mehr das erste Überstrom-Schutzgerät 8, sondern läuft lediglich über das zweite, auf die maximale Stoßstromtragfähigkeit auszu­ legende Überstrom-Schutzgerät 9. Das Überstrom-Schutzgerät 8 liegt nur noch im Betriebsstromzweig und ist allein für das Schützen des Betriebsstromkreises gegenüber netzfrequenten Überströmen und Kurzschlußströmen ausgelegt. Der für den Fall des Versagens der Überspannungs-Schutzgeräte auftreten­ de Kurzschlußstrom führt über den Kurzschlußstrompfad 12 und ist ebenfalls eingezeichnet. Er wird nur über den Quer­ zweig 5 geführt, d. h. über das zweite Überstrom-Schutzgerät 9 und das Überspannungs-Schutzgerät 10 und nicht mehr über das im Längszweig angeordnete Überstrom-Schutzgerät 8. Statt der lösbaren Anschlüsse 4 und 6 des Standes der Technik sind hier kurzschlußfeste Verbindungen 4' und 6' zwischen dem Querzweig 5 und den beiden Längszweigen 1, 7 vorgesehen.

Ausgehend vom Prinzip gemäß Fig. 1 zeigt Fig. 2 eine in ihrem konstruktiven Aufbau bevorzugte Einrichtung. Soweit möglich sind auch hier die Bezugsziffern der beiden Fig. 1 und 5 übernommen worden. Die dargestellten Bauteile befin­ den sich in einem geschlossenen Gehäuse 13, welches die Anschlüsse für die Zuleitung 2, die Ableitung 3 und den Erdanschluß trägt, der hier mit der Anschlußstelle 6' zusam­ men dargestellt ist.

Somit ist ein kombiniertes Schutzgerät geschaffen, welches die Integration von Überspannungs-Schutzgerät und Über­ strom-Schutzgerät ermöglicht und dabei die beiden Funktionen des Überspannungs-Schutzes und des Überstrom-Schutzes in einem Gerät vereinigt. Innerhalb eines solchen Gerätes kann der Überstrom-Schutz in zwei getrennten Pfaden realisiert werden:
den netzfrequenten, unbeeinflußten Überstrom- und Kurzschlußstrom-Schutz für den Betriebsstrompfad 1 und
den davon unabhängigen stoßstromfesten Kurzschluß- Strom-Schutz für das Überspannungs-Schutzgerät im Kurzschlußstrompfad 12.

Fig. 2 zeigt ferner, daß die mit 1 und 5 bezifferten inter­ nen Verbindungen als stromtragfähige kurzschlußfeste Verbin­ dungen (siehe Schraffierung) ausgebildet sind. Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß die Überstrom-Schutzgeräte (8, 9) aus Schmelzleiter-Elementen gebildet sein können, wie sie bei Sicherungen vorgesehen sind.

Wie bereits erläutert, ist das zweite Überstrom-Schutzgerät 9 nur für Auslösen bei Kurzschlußströmen ausgelegt und wird mit einer dem Ableitvermögen des Überspannungs-Schutzgerätes 10 entsprechenden Stoßstrom-Tragfähigkeit ausgerüstet. Dagegen ist das erste Überstrom-Schutzgerät 8 nur für das übliche Auslösen bei netzfrequentem Überstrom- und Kurz­ schlußstrom ausgelegt.

Vom Prinzip her sind die beiden Strompfade 1 und 5 auch mit mechanisch wirkenden Überstrom-Schutzgeräten realisierbar, anstelle der erläuterten Sicherungselemente.

Alle dargestellten und erläuterten Merkmale, sowie ihre Kombinationen miteinander, werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (8)

1. Stoßstromfeste Überspannungs- und Überstrom-Schutzein­ richtung mit einem in der Stromzuleitung (Längszweig) befindlichen ersten Überstrom-Schutzgerät und einer zwischen den Phasen oder Stromzuleitungen angeordneten elektrischen Querverbindung (Querzweig), die aus einer Reihenschaltung eines zweiten Überstrom-Schutzgerätes und eines Überspannungs-Schutzgerätes besteht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Überstrom-Schutzgerät (8) sich in dem Bereich des Längszweiges (1) befindet, wel­ cher dem Anschluß (4) des Querzweiges (5) an den Längs­ zweig (1) nachgeordnet ist und daß der vorgenannte An­ schluß als elektrisch und mechanisch stoßstromfeste und kurzschlußstromfeste Verbindung ausgebildet ist und daß das zweite Überstrom-Schutzgerät (9) zusätzlich elek­ trisch und mechanisch stoßstromfest ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgeräte (8, 9, 10) und die Anschlußstelle (4) in einem gemeinsamen Schutzgehäuse (13) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeich­ net, daß die Überstrom-Schutzgeräte (8, 9) aus Schmelz­ leiter-Elementen ausgebildet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzleiter-Element für die Bildung des ersten Überstrom-Schutzgerätes (8) so ausgelegt ist, daß es die gewünschte Ausschaltcharakteristik bei netzfrequenten Strömen (Überstrom- und Kurzschlußströme) aufweist und daß das Schmelzleiter-Element für die Bildung des zweiten Überstrom-Schutzgerätes (9) die erforderliche Stoßstrom­ tragfähigkeit und das vorgegebene Kurzschluß-Ausschalt­ vermögen besitzt.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) zweige­ teilt ist und daß das Überspannungs-Schutzgerät (10) über eine elektrisch und mechanisch stoßstromfeste und kurz­ schlußfeste Verbindung an das Überstrom-Schutzgerät (9) im Querzweig (5) angebaut ist.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) als Ganzes bzw. in seinen Teilen so gestaltet ist, daß es in gängigen Installationssysteme eingebracht werden kann.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstrom-Schutzgeräte (8, 9) auswechselbar sind.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) mit den elektrisch und mechanisch stoßstromfesten Anschlüssen (2, 3 und 6') versehen ist.