DE202019102722U1

DE202019102722U1 - Überspannungsschutzgerätmodule

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Publication number: DE202019102722U1
Application number: DE202019102722.3U
Authority: DE
Original assignee: Raycap IP Development Ltd
Current assignee: Raycap IP Development Ltd
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2029-05-16
Also published as: DE202019005584U1; DE102019112674A8; DE102019112674A1

Abstract

Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul zum Montieren auf einer Sammelschiene, wobei das SPD-Modul Folgendes umfasst:
ein Überspannungsbegrenzungselement; und
eine Kontaktklemmenanordnung, die elektrisch mit dem Überspannungsbegrenzungselement verbunden ist, wobei die Kontaktklemmenanordnung konfiguriert ist, um das SPD-Modul mechanisch und elektrisch mit der Sammelschiene zu verbinden und Folgendes aufweist:
ein Kontaktelement, das eingerichtet und konfiguriert ist, um die Sammelschiene zu empfangen und mit ihr elektrischen Kontakt herzustellen; und
eine ergänzende Feder, die eingerichtet und konfiguriert ist, um einer Auslenkung des Kontaktelements elastisch zu widerstehen;
wobei das Kontaktelement aus einem ersten Material gebildet ist und die ergänzende Feder aus einem zweiten Material, das von dem ersten Material unterschiedlich ist, gebildet ist.

Description

Verwandte Anmeldung(en)
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/783 804 , eingereicht am 21. Dezember 2018, deren Offenbarung hiermit zur Gänze durch Verweis einbezogen wird.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Überspannungsschutzgeräte.
Stand der Technik
Es wird häufig übermäßige Spannung oder übermäßiger Strom anhand von Hausanschlussleitungen angelegt, die Leistung zu Wohnbauten und kommerziellen und institutionellen Anlagen liefern. Solche übermäßigen Spannungs- oder Stromspitzen (transiente Überspannungen und Stoßströme) können zum Beispiel aus Blitzeinschlag resultieren. Die oben genannten Ereignisse können in Telekommunikationsverteilungszentren, Krankenhäusern und anderen Anlagen, in welchen Ausstattungsbeschädigung, die durch Überspannungen und/oder Stoßströme verursacht wird, nicht akzeptabel sind und in Ausfallzeit resultieren, von besonderer Besorgnis und sehr kostspielig sein.
Typischerweise kann empfindliche Elektronikausstattung vor transienten Überspannungen und Stoßströmen unter Verwenden von Überspannungsschutzgeräten (Surge Protective Devices - SPDs) geschützt werden. Ein Überspannungsschutzgerät kann zum Beispiel an einem Stromeingang von Ausstattung, die geschützt werden soll, installiert werden, die typischerweise vor Überströmen geschützt ist, wenn sie versagt. Ein typischer Versagensmodus eines SPD ist ein Kurzschluss. Der typischerweise verwendete Überstromschutz ist eine Kombination aus einem internen thermischen Trennschalter, um das Gerät vor Überhitzen aufgrund gesteigerter Leckströme zu schützen, und einer externen Sicherung, um das Gerät vor höheren Fehlerströmen zu schützen. Unterschiedliche SPD-Technologien können den Gebrauch des internen thermischen Trennschalters vermeiden, weil sie bei Auftreten eines Versagens ihren Betriebsmodus auf einen niederohmigen Widerstand wechseln.
Bei dem Auftreten eines Stoßstroms in einer Leitung L (zum Beispiel einer Spannungsleitung eines dreiphasigen Stromkreises), kann der Schutz von Stromsystem-Lastvorrichtungen das Bereitstellen eines Stromwegs zur Masse für den übermäßigen Strom des Stoßstroms erfordern. Der Stoßstrom kann eine transiente Überspannung zwischen der Leitung L und dem Nullleiter N erzeugen (der Nullleiter N kann leitend mit einer Erdung PE gekoppelt sein). Da die transiente Überspannung die Betriebsspannung des SPD erheblich überschreitet, wird das SPD leitend, was es dem übermäßigen Strom erlaubt, von der Leitung L durch das SPD zu dem Nullleiter N zu fließen. Sobald der Stoßstrom zu dem Nullleiter N geleitet wurde, endet der Überspannungszustand, und das SPD kann wieder nichtleitend werden. In einigen Fällen beginnen jedoch ein oder mehrere SPDs zu erlauben, dass ein Leckstrom sogar bei Spannungen, die niedriger sind als die Betriebsspannung der SPDs, geleitet wird. Solche Bedingungen können in dem Fall des Verschlechterns eines SPD auftreten.
Kurzdarstellung
Gemäß einigen Ausführungsformen weist ein Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul zum Montieren auf einer Sammelschiene ein Überspannungsbegrenzungselement und eine Kontaktklemmenanordnung auf. Die Kontaktklemmenanordnung ist elektrisch mit dem Überspannungsbegrenzungselement verbunden. Die Kontaktklemmenanordnung ist konfiguriert, um mechanisch und elektrisch das SPD-Modul mit der Sammelschiene zu verbinden. Die Kontaktklemmenanordnung weist Folgendes auf: ein Kontaktelement, das eingerichtet und konfiguriert ist, um eine Sammelschiene aufzunehmen und elektrischen Kontakt mit ihr herzustellen; und eine ergänzende Feder, die eingerichtet und konfiguriert ist, um der Auslenkung des Kontaktelements elastisch zu widerstehen. Das Kontaktelement ist aus einem ersten Material gebildet, und die ergänzende Feder ist aus einem zweiten Material, das von dem ersten Material unterschiedlich ist, gebildet.
Bei einigen Ausführungsformen weist das erste Material eine größere elektrische Leitfähigkeit und Biegsamkeit als das zweite Material auf.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Kontaktelement im Wesentlichen U-förmig und weist einen ersten und einen zweiten auskragenden Schenkel, die entgegengesetzt sind, auf, wobei der erste und der zweite Schenkel einen Sammelschienenaufnahmeschlitz definieren, um die Sammelschiene aufzunehmen, und die zusätzliche Feder eingerichtet und konfiguriert ist, um der Auslenkung des ersten und des zweiten Schenkels des Kontaktelements elastisch zu widerstehen.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist das ergänzende Federelement im Wesentlichen U-förmig und umgibt einen Abschnitt des Kontaktelements, der den ersten und den zweiten Schenkel aufweist.
Bei einigen Ausführungsformen weist das ergänzende Federelement ein erstes und ein zweites Eingriffsmerkmal, die einander entgegengesetzt sind, auf, die jeweils den ersten und den zweiten Schenkel kontaktieren.
Das SPD-Modul kann Spalten aufweisen, die zwischen dem ersten und zweiten Schenkel und dem ergänzenden Federelement definiert sind, wobei die Spalten relative Verlagerung zwischen dem Kontaktelement und der zusätzlichen Feder erlauben.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Kontaktelement ferner dritte und vierte auskragende Schenkel, die einander entgegengesetzt sind, auf, die den Sammelschienenaufnahmeschlitz definieren.
Das SPD-Modul kann ein zweites ergänzendes Federelement aufweisen, das eingerichtet und konfiguriert ist, um elastisch der Auslenkung des dritten und vierten Schenkels des Kontaktelements zu widerstehen.
Das SPD-Modul kann ein Modulgehäuse aufweisen, das ausgelegt ist, um auf der Sammelschiene montiert zu sein, wobei das Überspannungsbegrenzungselement und die Kontaktklemmenanordnung auf das Gehäuse montiert sind.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Überspannungsbegrenzungselement einen Varistor auf.
Das SPD-Modul kann ferner eine Gasentladungsröhre (GDT), die mit dem Varistor und der Kontaktklemmenanordnung verbunden ist, aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Überspannungsbegrenzungselement eine GDT auf.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist ein Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul für den Gebrauch mit einer Spannungsleitungssammelschiene und einem Zusatzgerät Folgendes auf: ein Modulgehäuse; ein Überspannungsbegrenzungselement auf dem Modulgehäuse; eine Kontaktklemme, die konfiguriert ist, um mechanisch und elektrisch das SPD-Modul mit der Spannungsleitungssammelschiene zu verbinden, und einen Hilfsstromversorgungssteckverbinder, der auf das Modulgehäuse montiert ist. Der Hilfsstromversorgungssteckverbinder ist auch elektrisch mit der Kontaktklemme verbunden, um Strom von der Spannungsleitungssammelschiene zu dem Zusatzgerät durch den Hilfsstromversorgungssteckverbinder zu liefern.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Hilfsstromversorgungssteckverbinder elektrisch mit der Kontaktklemme zwischen der Kontaktklemme und dem Überspannungsbegrenzungselement verbunden.
Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Hilfsstromversorgungssteckverbinder konfiguriert, um freigebbar ein elektrisches Kabel aufzunehmen, um das Zusatzgerät elektrisch mit der Spannungsleitungssammelschiene zu verbinden.
Das Überspannungsbegrenzungselement kann einen Varistor aufweisen.
Das Überspannungsbegrenzungselement kann eine GDT aufweisen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist ein Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul ein erstes Überspannungsbegrenzungselement, ein zweites Überspannungsbegrenzungselement, einen ersten thermischen Trennschaltermechanismus, einen zweiten thermischen Trennschaltermechanismus und einen Indikatormechanismus auf. Der erste thermische Trennschaltermechanismus reagiert auf Überhitzen des ersten Überspannungsbegrenzungselements, um das erste Überspannungsbegrenzungselement zu trennen. Der zweite thermische Trennschaltermechanismus reagiert auf Überhitzen des zweiten Überspannungsbegrenzungselements, um das zweite Überspannungsbegrenzungselement zu trennen. Der Indikatormechanismus kann betrieben werden, um als Reaktion auf Betätigung eines des ersten und zweiten thermischen Trennschaltermechanismus eine Warnung, dass das SPD-Modul versagt hat, bereitzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Indikatormechanismus einen lokalen Warnmechanismus auf, der eine sichtbare Angabe auf dem SPD-Modul bereitstellt, dass einer des ersten und zweiten thermischen Trennschaltermechanismus betätigt wurde.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist der lokale Warnmechanismus ein Fenster in dem Modulgehäuse auf, und ein Indikatorelement, das zwischen einer Bereitschaftsposition und einer Indikatorposition bezüglich des Fensters als Reaktion auf das Betätigen eines des ersten und zweiten thermischen Trennschaltermechanismus bewegbar ist.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Indikatormechanismus Folgendes auf: ein Indikatorelement, das zwischen einer Bereitschaftsposition und einer Indikatorposition bewegbar ist; eine federbelastete Schwinge in einer nicht ausgelösten Position und die auf Betätigung des ersten thermischen Trennschaltermechanismus reagiert, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Indikatorposition zu zwingen; und eine zweite federbelastete Schwinge in einer nicht ausgelösten Position, und die auf Betätigung des zweiten thermischen Trennschaltermechanismus reagiert, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Indikatorposition zu zwingen.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist der erste thermische Trennschaltermechanismus eine erste Trennschaltfeder auf, die elastisch gebogen und elektrisch mit dem Überspannungsbegrenzungselement durch ein erstes Lot in einer Verbindungsposition verbunden ist; das erste Lot reagiert auf Überhitzen des ersten Überspannungsbegrenzungselements, um die erste Trennschaltfeder von der Verbindungsposition zu einer betätigten Position freizugeben, wobei die erste Trennschaltfeder von dem ersten Überspannungsbegrenzungselement getrennt ist; der zweite thermische Trennschaltermechanismus weist eine zweite Trennschaltfeder auf, die elastisch abgelenkt und elektrisch mit dem zweiten Überspannungsbegrenzungselement durch ein zweites Lot in einer Verbindungsposition verbunden ist; das zweite Lot reagiert auf Überhitzen des zweiten Überspannungsbegrenzungselements, um die zweite Trennschaltfeder von der Trennposition zu einer betätigten Position freizugeben, in der die zweite Trennschaltfeder von dem zweiten Überspannungsbegrenzungselement getrennt ist; in dieser Position hält die erste Trennschaltfeder die erste Schwinge in ihrer nicht ausgelösten Position zurück, wenn sie in ihrer Verbindungsposition ist, und, wenn sie betätigt ist, erlaubt die erste Trennschaltfeder es der ersten Schwinge, sich zu bewegen, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Indikatorposition zu zwingen; und wenn sie in ihrer nicht Verbindungsposition ist, hält die zweite Trennschaltfeder die zweite Schwinge in ihrer nicht ausgelösten Position zurück und, wenn sie betätigt ist, erlaubt es die zweite Trennschaltfeder der zweiten Schwinge, sich zu bewegen, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Indikatorposition zu zwingen.
Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist ein Überspannungsschutzgerät (SPD) eine Gasentladungsröhre (GDT), eine GDT-Elektrode und ein Lot auf. Die Gasentladungsröhre (GDT) weist eine GDT-Klemme auf. Die GDT-Elektrode weist eine Elektrodenmittenachse auf und weist einen ringförmigen Basisringabschnitt auf; einen Kopplungsabschnitt, der axial von dem Basisringabschnitt beabstandet ist; und einen integralen Verbindungsabschnitt, der sich axial zwischen dem Basisringabschnitt zu dem Kopplungsabschnitt erschreckt und damit verbindet. Das Lot ist zwischen dem Basisringabschnitt und der GDT-Elektrode eingefügt und bondet diese.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Verbindungsabschnitt Folgendes auf: eine Mehrzahl umfänglich beabstandeter Verbindungsschenkel, die sich axial zwischen dem Basisringabschnitt und dem Kopplungsabschnitt erstrecken und den Basisringabschnitt mit dem Kopplungsabschnitt verbinden; und Öffnungen, die zwischen diesen Schenkeln definiert sind.
Gemäß einigen Ausführungsformen sind die Verbindungsschenkel umfänglich im Wesentlichen gleich beabstandet an dem Basisringabschnitt beabstandet.
Bei einigen Ausführungsformen weist der Verbindungsabschnitt ein Profil auf, das im Wesentlichen zylindrisch, konisch oder frustokonisch ist, und einen Hohlraum, der innerhalb des Verbindungsabschnitts definiert ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist ein Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul zum Montieren auf einer Sammelschiene ein Modulgehäuse, ein Überspannungsbegrenzungselement und eine Kontaktklemme auf. Das Modulgehäuse weist eine äußere Seitenwandoberfläche auf. Das Modulgehäuse ist konfiguriert, um auf die Sammelschiene montiert zu werden. Das Überspannungsbegrenzungselement befindet sich in dem Modulgehäuse. Die Kontaktklemme ist konfiguriert, um mechanisch und elektrisch das SPD-Modul mit der Sammelschiene zu verbinden. Das Modulgehäuse weist ferner eine Distanzierungsrippe auf, die sich von der äußeren Seitenwandoberfläche um eine vorgeschriebene Distanzierungsentfernung erstreckt.
Bei einigen Ausführungsformen wird der Distanzierungsabstand ausgewählt um sicherzustellen, dass ein zweites Modul, das auf die Sammelschiene angrenzend zu dem SPD-Modul montiert wird, von der äußeren Seitenwand um mindestens einen vorgeschriebenen Trennabstand beabstandet ist, um einen Trennungsraum bereitzustellen, um Belüftung durch Luftströmung durch den Trennungsraum bereitzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen wird der Distanzierungsabstand derart ausgewählt, dass, wenn das zweite Modul von dem SPD-Modul um einen Abstand innerhalb eines maximalen vorgeschriebenen Trennabstands beabstandet ist, eine Spalte zwischen der Distanzierungsrippe und dem zweiten Modul kleiner ist als eine vorgeschriebene Abschirmungsbreite, so dass ein Objekt, das eine Stärke aufweist, die größer ist als die vorgeschriebene Abschirmungsbreite, daran gehindert wird, zwischen das SPD-Modul und das zweite Modul eingefügt zu werden, um das vorgeschriebene Objekt mit der Sammelschiene zu kontaktieren.
Figurenliste

1 ist eine Vorderansicht eines Stromversorgungssystems, das einen Schrank, einen Satz von Sammelschienen und ein SPD-Modul gemäß einigen Ausführungsformen umfasst.
2 ist eine Seitenansicht des SPD-Moduls der 1, das auf die Sammelschienen montiert ist.
3 ist eine vergrößerte, bruchteilhafte Seitenansicht des SPD-Moduls der 1, das auf die Sammelschienen montiert ist.
4 ist eine perspektivische Vorderansicht des SPD-Moduls der 1.
5 ist eine perspektivische Rückseitenansicht des SPD-Moduls der 1.
6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht des SPD-Moduls der 1.
7 ist eine bruchteilhafte perspektivische Vorderansicht des SPD-Moduls der 1.
8 ist eine bruchteilhafte Seitenansicht des SPD-Moduls der 1.
9 ist eine bruchteilhafte perspektivische Vorderansicht des SPD-Moduls der 1.
10 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer SPD-Anordnung, die einen Teil des SPD-Moduls der 1 bildet, von einer ersten Seite.
11 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der SPD-Anordnung der 10 von einer entgegengesetzten Seite.
12 ist eine auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht des SPD-Moduls der 1.
13 ist eine vergrößerte, bruchteilhafte Seitenansicht des SPD-Moduls der 1.
14 ist eine vergrößerte, bruchteilhafte Querschnittansicht von hinten des SPD-Moduls der 1, entlang der Linie 14-14 der 13 genommen.
15 ist eine auseinandergezogene perspektivische Vorderansicht einer Steckverbinderunterbaugruppe, die einen Teil des SPD-Moduls der 1 bildet.
16 ist eine vergrößerte, bruchteilhafte Endansicht des SPD-Moduls der 1.
17 ist eine perspektivische Ansicht einer GDT-Elektrode, die einen Teil des SPD-Moduls der 1 bildet.
18 ist eine schematische Ansicht, die eine Stromschaltung darstellt, die die Sammelschienen und das SPD-Modul der 1 enthält.
Die 19 bis 21 zeigen drei der SPD-Module der 1 und drei Schutzschaltermodule, die in einer Anordnung Seite an Seite auf Sammelschienen in einem Schrank montiert sind.

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wird hierin nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, beschrieben. In den Zeichnungen können die relativen Größen von Bereichen oder Merkmalen zur Klarheit übertrieben sein. Diese Erfindung kann jedoch auf viele unterschiedliche Arten umgesetzt werden und sollte nicht als auf die Ausführungsformen, die hier dargelegt sind, begrenzt ausgelegt werden; diese Ausführungsformen werden vielmehr so bereitgestellt, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Geltungsbereich der Erfindung dem Fachmann vollständig vermittelt.
Man versteht, dass, wenn ein Element mit einem anderen Element „gekoppelt“ oder „verbunden“ genannt wird, es direkt gekoppelt oder mit dem anderen Element oder mit eingreifenden Elementen, die auch gegenwärtig sein können, verbunden sein kann. Im Gegensatz, wenn ein Element mit einem anderen Element „direkt gekoppelt“ oder „direkt verbunden“ genannt wird, sind keine eingreifenden Elemente gegenwärtig. Gleiche Bezugszeichen verweisen durchgehend auf gleiche Elemente.
Zusätzlich können räumliche Bezugsbegriffe, wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „niedriger“, „oberhalb“, „ober“ und dergleichen hier zur Erleichterung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie sie in den Figuren veranschaulicht sind, zu beschreiben. Man versteht, dass die räumlichen Bezugsbegriffe unterschiedliche Ausrichtungen des Bauteils beim Gebrauch oder Betrieb zusätzlich zu der Ausrichtung, die in den Figuren abgebildet ist, einzuschließen soll. Falls die Vorrichtung in den Figuren zum Beispiel umgedreht würde, befänden sich Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben sind, dann „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. Der beispielhafte Begriff „unter“ kann daher sowohl eine Ausrichtung von oben als auch unten einschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90° gedreht oder an anderen Ausrichtungen), und die räumlichen Bezugsdeskriptoren, die hier verwendet werden, werden entsprechend ausgelegt.
Gut bekannte Funktionen oder Bauweisen sind im Sinne der Kürze und/oder Klarheit eventuell nicht ausführlich beschrieben.
Wie hierin verwendet, enthält der Begriff „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen eines oder mehrerer der dazugehörenden aufgelisteten Elemente.
Die hierin verwendete Terminologie soll nur besondere Ausführungsformen beschreiben und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung einzuschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Artikel „ein“ und „der“ Plural sowie Singular umfassen, außer wenn der Kontext es klar anders angibt. Ferner versteht man, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Patentschrift verwendet werden, die Gegenwart der genannten Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile angeben, jedoch die Gegenwart oder die Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Bauteile und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
Außer bei anderer Angabe, haben alle Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe), die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung wie die, die der Durchschnittsfachmann der Technik, zu der die Erfindung gehört, gewöhnlich versteht. Ferner versteht man, dass Begriffe, wie diejenigen, die in gewöhnlich verwendeten Wörterbüchern definiert sind, als eine Bedeutung aufweisend ausgelegt werden sollten, die mit ihrer Bedeutung in dem Kontext des relevanten Stands der Technik übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formellen Sinn ausgelegt wird, außer wenn dies hierin ausdrücklich definiert ist.
Wie hierin verwendet, bedeutet „monolithisch“ ein Objekt, das ein einzelnes, unitäres Teil ist, das aus einem Material ohne Fugen oder Säume gebildet wird oder daraus besteht. Alternativ kann ein unitäres Objekt eine Zusammensetzung sein, die aus mehreren Teilen oder Komponenten, die aneinander an Fugen oder Säumen befestigt sind, zusammengesetzt ist.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 21 ist in diesen ein Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das SPD-Modul 100 kann in einem Stromversorgungssystem 10 verwendet werden. Das Stromversorgungssystem 10 weist ein Rack oder einen Schrank 62 auf, der zum Beispiel einen Satz 64 aus fünf Sammelschienen L1, L2, L3 N und PE enthält. Die Sammelschienen L1, L2 und L3 sind mit einer jeweiligen von drei Spannungsleitungen eines Dreiphasen-Stromversorgungssystem verbunden. Die Sammelschiene N ist mit einem Nullleiter des Dreiphasen-Stromversorgungssystems verbunden. Die Sammelschiene PE ist mit einer Masse oder einem Schutzleiter gekoppelt. Jede dieser drei Phasenleitungen kann mit einem Hauptschutzschalter oder einer Sicherung zum Beispiel in oder nahe dem Schrank 62 versehen sein. Das SPD-Modul 100 ist auf die Sammelschienen 64 montiert, um die Ausstattung 60, die mit den Sammelschienen 64 verbunden ist, vor transienten Überspannungen und Stoßströmen zu schützen.
Das SPD-Modul 100 weist eine Modulgehäuseanordnung 110, ein Montagesystem 120, ein Dreiphasen-Überspannungsschutzsystem 131, ein integrales Indikatorsystem 171 (das einen lokalen Warnmechanismus 171A und einen Fernwarnmechanismus 171B aufweist), eine Hilfsschutzleiter-(PE)-Klemme 186 und ein Hilfsstromversorgungssystem 181 auf. Jedes dieser Bauteile und Systeme bildet festen Bestandteil des SPD-Moduls 100 und ist auf dem Gehäuse 110, wie unten ausführlicher besprochen, angeordnet.
Gemäß einigen Ausführungsformen und wie gezeigt, ist das SPD-Modul 100 für die Montage auf den Satz 64 von Sammelleitungen L1-L3, N, PE konfiguriert, bemessen und geformt. Die Sammelschienen L1-L3, N, PE sind in Serien derart eingerichtet, dass sie sich längs im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken und von Spalten 7 seitlich beabstandet sind. Gemäß einigen Ausführungsformen und wie gezeigt, ist das SPD-Modul 100 abnehmbar und ersetzbar auf den Sammelschienen montierbar. Bei einigen Ausführungsformen entsprechen die Sammelschienen 64 DIN 43 800 und DI N 43 870 Teil 2.
Das Modul 100 weist eine Primärachse A-A auf, die sich im Wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen B-B der Sammelschienen L1-L3, N, PE erstreckt, und eine Achse in die Höhe C-C, die sich im Wesentlichen senkrecht zu jeder der Achsen A-A und B-B erstreckt. Wie hierin verwendet, verweisen „Vorderseiten“ oder „distal“ auf das Ende des Moduls 100, das von den Sammelschienen L1-L3, N, PE weiter entfernt ist, wenn das Modul 100 auf die Sammelschienen L1-L3, N, PE montiert ist und „Rückseite“ oder „proximal“ verweist auf das Ende des Moduls 100, das den Sammelschienen L1-L3, N, PE näher liegt.
Die Gehäuseanordnung 110 weist ein Rückseitenabdeckelement 114 und zwei Vorderseitenabdeckelemente 111, 112, die gemeinsam ein Gehäuse bilden, auf. Das Gehäuse definiert einen geschlossenen internen Hohlraum 110A. Die Gehäuseanordnung 110 weist auch ein inneres Teilungselement 113 auf.
Eine Vorderseitenindikatoröffnung oder ein Fenster 111A ist an einer Vorderseitenwand des Abdeckelements 112 vorgesehen. Das Indikatorfenster 111A kann dazu dienen, visuell eine Zustandsänderung des Moduls 100, wie unten besprochen, anzugeben.
Die Gehäuseelemente 111 bis 114 können aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material oder Materialien gebildet sein. Bei einigen Ausführungsformen ist jedes der Gehäuseelemente 111 bis 114 aus einem starren Polymermaterial oder Metall (zum Beispiel Aluminium) gebildet. Gemäß einigen Ausführungsformen werden die Gehäuseelemente 111 bis 114 aus einem elektrisch isolierenden Polymermaterial gebildet. Zweckdienliche Polymermaterialien können zum Beispiel Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyphenylsulfid (PPS) oder ABS aufweisen.
Das Montagesystem 121 weist elektrische Kontaktsteckverbinderanordnungen oder Kontaktklemmenanordnungen C1, C2, C3, CN, CPE (die hierin gemeinsam Klemmenanordnungen C genannt werden) und Sammelschienenempfängerkanäle oder - schlitze 114A (die in der Rückseite des Moduls 100 definiert sind), sowie ein Verriegelungselement 110 auf. Die Steckverbinderanordnungen C und die Schlitze 114A sind bemessen und konfiguriert, um die Sammelschienen L1-L3, N, PE aufzunehmen. Das Verriegelungselement 116 weist Rückhaltemerkmale (Haken) 116A auf. Das Verriegelungselement 116 ist bezüglich des Rückseitengehäuseelements 114 gleitbar, um selektiv die Sammelschienen in den Schlitzen 114A zu fangen. Das Verriegelungselement 116 kann aus einem elektrisch isolierenden Material, wie oben für die Gehäuseelemente beschrieben, gebildet werden.
Die elektrischen Kontaktklemmenanordnungen C1, C2, C3, CN, CPE können jeweils auf dieselbe Art gebaut sein und funktionieren. Die Klemmenanordnung C3 wird unten ausführlicher beschrieben. Man versteht jedoch, dass diese Beschreibung gleichermaßen für die Klemmenanordnungen C1, CN, CPE gilt.
Die Kontaktklemmenanordnung C3 weist ein Kontaktelement 122 und ein Paar ergänzender Federn 124 auf. Das Kontaktelement 122 und die ergänzenden Federn 124 bilden gemeinsam eine Steckverbinderunteranordnung 125, die in einem entsprechenden Sammelschienenschlitz 114A sitzt. Die ergänzenden Federn 124 sitzen ebenfalls in Federschlitzen 114B, die den Sammelschienenschlitz 114A flankieren.
Das Kontaktelement 122 ist ein dünnes Blatt, das in seitlichem Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ist. Das Kontaktelement weist einen Basisabschnitt 122A und vier integrale Schenkel 122C auf, die von den Seitenkanten des Basisabschnitts 122A abhängen und auskragen. Eine Verschlussöffnung 122B ist in dem Basisabschnitt 122A definiert.
Der Basisabschnitt 122A und die Schenkel 122C definieren gemeinsam einen Sammelschienenaufnahmeschlitz 126, der eine Rückseitenöffnung 126C aufweist. Die Schenkel 122C auf jeder Seite sind durch einen Seitenschlitz oder eine Spalte 122F derart getrennt, dass sich die Schenkel 122C jeweils unabhängig von den anderen biegen oder abgelenkt werden können. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kontaktelement 122 eine Feder.
Das Kontaktelement 122 kann aus einem zweckdienlichen federnden, elektrisch leitenden Material bestehen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kontaktelement 122 aus Metall gebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kontaktelement 122 aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet. Zweckdienliche Metallmaterialien können zum Beispiel CuSn6, Cu oder CuSn0,15 einschließen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kontaktelement 122 unitär (Verbund oder monolithisch) und, bei einigen Ausführungsformen, ist das Kontaktelement 122 monolithisch. Bei einigen Ausführungsformen wird das Kontaktelement 122 aus Metallblech gebildet (zum Beispiel ausgeschnitten und gebogen).
Gemäß einigen Ausführungsformen weist jede ergänzende Feder 124 eine Stärke T2 in dem Bereich von etwa 0,3 mm bis 5 mm auf.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Material des Kontaktelements 122 eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 5 MS/m (bei 20 °C) auf.
Die ergänzenden Federn 124 können im Wesentlichen identisch sein. Jede ergänzende Feder 124 ist im Wesentlichen U-förmig. Jede ergänzende Feder 124 weist einen zentralen Mittenabschnitt 124A und ein Paar entgegengesetzter Schenkel 124B auf, die von entgegengesetzten Enden des Mittenabschnitts 124A abhängen und auskragen.
Der Mittenabschnitt 124A und ein Paar entgegengesetzter Schenkel 124B jeder Feder 124 definieren gemeinsam einen Kontaktaufnahmeschlitz 124D, der eine Rückseitenöffnung 124E aufweist.
Jede der ergänzenden Federn 124 ist über dem Kontaktelement 122 derart montiert, dass die ergänzende Feder 124 einen Abschnitt des Kontaktelements 122 umgibt und jeder ihrer Schenkel 124B in ein entsprechendes entgegengesetztes Paar von Schenkeln 122C eingreift.
Integrale Kontakteingriffsmerkmale 124C ragen von jedem Schenkel 124B nach innen vor.
Die ergänzenden Federn 124 können aus einem beliebigen federnden Material gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die ergänzenden Federn 124 aus Metall gebildet. Bei einigen Ausführungsformen sind die Federn 124 aus Stahl gebildet und können aus Carbon oder Federstahl gebildet sein. Zweckdienliche Metallmaterialien können zum Beispiel C45-, C67- oder 50CrV4-Stahl sein. Bei einigen Ausführungsformen ist jede ergänzende Feder 124 unitär (Verbund oder monolithisch), und bei einigen Ausführungsformen ist jede ergänzende Feder 124 monolithisch. Bei einigen Ausführungsformen ist jede ergänzende Feder 124 aus Metallblech gebildet (zum Beispiel gestanzt).
Gemäß einigen Ausführungsformen weist jede ergänzende Feder 124 eine Stärke T3 in dem Bereich von etwa 0,5 mm bis 5 mm auf.
Der Sammelschienenaufnahmeschlitz 126 weist einen inneren Querschnitt 126A (der eine Breite W1 (13) aufweist) auf, und einen äußeren oder Eingriffsquerschnitt 126B, der eine Breite W2 (13) aufweist, auf. Wenn die Kontaktanordnung C3 in bereiter oder entspannter Position ist (das heißt, dass keine Sammelschiene in dem Schlitz 122D installiert wurde), ist die Breite W2 kleiner als die Breite W1 und ist auch kleiner als die Sammelschiene, die in der Kontaktanordnung C3 installiert werden soll.
Wenn die Kontaktanordnung C3 in bereiter oder entspannter Position ist (das heißt, dass keine Sammelschiene in dem Schlitz 126 installiert wurde), definieren die relativen Formen des Kontaktelements 122 und der ergänzenden Federn 124 Verlagerungsspalten 128 zwischen den oberen Abschnitten der Schenkel 122C und den umgebenden ergänzenden Federn 124.
Das Kontaktelement 122 ist aus einem unterschiedlichen Material als das/die Material(ien) der ergänzenden Federn 124 gebildet. Das Kontaktelement 122 und die ergänzenden Federn 124 sind relativ dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement 122 aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, das weicher und verformbarer ist als die ergänzenden Federn 124, und die ergänzenden Federn 124 sind aus einem Material gebildet, das stark und elastischer federnd ist als das des Kontaktelements 122.
Das Dreiphasen-Überspannungsschutz-(PS)-System 131 weist eine Schutzleiter-Entladungsröhre (PE GDT) 158, eine SPD-Anordnung erster Leitung S1, eine SPD-Anordnung zweiter Leitung S2 und eine SPD-Anordnung S3 dritter Leitung auf. Die SPD-Anordnungen S1 können im Wesentlichen in der Bauweise identisch sein und nur die SPD-Anordnung S3 wird ausführlich beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, dass diese Beschreibung gleichermaßen für die SPD-Anordnungen S1 und S2 gilt.
Die SPD-Anordnung S3 weist eine Überspannungsbegrenzungsanordnung 130, einen thermischen Trennschaltermechanismus 151 und einen Rahmen 117 auf.
Der Rahmen 117 kann aus einem elektrisch isolierenden Material, wie für die Gehäuseelemente 111 bis 114 beschrieben, gebildet werden.
Bei einigen Ausführungsformen und wie gezeigt, weist die Überspannungsbegrenzungselementanordnung 130 einen Varistor 132, eine erste Elektrode 134, eine zweite Elektrode 136, eine Gasentladungsröhre (GDT) 138, GDT-Lot 139, eine GDT-Elektrode 140, ein Brückenelement 148 und Befestigungen 5 auf.
Der Varistor 132 hat entgegengesetzte Kontaktoberflächen 132A, 132B. Metallisierungsschichten können die Kontaktoberflächen 132A, 132B bedecken. Die erste Elektrode 134 ist an die Kontaktoberfläche 132A (das heißt an die Metallisierungsschicht, falls vorhanden) durch Lot gebondet, und die zweite Elektrode 136 ist an die Kontaktoberfläche 132B (das heißt an die Metallisierungsschicht, falls vorhanden) durch Lot derart gebondet, dass die Elektroden 134 und 136 jeweils elektrisch mit den Kontaktoberflächen 132A und 134A verbunden sind. Die erste Elektrode 134 weist eine Abschlusslasche 134B auf.
Die Stärke und der Durchmesser der Varistoren 132 hängen von den Varistormerkmalen ab, die für die besondere Anwendung erwünscht sind.
Das Varistormaterial des Varistors 132 kann ein beliebiges zweckdienliches Material sein, das gewöhnlich für Varistoren verwendet wird, nämlich ein Material, das eine nichtlineare Widerstandscharakteristik mit angelegter Spannung darlegt. Bei einigen Ausführungsformen ist der Varistor 132 ein Metalloxidvaristor (Metal Oxide Varistor - MOV). Bevorzugt wird der Widerstand sehr niedrig, wenn eine vorgeschriebene Spannung überschritten wird. Das Varistormaterial kann zum Beispiel ein dotiertes Metalloxid oder Siliziumkarbid sein. Zweckdienliche Metalloxide weisen Zinkoxidverbindungen auf.
Die erste und die zweite Elektrode 134, 136 sind elektrisch leitend. Bei einigen Ausführungsformen werden die Elektroden 134, 136 aus Metall gebildet. Bei einigen Ausführungsformen werden die Elektroden 134, 136 aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet. Zweckdienliche Metalle können CuSn6, Cu oder CuSn0, 15 einschließen.
Die GDT 138 weist einen Körper 138A und eine Anodenklemme 138B sowie eine Kathodenklemme 138C auf entgegengesetzten Enden des Körpers 138A auf. Der Körper 138A enthält eine Anode, eine Kathode, eine Funkenspaltkammer, wie gemäß dem Stand der Technik bekannt, auf.
Bei einigen Ausführungsformen und wie gezeigt, ist die GDT 138 wafer- oder scheibenförmig, mit elektrischen Klemmen 138B und 138C, die auf den entgegengesetzten Hauptflächen des Körpers 138A liegen. Ein ringförmiger elektrischer Isolator (zum Beispiel Keramik) kann den Körper 138A zwischen den Klemmen 138B, 138C umgeben. Bei einigen Ausführungsformen und wie veranschaulicht, sind die äußeren Flächen der Klemmen 138B, 138C im Wesentlichen flach und eben oder weisen einen im Wesentlichen flachen oder planaren kreisförmigen oder ringförmigen Kontaktbereich auf.
Der Körper 138A weist eine hermetisch oder gasdicht abgedichtete Kammer oder Zelle auf, in der ein ausgewähltes Gas enthalten ist. Die Klemmen 138B, 138C sind elektrisch mit dem Gas verbunden (zum Beispiel durch jeweilige Elektrodenabschnitte in Fluidkontakt mit dem enthaltenen Gas). Unterhalb einer vorgeschriebenen Funkenüberschlagspannung, ist die GDT 138 zwischen den Klemmen 138B, 138C elektrisch isolierend. Wenn eine über die Klemmen 138B, 138C angelegte Spannung die vorgeschriebene Funkenüberschlagspannung überschreitet, wird das enthaltene Gas ionisiert, um zu bewirken, dass Strom durch das Gas fließt (durch den Townsend-Entladeprozess) und dadurch zwischen den Klemmen 138B, 138C. Die GDT 138 isoliert oder leitet daher selektiv in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Die Spannung, die erforderlich ist, um elektrische Leitung (Entladung) zu initiieren und zu unterstützen, hängt von Designmerkmalen der GDT 138 ab (zum Beispiel von der Geometrie, dem Gasdruck und der Gaszusammensetzung).
Gemäß einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis des Durchmessers der GDT 138 zu ihrer Stärke in dem Bereich von etwa 2 bis 20. Bei einigen Ausführungsformen weist die GDT 138 einen Stoßstrom und Energiebeständigkeitsfähigkeiten auf, die mindestens so groß sind wie die des MOV-Varistorwafers 132 (kombiniert), der in Serie mit der GDT 138 verwendet wird.
Geeignete GDTs können GDTs der Klasse I und II einschließen. Geeignete GDTs können Nennimpulsströme von 5 kA bis 150 kA und maximale kontinuierliche Betriebsspannung von 75 V bis 750 V aufweisen. Zweckdienliche GDTs können die Flachgasentladungsröhre (Flat Gas Discharge Tube) vom Typ 3L30-25 mit 600 V, erhältlich bei Iskra Zascite d.o.o., Slowenien, oder die D20-A800XP GDT von TDK-EPC Corporation, Japan, (EPCOS) einschließen.
Die Anodenklemme 138B ist mechanisch befestigt und elektrisch mit der zweiten Elektrode 136 zum Beispiel durch Lot verbunden.
Die GDT-Elektrode 140 weist einen GDT-Kontaktabschnitt oder Basisringabschnitt 142, einen Kopplungsabschnitt 144 und einen Verbindungsabschnitt 146 auf. Die GDT-Elektrode 140 definiert eine zentrale Längsachse E-E, die im Wesentlichen zu der Ebene F-F, die von der Kathodenklemme 138C der GDT 138 definiert wird, orthogonal ist. Die GDT-Elektrode 140 hat entgegengesetzte innere und äußere Enden 140A und 140B.
Der Basisringabschnitt 142 ist ringförmig und konfiguriert, um im Wesentlichen zu der Kathodenklemme 138C der GDT 138 zu passen. Der Basisringabschnitt 142 ist flach und dünn. Die äußere Fläche (das heißt die Oberfläche, die zu der GDT 138 zeigt) des Basisringabschnitts 142 definiert eine Basisringebene G-G, die im Wesentlichen zu der zentralen Achse E-E orthogonal ist. Bei einigen Ausführungsformen ist der Basisringabschnitt 142 im Wesentlichen kreisförmig. Der Basisringabschnitt 142 ist mechanisch an der Kathodenklemme 138C durch Lot 139 befestigt und elektrisch verbunden.
Der Kopplungsabschnitt 144 ist flach und dünn. Die äußere Fläche (das heißt die Oberfläche, die zu der GDT 138 zeigt) des Kopplungsabschnitts 144 definiert eine Kopplungsabschnittebene H-H, die im Wesentlichen zu der zentralen Achse E-E orthogonal ist. Bei einigen Ausführungsformen ist der Kopplungsabschnitt 144 im Wesentlichen kreisförmig. Eine Verschlussöffnung 144A ist in dem Kopplungsabschnitt 144 definiert.
Der Verbindungsabschnitt 140 weist eine Mehrzahl von Schenkeln 146A auf, die sich im Allgemeinen axial von dem Ende 140A zu dem Ende 140B erstrecken und den Basisringabschnitt 142 mit dem Kopplungsabschnitt 144 verbinden. Ein offener Raum oder Hohlraum 140C ist innerhalb des Basisringabschnitts, des Kopplungsabschnitts 144 und der Schenkel 146A definiert. Die Schenkel 146A sind umfänglich beabstandet, und Öffnungen 146B sind zwischen den Schenkeln 146A definiert. Die Öffnungen 146B stehen mit dem Hohlraum 140C fluidisch in Kommunikation.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Schenkel 146A umfänglich im Wesentlichen gleich beabstandet oder gleichmäßig um den Umfang des Basisrings 142 verteilt.
Bei einigen Ausführungsformen weist die GDT-Elektrode 140 mindestens drei Schenkel 146A auf. Bei einigen Ausführungsformen liegt die genaue Anzahl von Schenkeln 146A in der GDT-Elektrode 140 in dem Bereich von etwa 2 bis 10.
Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Beabstandungsentfernung H1 zwischen dem Basisringabschnitt 142 und dem Kopplungsabschnitt 144 (das heißt die Höhe des Verbindungsabschnitts 146) mindestens 6,5 mm, und bei einigen Ausführungsformen, liegt sie in dem Bereich von etwa 0 bis 15 mm.
Bei einigen Ausführungsformen weisen der Basisringabschnitt 142, die Schenkel 146A und der Kopplungsabschnitt 144 jeweils eine Stärke T4 in dem Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 5 mm auf.
Die GDT-Elektrode 140 ist elektrisch leitend. Bei einigen Ausführungsformen ist die GDT-Elektrode 140 aus Metall gebildet. Bei einigen Ausführungsformen wird die Elektrode 140 aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet. Zweckdienliche Metalle können CuSn6, Cu oder CuSn0,15 einschließen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Kontaktelement 140 unitär (Verbund oder monolithisch) und, bei einigen Ausführungsformen, ist das Kontaktelement 140 monolithisch.
Das Brückenelement 148 weist einen Verbindungsabschnitt 148A und integrale entgegengesetzte Kopplungsabschnitte 148B, 148C auf.
Der Kopplungsabschnitt 148B ist im Wesentlichen flach und weist eine Befestigungsöffnung 148D auf. Der Kopplungsabschnitt 148B ist an dem Kopplungsabschnitt 144 durch eine Befestigung 5 mechanisch befestigt und elektrisch verbunden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Befestigung 5 eine Metallniete. Bei einigen Ausführungsformen ist die Kontaktfläche des Kopplungsabschnitts 148B im Wesentlichen zu der Kontaktfläche des Kopplungsabschnitts 144 derart parallel, dass die zwei Flächen zu engem und gleichmäßigem Kontakt gelangen.
Der Kopplungsabschnitt 148C ist im Wesentlichen flach und weist eine Befestigungsöffnung 148E auf. Der Kopplungsabschnitt 148C ist an der Basis 122A der Kontaktfeder 122 durch eine Befestigung 5 mechanisch befestigt und elektrisch verbunden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Befestigung 5 eine Metallniete. Bei einigen Ausführungsformen ist die Kontaktfläche des Kopplungsabschnitts 148C im Wesentlichen zu der Kontaktfläche der Basis 122A derart parallel, dass die zwei Flächen zu engem und gleichmäßigem Kontakt gelangen.
Der Verbindungsabschnitt 148A ist gebogen oder geformt, um den Kopplungsabschnitt 148B mit der Kontaktfläche des Kopplungsabschnitts 144 auszurichten, während auch der Kopplungsabschnitt 148C mit der Kontaktfläche der Basis 122A ausgerichtet wird.
Das Brückenelement 148 ist elektrisch leitend. Bei einigen Ausführungsformen ist das Brückenelement 148 aus Metall gebildet. Bei einigen Ausführungsformen ist das Brückenelement 148 aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet. Zweckdienliche Metalle können CuSn6, Cu oder CuSn0,15 einschließen. Bei einigen Ausführungsformen ist das Brückenelement 148 unitär (Verbund oder monolithisch) und, bei einigen Ausführungsformen, ist das Brückenelement 148 monolithisch. Bei einigen Ausführungsformen ist das Brückenelement 148 eine im Wesentlichen starre Sammelschiene.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Lot 139 einen Schmelzpunkt in dem Bereich von etwa 110 °C bis 230 °C auf.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Lot 139 eine elektrische Leitfähigkeit in dem Bereich von etwa 10 Megasiemens/Meter (MS/m) bis 100 MS/m, und, bei einigen Ausführungsformen von etwa 50 MS/m auf.
Die Bauweise der GDT-Abschlussanordnung und der GDT-Klemme 140 kann bestimmte Vorteile bei der Herstellung und Konfiguration des Moduls 100 bereitstellen.
Die SPD-Anordnung S3 kann wie folgt zusammengefügt werden. Ein Wärmesenkenelement 153 (unten besprochen), ist an der Abschlussflasche 134B angebracht. Die Elektroden 134, 136 werden an den Varistor 132 gelötet. Eine Feder 150 (unten besprochen) wird an das Wärmesenkenelement 153 gelötet.
Die GDT-Elektrode wird an die Kathodenklemme 138C gelötet (vor oder nach den vorhergehenden Zusammenfügeschritten). Genauer genommen wird das nicht geschmolzene Lotmaterial 139 zwischen der Kathodenklemme 138C und dem Basisring 142 eingefügt, wobei der Basisring 142 im Wesentlichen um die zentrale Achse E-E zentriert ist. Dann wird Hitze an den Basisring 142 angelegt, um das Lot 139 zu schmelzen und dadurch den Basisring 142 mit der Kathodenklemme C mit Lot zu verbinden.
In der Praxis fungiert der Metallabschnitt der GDT-Klemme 140, der an den Basisring 142 angrenzt, als eine Wärmesenke, so dass mehr Hitze an den Basisring 142 angelegt werden muss, um das Lot ausreichend zu schmelzen. Dieser Wärmesenkeneffekt ist unerwünscht, weil er erfordert, dass mehr Hitze zu der GDT 138 übertragen wird, was die GDT 138 beschädigen kann. Der Wärmesenkeneffekt kann auch Energie verschwenden und den Lötprozess verlangsamen. Die GDT-Elektrode löst oder mindert diese Probleme, indem sie nur beschränkte thermische Metallmasse (das heißt den Verbindungsabschnitt 146) an den Basisring 142 angrenzend bereitstellt.
Die im Wesentlichen gleichmäßige oder gleichmäßig beabstandete Beabstandung der Schenkel 146A um den Basisring 142 fördert gleichmäßige Stromverteilung in dem Fall eines Stoßstroms. Die im Wesentlichen koaxiale Einrichtung der GDT 138, des Basisrings 142 und der Schenkel 146A sowie des Kopplungsabschnitts 144 können gleichmäßige Stromverteilung in dem Fall eines Stoßstroms auch fördern.
Der Distanzierungsverbindungsabschnitt 146 und die oben erwähnte koaxiale Einrichtung können auch kompakteres Packaging der SPD-Anordnung S3 in dem Modul 100 ohne Einführen unnötiger Biegungen oder Fugen, die sich negativ auf die elektrische Leistung auswirken können, erleichtern. Die Mehrzahl beabstandeter Schenkel 146A stellt gute Stärke bereit, ohne unnötige Materialmasse zu erfordern.
Bei einigen Ausführungsformen bildet der Verbindungsabschnitt 146 eine hohle, im Wesentlichen konische, frustokonische oder zylindrische Form oder ein solches Profil. Diese geometrische Form kann inhärente Stärke und Stromverteilungsgleichmäßigkeit bereitstellen.
Der thermische Trennschaltermechanismus 151 weist eine Trennschaltfeder 150, eine Lotschicht 152 und ein Wärmesenkenelement 153 auf.
Die Trennschaltfeder 150 weist einen Basisschenkel 150B und einen auskragenden freien Schenkel 150B, der mit dem Basisschenkel 150B durch eine Radiusbiegung verbunden ist, auf. Der freie Schenkel 150A weist einen Kontaktabschnitt auf, der eine innere Kontaktfläche 150B aufweist, die zu dem Wärmesenkenelement 153 zeigt.
Das Wärmesenkenelement 153 ist mechanisch und elektrisch mit der Abschlusslasche 134B verbunden. Die innere Kontaktfläche 150C ist mit dem Wärmesenkenelement 153 durch das Lot 152 gebondet.
Die Feder 150 kann aus einem beliebigen zweckdienlichen Material oder Materialien gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Feder 150 aus Metall gebildet. Zweckdienliche Metallmaterialien können zum Beispiel CuSn 0,15-Legierung (Bronze), Nickel, Messing, CuSn6, Cu -ETP, sauerstofffreies Kupfer aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Feder 150 unitär (Verbund oder monolithisch) und bei einigen Ausführungsformen ist die Feder 150 monolithisch. Bei einigen Ausführungsformen wird die Feder 150 aus Metallblech gebildet (zum Beispiel ausgeschnitten und gebogen).
Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Feder 150 eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 14 nΩ·m (bei 20 °C) auf.
Das Lot 152 kann aus einem beliebigen zweckdienlichen Material oder Materialien gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen ist das Lot 152 aus Metall gebildet. Zweckdienliche Metallmaterialien können zum Beispiel 58Bi42Sn einschließen.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird das Lot 152 derart ausgewählt, dass sein Schmelzpunkt größer ist als eine vorgeschriebene maximale Standardbetriebstemperatur, aber kleiner oder gleich wie eine vorbestimmte Trennschalttemperatur. Die maximale Standardbetriebstemperatur kann die höchste Temperatur sein, die in dem Lot 152 während normalen Betriebs erwartet wird (einschließlich Handhabung von Überspannungsspitzen innerhalb des Konzeptionsbereichs des Moduls 100). Die vorgeschriebene Trennschalttemperatur ist die Temperatur des Lots 148, bei der das Lot 152 die Feder 150 freigeben soll, um den thermischen ausfallsicheren Mechanismus 151 zu betätigen.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Lot 152 einen Schmelzpunkt in dem Bereich von etwa 109 °C bis 160 °C auf, und bei einigen Ausführungsformen in dem Bereich von etwa 85 °C bis 200 °C.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist das Lot 152 eine elektrische Leitfähigkeit in dem Bereich von etwa 10 Megasiemens/Meter (MS/m) bis 100 MS/m, und bei einigen Ausführungsformen von etwa 50 MS/m auf.
Ein Brückennullleiter 154 und ein Brückennullleiter 156 verbinden elektrisch die Nullleiterkontaktanordnung CN mit der PE GDT 158 und den Federn 150 jeder der SP-Anordnungen S1, S2, S3.
Der Indikatormechanismus 171 weist eine Schwinge 172, ein Indikatorpendel oder Element 174, eine Indikatorfeder 173, einen Positionssensor Schalter 176 und einen Fernsignalsteckverbinder 176A auf.
Die Schwinge 172 weist eine Zapfenbohrung 172A auf, aus der sich ein Auslöseschenkel 172B und ein Indikatorschenkel 172C radial erstrecken. Eine integrale Federankerstütze 172E ist auf dem Auslöseschenkel 172B vorgesehen. Die Indikatorfeder 173 ist auf die Ankerstütze 172E montiert und elastisch derart zusammengedrückt, dass sie eine ständige Schubkraft in eine Richtung DP ausübt.
Das Indikatorpendel 174 ist in das Gehäuse 110 auf den Rahmen 117 derart montiert, dass sich das Pendel in eine Abwärtsrichtung DS entlang einer Gleitachse N-N bezüglich der SPD-Anordnungen S1 bis S3, dem Fenster 111A und dem Positionssensorschalter 176 bewegen kann. Das Indikatorelement 174 weist eine Indikatoroberfläche 174C auf.
Die Schwinge 172 und das Indikatorelement 174 können aus einem beliebigen zweckdienlichen Material oder Materialien gebildet werden. Bei einigen Ausführungsformen werden sie aus einem starren Polymermaterial gebildet. Zweckdienliche Polymermaterialien können zum Beispiel Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS) oder ABS aufweisen.
Wenn das Modul 100 in der bereiten Konfiguration, wie in den 7 und 8 gezeigt, zusammengefügt ist, wird das Indikatorpendel 174 in einer nicht ausgelösten oder bereiten Position von einer Feder 174B gehalten. Die Schwinge 172 jeder der drei SPD-Anordnungen S1 bis S3 ist in einer Bereitschaftsposition, wie in 8 gezeigt, derart positioniert, dass ihr Indikatorschenkel 172C in einem entsprechenden Schlitz 174A in dem Pendel 174 sitzt. Die Trennschaltfeder 150 jeder der drei SPD-Anordnungen S1 bis S3 wird elastisch gebogen, verformt oder abgelenkt, so dass sie ständig eine Vorspannlast auf dem entsprechenden Lot 152 ausübt, wobei die Vorspannlast dazu tendiert, die Feder 150 von dem Wärmesenkenelement 153 in eine Freigaberichtung DR wegzuziehen.
In der Bereitschaftskonfiguration ist die Schwinge 172 in der Position, die in 8 gezeigt ist, von der Trennschaltfeder 150 verriegelt gehalten. Die Indikatorfeder 173 wird elastisch derart zusammengedrückt, dass sie ständig eine Vorspannlast ausübt, die dazu tendiert, den Auslöseschenkel 172B in eine Schwenkrichtung DP zu drücken (das heißt zu der Rückseite des Moduls 100). Das Indikatorpendel 174 wird dadurch fest in der Bereitschaftsposition befestigt, in der die Indikatoroberfläche 174C nicht mit dem Fenster 111A ausgerichtet und dieses sichtbar ist.
Das Zusatzstromversorgungssystem 181 weist einen Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 und ein elektrisches Starthilfekabel 184 auf. Das Starthilfekabel 184 weist ein biegsames Kabel 184A auf, das mit Abschlusssteckverbindem 184B, 184C abgeschlossen ist. Der Steckverbinder 184B ist mit einer Klemme 148D des Brückenelements 148 der SPD-Anordnung S1 zusammengefügt, und der Steckverbinder 184B ist mit dem Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 zusammengefügt. Der Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 wird dadurch elektrisch mit der Kontaktanordnung C1 verbunden, um Strom direkt von der Sammelschiene L1 zu dem Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 zu liefern.
Der Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 kann ein beliebiger zweckdienlicher Steckverbindertyp zum elektrischen Koppeln mit einem Versorgungsleiter (zum Beispiel Kabel) eines Zusatzgeräts (zum Beispiel des Geräts 70) sein. Zweckdienliche Typen von Steckverbindern für den Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 können zum Beispiel eine Schraubenklemme, eine Push-In-Klemme, eine Lötverbindung oder Schweißverbindung aufweisen.
Bei der Verwendung kann ein Zusatzgerät oder eine Zusatzausstattung 70 elektrisch mit dem Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 zum Beispiel unter Verwenden eines Verbindungskabels 72 verbunden werden, um Strom aus der Sammelschiene L1 zu der Ausstattung 70 zu liefern. Die Ausstattung 70 kann in demselben Schrank montiert sein wie das Modul 100 oder in einem angrenzenden Schrank oder einer angrenzenden Lage. Die Ausstattung 70 kann mit ihrer eigenen Erdungsverbindung unabhängig von dem Modul 100 versehen sein.
Der Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 weist einen elektrischen Kontakt auf, der außerhalb des Gehäuses 110 (zum Beispiel durch einen Kabelport 182A) zugänglich ist. Der Steckverbinder 182 kann einen für den Benutzer handhabbaren Mechanismus zum Verriegeln des Kabels 72 an dem Steckverbinder 182 und/oder Freigeben des Kabels 72 von dem Steckverbinder 182 aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 konfiguriert, um es einem Benutzer zu erlauben, einen elektrischen Leiter aus einem oder mehreren Zusatzgeräten 70 mit dem Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 einzurücken, auszurücken und wieder einzurücken.
Das System 101 kann wie folgt in Übereinstimmung mit Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist das SPD-Modul 100 darin auf fünf Sammelschienen L1, L2, L3, N und PE montiert gezeigt. Die Sammelschienen L1, L2 und L3 sind jeweils mit drei Spannungsleitungen L1, L2 und L3 einer Dreiphasen-Stromversorgungsschaltung oder eines Stromversorgungssystems verbunden. Die Sammelschiene N ist mit einem Nullleiter der Stromversorgungsschaltung verbunden. Die Sammelschiene PE ist mit einer Masse oder einem Schutzleiter der Stromversorgungsschaltung gekoppelt. Jede Leitung L1, L2, L3 kann mit einem Hauptschutzschalter oder einer Sicherung versehen sein.
18 veranschaulicht schematisch eine Stromschaltung, die von dem SPD-Modul 100 und den Sammelschienen L1, L2, L3, N, PE gebildet wird, wenn das SPD-Modul 100 auf die Sammelschienen L1, L2, L3, N, PE, wie hierin beschrieben, montiert wird. Die veranschaulichte Schaltung 15 ist ein Dreiphasensystem, das eine „3+1“-Schutzkonfiguration verwendet. In der veranschaulichten Schaltung 15 sind die drei SPD-Anordnungen S1, S2, S3 jeweils mit einer entsprechenden Leitung L1, L2, L3 und N (das heißt L-N) verbunden. Die PE GDT 158 ist zwischen der Leitung N und PE (das heißt N-PE) verbunden.
Die Verriegelungsstange 116 ist in einer zurückgezogenen oder offenen Position positioniert, wobei die Widerhaken 116A von den Kontaktelementöffnungen 126C frei oder im Wesentlichen frei sind. Mit der Verriegelungsstange 116 in dieser Position, wird das Modul 100 auf die Sammelschienen L1-L3, N, PE in eine Querinstallationsrichtung I im Wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen B-B der Sammelschienen L1-L3, N, PE gedrückt. Insbesondere werden die Sammelschienen L1, L2, L3, N und PE jeweils durch die Öffnungen 126C und Schlitze 126 der Kontaktanordnungen C1, C2, C3, CN und CPE aufgenommen, bis jede Sammelschiene L1-L3, N, PE in dem Eingriffsabschnitt 126B des Schlitzes 126 ihrer mit jeweiligen Kontaktanordnung C1, C2, C3, CN, CPE aufgenommen ist und in ihr sitzt. Die Verriegelungsstange 116 wird dann geschoben, um die Sammelschienenschlitze 114A mit den Widerhaken 116A teilweise zu schließen und dadurch das Modul 100 weiter an den Sammelschienen zu befestigen.
Jede Kontaktanordnung C1, C2, C3, CN, CPE ist konfiguriert, um zuverlässige und robuste mechanische und elektrische Verbindung mit ihrer entsprechenden Sammelschiene L1-L3, N, PE bereitzustellen. Die Merkmale und der Betrieb der Kontaktanordnung C3 und ihrer Sammelschiene L3 werden unten ausführlicher beschrieben; diese Beschreibung gilt jedoch gleichermaßen für die Kontaktanordnungen C1, C2, C3, CN und CPE und ihre jeweiligen Sammelschienen L1-L3, N und PE.
Das Kontaktelement 122 umgibt und kontaktiert mindestens einen Abschnitt der Sammelschiene L3. Das Kontaktelement 122 und die ergänzenden Federn 124 der Kontaktanordnung C3 sind bezüglich der Sammelschiene L3, die darin sitzt, geformt und derart bemessen, dass das Kontaktelement 122 elastisch von seiner ursprünglichen, entspannten Position abgelenkt wird und in die Sammelschiene L3 mit direktem elektrischem Kontakt von Oberfläche zu Oberfläche eingreift.
Bei einigen Ausführungsformen beträgt die entspannte Breite W2 des Eingriffsabschnitt 126B des Schlitzes 126 weniger als die Breite W5 der Sammelschiene L3. Während die Kontaktanordnung C3 auf die Sammelschiene L3 gedrückt wird, werden die Schenkel 122C und die Schenkel 124B dadurch elastisch in entgegengesetzte Auswärtsrichtungen DC abgelenkt. Die Schlitze 114A, 114B sind bemessen, um eine Auslenkung der Schenkel 122C, 124B zu erlauben. Wenn die Sammelschiene L3 in dem Eingriffsabschnitt 126B sitzt, hält die Sammelschiene L3 die Schenkel 122C, 124B in elastisch abgelenkten Vorspannpositionen, so dass die Schenkel 122C, 124B weiterhin eine zusammendrückende Last auf die Sammelschiene L3 anlegen. Diese zusammendrückende Last tendiert dazu, das Kontaktelement 122 in festen Kontakt mit der Sammelschiene L3 zu zwingen.
Die Bauweise der Kontaktanordnung C3 (und gleich der Kontaktanordnungen C1, C2, C3, CN, CPE) kann wichtige Vorteile bereitstellen. Wie oben besprochen, werden die Kontaktelemente 122 aus einem Material gebildet, das von dem/den Material(ien), aus welchen die ergänzenden Federn 124 gebildet sind, unterschiedlich ist. Unter erneuter Bezugnahme auf die Kontaktanordnung C3 als beispielhaft, ist das Material des Kontaktelements 122 leitender, dünner, weicher und biegsamer als das Material der ergänzenden Federn 124.
Das Primärkontaktelement 122 ist aus einem Material gebildet, das ausreichend biegsam ist, um sich gut an die Form der Sammelschiene L3 zu legen und erfordert nur eine relativ geringe Kraft, um abgelenkt zu werden, wenn das Modul 100 auf die Sammelschiene L3 geschoben oder von ihr abgezogen wird. Die Biegsamkeit des biegsamen Kontaktelement 122 erlaubt das Einschubpassen des SPD-Moduls 100 an den Sammelschienen, ohne eine große Kraft zu erfordern, um das SPD-Modul 100 an seinem Ort zu platzieren und es zu installieren.
Gleichzeitig erlaubt es die Biegsamkeit des Primärkontaktelements 122, guten Kontakt der Klemme auf der Sammelschiene L3 bereitzustellen. Das Kontaktelement legt sich um die Sammelschiene L3, um guten Kontakt mit den Seitenkanten oder Oberflächen der Sammelschiene L3 bereitzustellen.
Das Kontaktelement 122 ist auch konzipiert, um Toleranzen der Stärke der Sammelschiene und auch Fluchtungsabweichungen zwischen den Sammelschienen auszugleichen. Das Kontaktelement 122 ist für Variationen der Breite der Sammelschiene (zum Beispiel Breitentoleranzen) sowie Breitenvariationen der Räume zwischen den Sammelschienen L3 und den angrenzenden Sammelschienen L2, PE unempfindlich oder weniger empfindlich.
Ein Material, das gut für diese Attribute des Kontaktelements 122 geeignet ist, kann jedoch erhebliche Verformung oder Ausdehnung als Reaktion auf ein Stoßereignis darlegen (zum Beispiel aufgrund elektromagnetischer Kräfte, die von dem Überstromstoß durch das Kontaktelement 122 erzeugt werden), und daher den Kontakt verlieren, was in Lichtbogenerzeugung und Kontaktbeschädigung resultiert. Falls nur das Kontaktelement 122 verwendet wurde, sollte es derart konfiguriert werden (zum Beispiel Größe und Geometrie), dass es von selbst dem Verlust von Kontakt während Stoßströmen widersteht. Das Kontaktelement 122 müsste daher stark genug sein, um den elektromagnetischen Kräften, die von Stoßströmen geschaffen werden, die andernfalls das Kontaktelement 122 ausdehnen und verursachen, dass es Kontakt mit der Sammelschiene verliert, ausreichend zu widerstehen. Falls das Kontaktelement 122 derart gebaut wurde, könnte jedoch das SPD-Modul 100 nicht auf den Sammelschienen mit einer normalen Kraft installiert werden, da die erforderliche Gesamtkraft viel größer wäre (zum Beispiel fünf Mal größer), um jedes Kontaktelement 122 auf seiner Sammelschiene an seinen Platz zu schieben.
Es ist folglich wünschenswert, ein Primärkontaktelement 122 bereitzustellen, das nur eine geringe Kraft erfordert, um auf seiner Sammelschiene installiert zu werden. Der Nachteil des Verwendens eines solchen Primärkontakts ist jedoch, dass er sich während Stoßströmen biegt und den Kontakt verliert.
Dieses Problem wird durch die ergänzenden Federn 124 behoben, die Elemente sind, die von dem Kontaktelement 122 und dem Gehäuse 110 separat und getrennt sind. Die ergänzenden Federn 124 werden aus einem Material und mit einer Form gebildet, die von Strom induzierter Kraft an dem Kontakt, der zu seiner Verformung führt, widersteht. Die ergänzenden Federn 124 sind aus einem Material gebildet, das erheblich höhere Toleranz gegenüber Ausdehnung als Reaktion auf ein Stoßereignis mit derselben Größe darlegt als das Material, aus dem das Kontaktelement 122 gebildet ist. Als ein Resultat halten die Federn 124 das Kontaktelement 122 (einschließlich der Schenkel 122B) während eines Stoßereignisses derart an Ort und Stelle, dass die Verschlechterung des elektrischen Kontakts zwischen dem Kontaktelement 122 und der Sammelschiene L3 vermieden oder unterbunden wird. Die Federn 124 können das Trennen zwischen dem Kontaktelement 122 und der Sammelschiene L3 sowohl während des Stoßereignisses als auch als ein Resultat der plastischen Verformung des Kontaktelements 122, die durch das Stoßereignis verursacht wird, verhindern.
Die ergänzenden Federn 124 werden daher bereitgestellt, um das Primärkontaktelement 122 an Ort und Stelle zu halten. Gleichzeitig erlauben die ergänzenden Federn etwas Flexibilität für die Ausdehnung, um die Toleranzen von und zwischen den Sammelschienen während des Passens/Installierens des SPD-Moduls 100 ohne zu viel an Installationskraft zu erfordern.
Des Weiteren sind bei einigen Ausführungsformen und wie gezeigt die ergänzenden Federn 124 nur an der Außenseite des Primärkontaktelements 122 angebracht und nicht direkt an irgendetwas anderem angebracht. Als ein Resultat beeinflussen die Federn 124 das Passen des Kontaktelements 122 auf eine Sammelschiene, wo Fluchtungsabweichung zwischen den Sammelschienen existiert, nicht unerwünscht. Jedes Kontaktelement 122 ist von den anderen Kontaktelementen 122 getrennt, und jegliche Fluchtungsabweichung zwischen den Sammelschienen könnte etwas leichte Verformung zwischen den Sammelschienen, die mit den Kontaktelementen 122 und ihren entsprechenden plastischen Trägern verbunden sind, schaffen. Diese Fluchtungsabweichung kann von den Kontaktelementen 122 und ihren plastischen Trägern toleriert werden, da diese Teile biegsam sind. Mit anderen Worten dissoziiert die Bauweise der Kontaktanordnung C3 die Kraft, die den Primärkontakt 122 an Ort und Stelle hält (unter Verwenden von Federn 124) von der Gesamtintegrität der Metallteile.
Die Spalten 128 die zwischen den Schenkeln 122C und 124B angrenzend an den oberen Schlitzabschnitt 126A definiert sind, können Verformung oder axiale Verlagerung (das heißt in Richtungen entlang der Hauptachse A-A des Moduls) der Kontaktelemente erlauben, um Variationen der Beabstandung zwischen den Sammelschienen L1-L3, N, PE zu berücksichtigen.
Bei einigen Ausführungsformen ist jede Kontaktanordnung C1, C2, C3, CN, CPE fähig, hohen Stoßströmen von mindestens 1500 A standzuhalten, und, bei einigen Ausführungsformen, in dem Bereich von etwa 100 A bis 100000 A, ohne adäquaten elektrischen Kontakt zwischen der Kontaktanordnung und der dazugehörenden Sammelschiene zu verlieren. Ferner legt der Kontakt bei einigen Ausführungsformen während dieser Stöße (mehrere) kein Anzeichen von Schaden aufgrund teilweiser oder vollständiger Bogenbildung an den Tag.
Optional kann ein Zusatzgerät oder eine Zusatzausstattung 70 elektrisch mit dem Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 unter Verwenden eines Verbindungskabels 72 verbunden werden, um zum Beispiel, wie oben besprochen, Strom aus der Sammelschiene L1 zu der Ausstattung 70 zu liefern. Die Ausstattung 70 kann in demselben Schrank montiert sein wie das Modul 100 oder in einem angrenzenden Schrank oder einer angrenzenden Lage. Die Ausstattung 70 kann mit ihrer eigenen Erdungsverbindung unabhängig von dem Modul 100 versehen sein.
Das Zusatzgerät kann ein beliebiges zweckdienliches Gerät sein. Bei einigen Ausführungsformen ist das Zusatzgerät 70 ein Kommunikationsgerät. Bei einigen Ausführungsformen ist das Zusatzgerät 70 ein Modem.
Das Bereitstellen des Zusatzstromversorgungssystem 181, das mit dem SPD-Modul 100 integral ist, eliminiert die Notwendigkeit, das Gerät 70 mit einer getrennten, direkten Verbindung zu der Sammelschiene L1 zu versehen. Das kann Komfort für den Benutzer, eine konsistentere und zuverlässige elektrische Verbindung und weniger Durcheinander bereitstellen.
Während des normalen Betriebs arbeitet jede SPD-Anordnung S1, S2, S3 als eine offene Schaltung zwischen ihrer dazugehörenden Leitungssammelschiene L1, L2, L3 und der Sammelschiene PE. Jeder thermische Trennschaltermechanismus 151 bleibt in einer Bereitschaftsposition (8), mit dem Kontaktabschnitt 150C der Trennschaltfeder 150 an das Wärmesenkenelement 153 durch das Lot 152 gebondet und damit elektrisch leitend. In diesem normalen Modus ist der Varistor 132 jeder SPD-Anordnung S1, S2, S3 ein Isolator bis zu seiner Nennbegrenzungsspannung VNOM (und daher ist auch das SPD-Modul 100 ein Isolator).
In dem Fall einer vorübergehenden Überspannung oder eines Stoßstroms in einer Leitung L1, L2, L3, kann Schutz der Stromsystemlastgeräte es erfordern, dass ein Stromweg zur Masse für den übermäßigen Strom des Stoßstroms bereitgestellt wird. Der Betrieb der SPD-Anordnung S3 und die Bedingungen oder transienten Überspannungsereignisse auf der Leitung L3, wenn das SPD-Modul in den Sammelleitungen L1, L2, L3, N, PE installiert ist, werden unten beschrieben. Man versteht jedoch, dass diese Beschreibung gleichermaßen für die SPD-Anordnungen S1, S2 und die Leitungen L1, L2 gilt.
In dem Fall einer transienten Überspannung oder eines Stoßstroms in der Leitung L3, kann der Stoßstrom eine transiente Überspannung zwischen der Sammelschiene L3 und der Sammelschiene PE erzeugen, die die Isolation der SPD-Anordnung S3, die die Sammelschiene L3 mit der Nullleiterschiene N verbindet, sowie die Isolation der PE GDT 158 überwindet. In diesem Fall und Modus (hierin Modus 2 genannt), unterliegt der Varistor 132 einer Überspannung, die VNOM überschreitet, und wird vorübergehend und umkehrbar ein Stromleiter mit niedrigem Widerstand. Ähnlich unterliegen die GDT 138 und die GDT 158 transienten Überspannungen, die ihre Durchschlagspannungen überschreiten, und werden vorübergehend und umkehrbar Stromleiter mit niedrigem Widerstand. Die GDTs 138, 158 und der Varistor 132 leiten dann den hohen Stoßstrom oder Impulsstrom um, shunten ihn oder erlauben ihm das Fließen von der Sammelschiene L3 durch den Sammelschienensteckverbinder C3, durch das Brückenelement 148, durch die GDT-Elektrode 140, durch das Lot 139, durch die GDT 138, durch die Varistorelektrode 136, durch den Varistor 132, durch die Varistorelektrode 134, durch das Lot 152, durch die Feder 150, durch den Brückennullleiter 154, durch den Brücken-PE-Leiter 156, durch die PE GDT 158 und durch den Sammelschienensteckverbinder CPE zu der Sammelschiene PE.
Die Bereitstellung der GDTs 138, 158 in Reihe mit dem Varistor 132 kann einen im Wesentlichen leckfreien Betrieb bereitstellen. Bei der Abwesenheit eines Stoßstroms bleiben die GDTs 138, 158 elektrisch nicht leitend und verhindern dadurch Leitung eines Leckstroms durch den Varistor 132. In dem Fall eines Stoßes begrenzt der Varistor 132 und leitet, was es den GDTs 138, 158 erlaubt zu schalten und zu leiten. Wenn der Stoß abklingt, kehrt der Varistor 132 zu seinen hoch elektrisch isolierenden Zuständen zurück, was das Erlöschen der Bögen der GDTs 138, 158 verursacht. Auf diese Art können die Varistoren 132 einen erweiterten Folgestrom abschließen, der ansonsten das Versagen der GDTs 138, 158 verursachen könnte.
Unter einigen Umständen können einer oder mehrere der Varistoren 132 versagen. In dem Fall eines Versagens des Varistors 132 einer SPD-Anordnung S1, S2, S3, wird ein Fehlerstrom zwischen der entsprechenden Leitung (zum Beispiel Leitung L1, L2 oder L3) und dem Nullleiter N geleitet. Wie gut bekannt ist, weist ein Varistor eine natürliche Nennbegrenzungsspannung VNOM (gelegentlich die „Durchschlagspannung“ oder einfach die „Varistorspannung“ genannt) auf, an der der Varistor beginnt, Strom zu leiten. Unter VNOM leitet der Varistor praktisch keinen Strom. Über der VNOM leitet der Varistor einen Strom (das heißt einen Leckstrom oder einen Stoßstrom). Die VNOM eines Varistors wird typischerweise als die über den Varistor mit einem Gleichstrom von 1 mA gemessene Spannung spezifiziert.
Ein Varistor hat drei Betriebsmodi. In einem ersten normalen Modus (oben besprochen), bis zu einer Nennspannung, ist der Varistor praktisch ein elektrischer Isolator. In einem zweiten normalen Modus (ebenfalls oben besprochen), wenn der Varistor einer Überspannung unterliegt, wird der Varistor vorübergehend und umkehrbar ein elektrischer Leiter während des Überspannungszustands und kehrt danach zu dem ersten Modus zurück. In einem dritten Modus (dem sogenannten Lebensendemodus) wird der Varistor effektiv aufgebraucht und wird ein permanenter, nicht umkehrbarer Stromleiter.
Der Varistor hat auch eine natürliche Begrenzungsspannung VC (gelegentlich einfach die „Begrenzungsspannung“ genannt). Die Begrenzungsspannung VC ist als die maximale Spannung definiert, die über den Varistor gemessen wird, wenn ein spezifizierter Strom an den Varistor mit der Zeit gemäß einem Standardprotokoll angelegt wird.
Bei Abwesenheit eines Überspannungszustands, stellt der Varistor hohen Widerstand derart bereit, dass in etwa kein Strom durch das Modul 100, während es elektrisch als eine offene Schaltung erscheint, fließt. Gewöhnlich lässt der Varistor in etwa keinen Strom durch. Im Falle eines Überstromstoßereignisses (das typischerweise transient ist, zum Beispiel Blitzschlag) oder eines Überspannungszustands oder Ereignisses (typischerweise mit längerer Dauer als ein Überstromstoßereignis), das VNOM überschreitet, sinkt der Widerstand des Varistorwafers rasch, was es Strom erlaubt, durch das Modul 100 zu fließen und einen Nebenschlussweg für Stromfluss zu schaffen, um andere Bauteile eines assoziierten elektrischen Systems zu schützen. Normalerweise erholt sich der Varistor von diesen Ereignissen ohne signifikantes Überhitzen des Moduls 100.
Varistoren haben mehrere Versagensmodi. Die Versagensmodi weisen Folgendes auf: 1) der Varistor versagt als ein Kurzschluss; und 2) der Varistor versagt als ein linearer Widerstand. Das Versagen des Varistors zu einem Kurzschluss oder zu einem linearen Widerstand kann durch die Leitung eines einzigen oder mehrerer Stoßströme mit ausreichender Größe und Dauer oder durch ein einziges oder mehrere kontinuierliche Überspannungsereignisse, die einen ausreichenden Strom durch den Varistor treiben, verursacht werden.
Ein Kurzschlussversagen erscheint typischerweise als eine lokalisierte Nadelstich- oder Durchstoßstelle (hierin „Versagensstelle“), die sich durch die Stärke des Varistors erstreckt. Diese Versagensstelle schafft einen Weg für Stromfluss zwischen den zwei Elektroden mit einem niedrigen Widerstand, aber hoch genug, um ohmsche Verluste und Überhitzen des Geräts sogar bei niedrigen Fehlerströmen zu verursachen. Ausreichend großer Fehlerstrom durch den Varistor kann den Varistor in dem Bereich der Versagensstelle schmelzen und einen elektrischen Bogen erzeugen.
Ein Varistorversagen als ein linearer Widerstand verursacht das Leiten eines beschränkten Stroms durch den Varistor, der in einem Hitzeaufbau resultiert. Dieser Hitzeaufbau kann in katastrophalem thermische Durchgehen resultieren, und die Gerättemperatur kann eine vorgeschriebene maximale Temperatur überschreiten. Die maximal zulässige Temperatur für die Außenoberflächen des Geräts kann zum Beispiel durch Code oder Standard festgelegt werden, um Verbrennung angrenzender Bauteile zu verhindern. Falls der Leckstrom an einer bestimmten Zeitspanne nicht unterbrochen wird, resultiert das Überhitzen schlussendlich im Versagen des Varistors zu einem Kurzschluss, wie oben definiert.
In einigen Fällen könnte der Strom durch den ausgefallenen Varistor auch durch das Leistungssystem selbst beschränkt werden (zum Beispiel Erdungswiderstand in dem System oder bei fotovoltaischen (PV) Stromquellenanwendungen, bei welchen Fehlerstrom von der Stromerzeugungsfähigkeit des Systems in dem Zeitpunkt des Versagens abhängt), was in einem allmählichen Aufbauen der Temperatur resultiert, sogar falls das Varistorversagen ein Kurzschluss ist. Es gibt Fälle, in welchen ein beschränkter Leckstrom durch den Varistor aufgrund zeitlich erweiterter Überspannungszustände aufgrund zum Beispiel von Stromsystemversagen besteht. Diese Zustände können zu einem Temperaturaufbau in dem Gerät führen, wie wenn der Varistor als ein linearer Widerstand versagt hat, und könnten möglicherweise zu dem Versagen des Varistors entweder als ein linearer Widerstand oder als ein Kurzschluss, wie oben beschrieben, führen.
Wie oben beschrieben, kann das Modul 100 in einigen Fällen einen „Lebensende“-Modus annehmen, in dem ein Varistor 132 völlig oder teilweise erschöpft ist (das heißt in einem „Lebensende“-Zustand ist), der zu einem Lebensendeversagen führt. Wenn der Varistor sein Lebensende erreicht, wird das Modul 100 im Wesentlichen ein Kurzschluss mit einem sehr niedrigen ohmschen Widerstand, der aber nicht gleich null ist. Als ein Resultat fließt bei einem Lebensendezustand ein Fehlerstrom ständig durch den Varistor, sogar bei Abwesenheit eines Überspannungszustands.
In dem Fall des Versagens des Varistors 132 einer SPD-Anordnung S1, S2, S3, funktioniert das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 dieser SPD-Anordnung als ein ausfallsicherer Mechanismus. Das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 kann funktionieren, um katastrophale Zerstörung des Moduls 100 und umgebender Elemente zu verhindern. Der Betrieb der SPD-Anordnung S3 und ihres thermischen Trennschaltermechanismussystems 151 wird unten beschrieben. Man versteht jedoch, dass diese Beschreibung gleichermaßen für die SPD-Anordnungen S1, S2 gilt.
Das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 funktioniert als ein ausfallsicherer Mechanismus, indem er, wenn er ausgelöst wird, es dem Federkontaktabschnitt 150C erlaubt, sich von dem Wärmesenkenelement 153 unter der elastischen Federbelastung der Feder 150 wegzuziehen, wenn das Lot 152 durch ausreichende Hitze, die in dem Varistor 132 oder anderswo erzeugt wird, geschmolzen wurde. Die Feder 150 wird dadurch aus elektrischer Leitung mit der Elektrode 134 verlagert. Der Varistor 132 wird dadurch elektrisch von dem Brückennullleiter 154 getrennt, was eine offene Schaltung zwischen den Klemmen C3 und CN schafft.
In Abhängigkeit von der Konzeption des thermischen Trennschaltermechanismussystems 151, können diverse Zustände oder Ereignisse das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 auslösen.
Bei einigen Ausführungsformen, falls der Stoß- oder Impulsstrom niedriger ist als der maximale Stoß-/Impulsstrom, für den das SPD-Modul 100 vorgesehen ist, brennt eine externe Sicherung nicht durch, und der Varistor 132 sollte funktionsfähig bleiben. In diesem Fall, da das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 nicht ausgelöst wurde, kann das SPD-Modul 100 für zukünftige Überspannungsereignisse an Ort und Stelle bleiben.
Falls der Stoß- oder Impulsstrom den maximalen Stoß-/Impulsstrom, für den das SPD-Modul 100 ausgelegt ist, überschreitet, brennt die externe Sicherung automatisch durch oder wird ausgelöst. Der Varistor 132 kann auch intern als ein Kurzschluss (mit Nadelstich) oder mit beschränktem Widerstand versagen. Der Fehlerstrom durch den ausgefallenen Varistor 132 kann ausreichend Hitze erzeugen, um das Lot 152 zu schmelzen und dadurch das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 auszulösen.
Falls der Varistor 132 in dem Lebensendemodus mit einem niedrigen Leckstrom zwischen der Leitung (zum Beispiel Leitung L3) und dem PE ist, versagt der Varistor 132 als ein linearer Widerstand. Dieser Typ von Varistorversagen könnte das Resultat mehrerer Stoß-/Impulsströme sein. Der Leckstrom erzeugt Hitze in dem Varistor 132 aus ohmschen Verlusten. In einigen Fällen tritt der Leckstrom während des normalen Betriebs auf und ist niedrig (von etwa 0 bis 0,5 A). Die Hitze, die von dem Varistor 132 erzeugt wird, verschlechtert allmählich den Varistor 132 und baut sich während einer längeren Dauer auf. Die Hitze (zum Beispiel aus ohmschen Verlusten in dem Varistor 132) wird von dem Varistor 132 zu dem Lot 152 durch die Elektrode 134 und das Wärmesenkenelement 153 übertragen. Über eine längere Zeitspanne (zum Beispiel in dem Bereich von etwa 60 Sekunden bis 48 Stunden) baut sich die Hitze in dem Lot 152 auf, bis das Lot 152 schmilzt. Das geschmolzene Lot 152 gibt die Feder 150 in eine offene oder freigegebene Konfiguration frei, um die Schaltung in dem SPD-Modul 100 zu öffnen. Der Varistor 132 wird dadurch daran gehindert, sich katastrophal zu überhitzen.
In einigen Fällen befindet sich der Varistor 132 in gutem Zustand (das heißt nicht in Lebensendezustand), aber es besteht ein vorübergehendes Überspannungs-(Temporary Overvoltage - TOV)-Ereignis, bei dem die Spannung über die Klemmen den Varistor 132 zum Leiten eines gesteigerten Leckstroms (typischerweise in dem Bereich von etwa 0 bis 10 A) zwingt. Dieser Leckstrom baut Hitze während einer Dauer (zum Beispiel in dem Bereich von etwa 5 Sekunden bis 120 Minuten) auf und löst das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 aus.
Andere Zustände und Typen von Ereignissen können das Auslösen des thermischen Trennschaltermechanismussystems 151 verursachen. Darüber hinaus kann das Modul 100 andere Typen thermischer Trennschaltmechanismen zusätzlich oder an Stelle des thermischen Trennschaltermechanismussystems 151 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen ist das thermische Trennschaltermechanismussystem 151 zum Beispiel wie in der veröffentlichten U. S.-Patentanmeldung Nr. 2018/0330908 und der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. EP3401931 aufgebaut und funktionierend, deren Offenbarungen hierin durch Verweis aufgenommen werden.
Das Freigeben der Trennschaltfeder 150 einer beliebigen der SPD-Anordnungen S1, S2, S3, wie oben beschrieben (durch Betätigen des thermischen Trennschaltersystems 151), betätigt auch den lokalen Warnmechanismus 171A. Unter erneuter Bezugnahme auf die SPD-Anordnung S3, befreit das Verlagern der Feder 150 in die Freigaberichtung DR den Schwingenindikatorschenkel 172C von der Feder 150. Die Schwinge 172 wird in eine Schwenkrichtung DP von der Indikatorfeder 173 aus der verriegelten Position (8) zu einer Angabeposition getrieben. Das Indikatorpendel 174 wird dadurch von der Feder 173 angetrieben, um in eine Signalisierungsrichtung DS ( 8) zu gleiten und die Feder 174B zu komprimieren. Das Indikatorpendel 174 wird dadurch zu einer Warnposition verlagert, in der die Indikatoroberfläche 174C mit dem Vorderseitenfenster 111A des Modulgehäuses 110 ausgerichtet und durch dieses sichtbar ist. Die Indikatoroberfläche 174C hat ein merklich unterschiedliches visuelles Aussehen durch das Vorderseitenfenster 111A als eine Oberfläche des Pendels 174, die durch das Fenster 111A präsentiert wird, wenn das Pendel 174 in der Bereitschaftspositionsoberfläche 174A ist, indem eine visuelle Warnung oder Angabe bereitgestellt wird, so dass ein Bediener ohne Weiteres bestimmen kann, dass der lokale Warnmechanismus 171A betätigt wurde. Die nicht ausgelöste Anzeigeoberfläche und die Anzeigeoberfläche 174A weisen zum Beispiel ausgeprägt unterschiedliche Farben (zum Beispiel Grün gegen Rot) auf. Auf diese Art kann der lokale Warnmechanismus 171A eine praktische Angabe bereitstellen, dass das Modul 100 seine Konfiguration oder seinen Zustand mit offener Schaltung angenommen hat.
Die Freigabe der Schwinge 172, wie oben beschrieben, betätigt auch den Fernwarnmechanismus 171 B. Wenn das Indikatorpendel 174 in die Angabeposition gleitet, wie oben beschrieben, erfasst der Sensor 176 die Verlagerung des Indikatorpendels 174 und stellt ein elektrisches Signal zu einem entfernten Gerät oder Endgerät 73 über den Steckverbinder 176A bereit. Auf diese Art kann der Fernwarnmechanismus 171B eine praktische Fernangabe bereitstellen, dass eine SPD-Anordnung S1, S2, S3 des Moduls 100 ihre Konfiguration oder ihren Zustand mit offener Schaltung angenommen hat.
Vor allem kann das Indikatorpendel 174 von dem thermischen Trennschaltersystem und der Schwinge 172 einer beliebigen der drei SPD-Anordnungen S1, S2, S3 verlagert werden (und der lokale Indikatormechanismus 171A und der Fernindikatormechanismus 171B dadurch betätigt werden). Es ist folglich nicht erforderlich, einen separaten Indikatormechanismus für jede SPD-Anordnung S1, S2, S3 bereitzustellen. Das kann das Zusammenfügen eines SPD-Moduls 100 mit weniger Kosten, Komplexheit und Größe ermöglichen.
18 veranschaulicht schematisch eine Stromschaltung 17, die von dem SPD-Modul 100 und den Sammelschienen L1, L2, L3, N, PE gebildet wird, wenn das SPD-Modul 100 auf die Sammelschienen L1, L2, L3, N, PE, wie hierin beschrieben, montiert wird. In der veranschaulichten Schaltung 17 sind die drei SPD-Anordnungen S1, S2, S3 jeweils mit einer entsprechenden Leitung L1, L2, L3 und N (das heißt L-N) verbunden. Die PE GDT 158 ist zwischen der Leitung N und PE (das heißt N-PE) verbunden. Die Schaltung 17 weist ferner ein Zusatzgerät 70 (zum Beispiel ein Modem) auf, das mit dem Hilfsstromversorgungssteckverbinder 182 verbunden ist, und eine Fernwarn- oder Zustandsüberwachungsvorrichtung 73 (zum Beispiel ein SPD-Überwachungssystem), die mit dem Steckverbinder 176A verbunden ist. Die Schaltung 17 weist ferner ein erstes Verteilungsgehäuse DB1 und ein zweites Verteilungsgehäuse DB2, die mit den Sammelschienen 64 verbunden sind, auf. Die Schaltung 17 weist ferner einen ersten Schutzschalter CB1 auf, der mit den Sammelschienen 64 und dem ersten Verteilungsgehäuse DB1 verbunden ist, um die Ausstattung EQ1, zu der Strom von dem ersten Verteilungsgehäuse DB1 geliefert wird, zu schützen. Die Schaltung 17 weist ferner einen zweiten Schutzschalter CB2 auf, der mit den Sammelschienen 64 und dem zweiten Verteilungsgehäuse DB2 verbunden ist, um die Ausstattung EQ2, zu der Strom von dem zweiten Verteilungsgehäuse DB2 geliefert wird, zu schützen.
Die 19 bis 21 zeigen das SPD-Modul 100 und die Schutzschaltermodule CB1, CB2, die in einer Anordnung Seite an Seite auf den Sammelschienen 64 in einem Schrank 80 montiert sind.
Bei einigen Ausführungsformen und wie in den Figuren gezeigt, ist die Gehäuseanordnung 110 des SPD-Moduls 100 mit integralen Distanzierungsmerkmalen oder Rippen 118 und 119 versehen. Die Distanzierungsrippen 118, 119 sind aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Bei einigen Ausführungsformen sind die Rippen 118, 119 integral mit den Gehäuseteilen 114, 112 geformt.
Die Rippe 180 erstreckt sich um den Umfang des SPD-Moduls 100 nahe der Rückseite des Moduls 100. Bei einigen Ausführungsformen und wie gezeigt, folgt die Rippe 118 den Rückseitenkanten der Gehäuseanordnung 110 und dem Modul 100 derart, dass die Rippe 118 einem Weg herum und die die Formen der Sammelschienenaufnahmeöffnungen 114A approximiert, folgt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Rippe 118 endlos und umschreibt das gesamte Modul 100.
Die Rippen 119 ragen seitlich von jeder Seite eines Turmabschnitts 112A des Vorderseitengehäuseteils 112 vor.
Die Gehäuseanordnung 110 weist Primärseitenwandoberflächen 115 auf. Die Rippen 118 ragen seitlich auswärts über die Seitenwandoberflächen 115 um eine Distanzierungshöhe oder Distanz D10 vor (19).
Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Distanzierungsdistanz D10 mindestens 1 mm und, bei einigen Ausführungsformen, liegt sie in dem Bereich von etwa 0,5 mm bis 2 mm.
Die Rippen 119 ragen seitlich auswärts über die Seitenwandoberflächen 115 um eine Distanzierungshöhe oder Distanz D11 vor.
Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Distanzierungsdistanz D11 mindestens 1 mm und, bei einigen Ausführungsformen, liegt sie in dem Bereich von etwa 0,5 mm bis 2 mm.
Bei der Verwendung und unter Bezugnahme auf die 19 bis 21, kann das SPD-Modul 100 auf Sammelschienen 64 gemeinsam mit anderen Bauteilen, wie Schutzschaltermodulen CB1, CB2, die ebenfalls auf die Sammelschienen 64 nahe oder unmittelbar angrenzend an das SPD-Modul 100 montiert sind, montiert werden. Eine Abdeckung 82 kann über der Installation derart bereitgestellt werden, dass nur der Turmabschnitt 112A und Abschnitte der Schutzschaltermodule CB1, CB2 durch die Abdeckung 82 herausragen und exponiert sind.
Bei dieser Installation stellen die Rippen 118, 119 sicher, dass Räume zwischen dem SPD-Modul 100 und den Schutzschaltermodulen CB1, CB2 bereitgestellt werden, während auch Schutz vor unbeabsichtigtem Zugriff auf die Sammelschienen 64 bereitgestellt wird.
Unter Bezugnahme auf 19 kann man sehen, dass ein Trennraum 90 zwischen der Seitenwand 115 des SPD-Moduls 100 und der gegenüberliegenden Seitenwand 92 des Schutzschalters CB1 definiert ist. Die Breite W12 dieses Raums 90 ist auf mindestens die Höhe D10 der Rippe 118 begrenzt. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die Breite W12 mindestens 1 mm.
Der Trennraum 90 stellt eine Luftflusspassage zwischen den Modulen 100, CB1, CB2 zur Belüftung bereit, um Überhitzen der Schutzschalter CB1, CB2 in dem Fall zu vermeiden, in dem sie während Überlastzuständen arbeiten (abschalten) und überhitzen.
Die Belüftung zwischen den Modulen 100, CB1, CB2 könnte auch durch Beabstanden der Schutzschalter CB1, CB2 weiter von dem SPD-Modul 100 auf den Sammelschienen 64 bewerkstelligt werden. Die Rippen 118, 119 dienen jedoch auch zum Schutz der Installation vor dem Eindringen unter Verwenden eines langen Stifts durch einen Spalt zwischen dem SPD-Modul 100 und einem Schutzschaltermodul CB1, CB2. Ein solcher Stift könnte von jemandem verwendet werden, um die Sammelschienen 64 zu erreichen und Elektrizität zu stehlen.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Rippen 118, 119 derart bemessen, dass ein Trennabstand W12 zwischen jeder Rippe, 118, 119 und dem Schutzschaltermodul CB1 kleiner ist als eine vorbestimmte Abschirmbreite W14, wenn maximale Beabstandung zwischen dem SPD-Modul 100 ein Schutzschaltermodul CB1 gleich oder kleiner ist als ein vorgeschriebener maximaler Modulbeabstandungsabstand.
Bei einigen Anwendungen besteht zum Beispiel eine Forderung, dass ein Stift von 2 mm Durchmesser nicht fähig sein sollte, die Sammelschienen 64 durch einen Raum zwischen dem SPD-Modul 100 und einem Schutzschaltermodul CB1 zu erreichen, und der maximal erlaubte Abstand, der zwischen den Schutzschaltern und dem SPD geschaffen werden kann, beträgt 2,5 mm. Die Rippen 118, 119 sind ausgelegt, um es dem Stift zu 2 mm nicht zu erlauben, in die verfügbare Spalte zwischen dem SPD-Modul 100 und einem Schutzschaltermodul CB1 einzudringen. Wenn die Module 100, CB1 um den maximal erlaubten Abstand beabstandet sind (von Seitenwandoberfläche 92 zu Seitenwandoberfläche 115) und die Rippen 118, 119 eine Breite D10, D11 von 1 mm aufweisen, betragen folglich die Spalten 94, 96 zwischen dem Schutzschaltermodul CB1 und den Rippen 118, 119 nur 1,5 mm. Die verfügbare Spalte von 1,5 mm ist zu klein, um es einem Stift zu 2 mm zu erlauben, die Sammelschienen zu erreichen.
Module, wie sie hierin offenbart sind, können ein Überspannungsbegrenzungselement eines unterschiedlichen Typs an Stelle des Varistors 132 aufweisen. Das Überspannungsbegrenzungselement kann zum Beispiel ein transienter Spannungsbegrenzer (Transient Voltage Suppressor - TVS) sein, wie eine TVS-Diode (zum Beispiel eine Silizium-Avalanche-Diode, Silicon Avalanche Diode - SAD).
Bei einigen Ausführungsformen weist jede Sammelschiene L1 bis L3, N, PE eine Stärke in dem Bereich von etwa 4 mm bis 11 mm auf. Bei einigen Ausführungsformen weist jede Sammelschiene L1 bis L3, N, PE eine Stärke von etwa 5 mm oder etwa 10 mm auf.
Bei einigen Ausführungsformen stimmt der Satz 64 von Sammelschienen L1 bis L3, N, PE mit der Norm DIN 43880 überein, und der Beabstandungsabstand zwischen aneinandergrenzenden Sammelschienen L1 bis L3, N, PE beträgt etwa 40 mm. Bei einigen Ausführungsformen stimmt der Satz 64 von Sammelschienen mit der Norm DIN 43880 überein, und der Beabstandungsabstand zwischen aneinandergrenzenden Sammelschienen L1 bis L3, N, PE beträgt etwa 60 mm.
Viele Abänderungen und Modifikationen können vom Durchschnittsfachmann angesichts des Nutzens der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Man muss daher verstehen, dass die veranschaulichten Ausführungsformen nur beispielhaft dargelegt wurden, und dass sie nicht als die Erfindung, wie sie von den folgenden Ansprüchen definiert wird, einschränkend gesehen werden sollten. Die folgenden Ansprüche dürfen folglich nicht als nur die Kombination von Elementen, die buchstäblich dargelegt sind, einschließend ausgelegt werden, sondern auch alle äquivalenten Elemente zum Ausführen der im Wesentlichen gleichen Funktion auf im Wesentlichen die gleiche Art zum Erhalten des im Wesentlichen gleichen Resultats. Die Ansprüche müssen daher als das, was spezifisch veranschaulicht und oben beschrieben ist, was konzeptuell gleichwertig ist und auch was die wesentliche Idee der Erfindung einschließt, einschließend betrachtet werden.
Ein Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul zum Montieren auf einer Sammelschiene weist ein Überspannungsbegrenzungselement und eine Kontaktklemmenanordnung auf. Die Kontaktklemmenanordnung ist elektrisch mit dem Überspannungsbegrenzungselement verbunden. Die Kontaktklemmenanordnung ist konfiguriert, um mechanisch und elektrisch das SPD-Modul mit der Sammelschiene zu verbinden. Die Kontaktklemmenanordnung weist Folgendes auf: ein Kontaktelement, das eingerichtet und konfiguriert ist, um die Sammelschiene aufzunehmen und elektrischen Kontakt damit herzustellen; und eine ergänzende Feder, die eingerichtet und konfiguriert ist, um dem Biegen des Kontaktelements elastisch zu widerstehen. Das Kontaktelement ist aus einem ersten Material gebildet und die ergänzende Feder ist aus einem zweiten Material, das von dem ersten Material unterschiedlich ist, gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62783804 [0001]
EP 3401931 [0166]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm DIN 43880 [0188]

Claims

Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul zum Montieren auf einer Sammelschiene, wobei das SPD-Modul Folgendes umfasst: ein Überspannungsbegrenzungselement; und eine Kontaktklemmenanordnung, die elektrisch mit dem Überspannungsbegrenzungselement verbunden ist, wobei die Kontaktklemmenanordnung konfiguriert ist, um das SPD-Modul mechanisch und elektrisch mit der Sammelschiene zu verbinden und Folgendes aufweist: ein Kontaktelement, das eingerichtet und konfiguriert ist, um die Sammelschiene zu empfangen und mit ihr elektrischen Kontakt herzustellen; und eine ergänzende Feder, die eingerichtet und konfiguriert ist, um einer Auslenkung des Kontaktelements elastisch zu widerstehen; wobei das Kontaktelement aus einem ersten Material gebildet ist und die ergänzende Feder aus einem zweiten Material, das von dem ersten Material unterschiedlich ist, gebildet ist.
SPD-Modul nach Anspruch 1, wobei das erste Material eine größere elektrische Leitfähigkeit und Biegsamkeit aufweist als das zweite Material.
SPD-Modul nach Anspruch 1, wobei: das Kontaktelement im Wesentlichen U-förmig ist und einen ersten und zweiten entgegengesetzten, auskragenden Schenkel aufweist, wobei der erste und der zweite Schenkel einen Sammelschienenaufnahmeschlitz bilden, um die Sammelschiene aufzunehmen; und das zusätzliche Federelement eingerichtet und konfiguriert ist, um einer Auslenkung des ersten und zweiten Schenkels des Kontaktelements elastisch zu widerstehen.
SPD-Modul nach Anspruch 3, wobei das ergänzende Federelement im Wesentlichen U-förmig ist und einen Abschnitt des Kontaktelements, der den ersten und den zweiten Schenkel aufweist, umgibt.
SPD-Modul nach Anspruch 3, wobei das ergänzende Federelement ein erstes und ein zweites Eingriffsmerkmal, die einander entgegengesetzt sind, aufweist, die jeweils den ersten und den zweiten Schenkel kontaktieren.
SPD-Modul nach Anspruch 3, das Spalten aufweist, die zwischen dem ersten und zweiten Schenkel und dem ergänzenden Federelement definiert sind, wobei die Spalten relative Verlagerung zwischen dem Kontaktelement und der zusätzlichen Feder erlauben.
SPD-Modul nach Anspruch 3, wobei das Kontaktelement ferner dritte und vierte auskragende Schenkel, die einander entgegengesetzt sind, aufweist, die den Sammelschienenaufnahmeschlitz bilden.
SPD-Modul nach Anspruch 7, das ein zweites ergänzendes Federelement aufweist, das eingerichtet und konfiguriert ist, um elastisch der Auslenkung des dritten und vierten Schenkels des Kontaktelements zu widerstehen.
SPD-Modul nach Anspruch 1, das ein Modulgehäuse aufweist, das konfiguriert ist, um auf die Sammelschiene montiert zu sein, wobei das Überspannungsbegrenzungselement und die Kontaktklemmenanordnung auf das Gehäuse montiert sind.
SPD-Modul nach Anspruch 1, wobei das Überspannungsbegrenzungselement einen Varistor aufweist.
SPD-Modul nach Anspruch 10, das ferner eine Gasentladungsröhre (GDT), die mit dem Varistor und der Kontaktklemmenanordnung verbunden ist, aufweist.
SPD-Modul nach Anspruch 1, wobei das Überspannungsbegrenzungselement eine GDT aufweist.
Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul für die Verwendung mit einer Spannungsleitungssammelschiene und einem Zusatzgerät, wobei das SPD-Modul Folgendes umfasst: ein Modulgehäuse; ein Überspannungsbegrenzungselement auf dem Modulgehäuse; eine Kontaktklemme, die konfiguriert ist, um das SPD-Modul mechanisch und elektrisch mit der Spannungsleitungssammelschiene zu verbinden; und einen Hilfsstromversorgungssteckverbinder, der auf das Modulgehäuse montiert ist; wobei der Hilfsstromversorgungssteckverbinder auch elektrisch mit der Kontaktklemme verbunden ist, um Strom von der Spannungsleitungssammelschiene zu dem Zusatzgerät durch den Hilfsstromversorgungssteckverbinder zu liefern.
SPD-Modul nach Anspruch 13, wobei der Hilfsstromversorgungssteckverbinder elektrisch mit der Kontaktklemme zwischen der Kontaktklemme und dem Überspannungsbegrenzungselement verbunden ist.
SPD-Modul nach Anspruch 13, wobei der Hilfsstromversorgungssteckverbinder konfiguriert ist, um freigebbar ein elektrisches Kabel zu empfangen, um das Zusatzgerät elektrisch mit der Spannungsleitungssammelschiene zu verbinden.
SPD-Modul nach Anspruch 13, wobei das Überspannungsbegrenzungselement einen Varistor aufweist.
SPD-Modul nach Anspruch 13, wobei das Überspannungsbegrenzungselement eine GDT aufweist.
Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul, das Folgendes umfasst: ein erstes Überspannungsbegrenzungselement; ein zweites Überspannungsbegrenzungselement; einen ersten thermischen Trennschaltermechanismus, der auf Überhitzen des ersten Überspannungsbegrenzungselements reagiert, um das erste Überspannungsbegrenzungselement zu trennen; einen zweiten thermischen Trennschaltermechanismus, der auf Überhitzen des zweiten Überspannungsbegrenzungselements reagiert, um das zweite Überspannungsbegrenzungselement zu trennen, und einen Indikatormechanismus, der betrieben werden kann, um als Reaktion auf Betätigung eines des ersten und zweiten thermischen Trennschaltermechanismus eine Warnung bereitzustellen, dass das SPD-Modul versagt hat.
SPD-Modul nach Anspruch 18, wobei der Indikatormechanismus einen lokalen Warnmechanismus aufweist, der eine sichtbare Angabe auf dem SPD-Modul bereitstellt, dass einer des ersten und zweiten thermischen Trennschaltermechanismus betätigt wurde.
SPD-Modul nach Anspruch 19, wobei der lokale Warnmechanismus Folgendes aufweist: ein Fenster in dem Modulgehäuse; und ein Indikatorelement, das zwischen einer Bereitschaftsposition und einer Angabeposition bezüglich des Fensters als Reaktion auf Betätigung eines des ersten und zweiten thermischen Trennschaltermechanismus bewegbar ist.
SPD-Modul nach Anspruch 18, wobei der Indikatormechanismus Folgendes aufweist: ein Indikatorelement, das zwischen einer Bereitschaftsposition und einer Angabeposition bewegbar ist; eine erste federbelastete Schwinge in einer nicht ausgelösten Position und die auf Betätigung des ersten thermischen Trennschaltermechanismus reagiert, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Angabeposition zu zwingen; und eine zweite federbelastete Schwinge in einer nicht ausgelösten Position und die auf Betätigung des zweiten thermischen Trennschaltermechanismus reagiert, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Angabeposition zu zwingen.
SPD-Modul nach Anspruch 21, wobei: der erste thermische Trennschaltermechanismus eine erste Trennschaltfeder aufweist, die elastisch abgelenkt und elektrisch mit dem ersten Überspannungsbegrenzungselement durch ein erstes Lot in einer Verbindungsposition verbunden ist; wobei das erste Lot auf Überhitzen des ersten Überspannungsbegrenzungselements reagiert, um die erste Trennschaltfeder von der Verbindungsposition zu einer betätigten Position freizugeben, in der die erste Trennschaltfeder von dem ersten Überspannungsbegrenzungselement getrennt ist; der zweite thermische Trennschaltermechanismus eine zweite Trennschaltfeder aufweist, die elastisch abgelenkt und elektrisch mit dem zweiten Überspannungsbegrenzungselement durch ein zweites Lot in einer Verbindungsposition verbunden ist; wobei das zweite Lot auf Überhitzen des zweiten Überspannungsbegrenzungselements reagiert, um die zweite Trennschaltfeder von der Verbindungsposition zu einer betätigten Position freizugeben, in der die zweite Trennschaltfeder von dem zweiten Überspannungsbegrenzungselement getrennt ist; wobei die erste Trennschaltfeder, wenn sie in ihrer Verbindungsposition ist, die erste Schwinge in ihrer nicht ausgelösten Position hält, und, wenn sie betätigt ist, die erste Trennschaltfeder es der ersten Schwinge erlaubt, sich zu bewegen, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Angabeposition zu zwingen; und wobei die zweite Trennschaltfeder, wenn sie in ihrer Verbindungsposition ist, die zweite Schwinge in ihrer nicht ausgelösten Position hält, und, wenn sie betätigt ist, die zweite Trennschaltfeder es der zweiten Schwinge erlaubt, sich zu bewegen, um das Indikatorelement von der Bereitschaftsposition zu der Angabeposition zu zwingen.
Überspannungsschutzgerät (SPD), das Folgendes umfasst: eine Gasentladungsröhre (GDT), die eine GDT-Klemme aufweist; eine GDT-Elektrode, die eine Elektrodenachse aufweist und Folgendes aufweist: einen ringförmigen Basisringabschnitt; einen Kopplungsabschnitt, der axial von dem Basisringabschnitt beabstandet ist; und einen integralen Verbindungsabschnitt, der sich axial zwischen dem Basisringabschnitt und dem Kopplungsabschnitt erstreckt und damit verbindet; und ein Lot, das zwischen dem Basisringabschnitt und der GDT-Elektrode eingefügt ist und diese bondet.
SPD nach Anspruch 23, wobei der Verbindungsabschnitt Folgendes aufweist: eine Mehrzahl umfänglich beabstandeter Verbindungsschenkel, die sich axial zwischen dem Basisringabschnitt und dem Kopplungsabschnitt erstrecken und den Basisringabschnitt mit dem Kopplungsabschnitt verbinden; und Öffnungen, die zwischen den Schenkeln definiert sind.
SPD nach Anspruch 24, wobei die Verbindungsschenkel umfänglich im Wesentlichen gleich beabstandet an dem Basisringabschnitt beabstandet sind.
SPD nach Anspruch 24, wobei: der Verbindungsabschnitt ein Profil aufweist, das im Wesentlichen zylindrisch, konisch oder frustokonisch ist; und ein Hohlraum innerhalb des Verbindungsabschnitts definiert ist.
Überspannungsschutzgerät-(SPD)-Modul zum Montieren auf einer Sammelschiene, wobei das SPD-Modul Folgendes umfasst: ein Modulgehäuse, das eine äußere Seitenwandoberfläche aufweist, wobei das Modulgehäuse konfiguriert ist, um auf die Sammelschiene montiert zu sein; ein Überspannungsbegrenzungselement in dem Modulgehäuse; und eine Kontaktklemme, die konfiguriert ist, um mechanisch und elektrisch das SPD-Modul mit der Sammelschiene zu verbinden; wobei das Modulgehäuse ferner eine Distanzierungsrippe aufweist, die sich von der äußeren Seitenwandoberfläche um einen vorgeschriebenen Distanzierungsabstand erstreckt.
SPD-Modul nach Anspruch 27, wobei der Distanzierungsabstand ausgewählt ist, um sicherzustellen, dass ein zweites Modul, das auf die Sammelschiene angrenzend zu dem SPD-Modul montiert ist, von der äußeren Seitenwand um mindestens einen vorgeschriebenen Trennabstand beabstandet ist, um einen Trennungsraum bereitzustellen, um Belüftung durch Luftströmung durch den Trennungsraum bereitzustellen.
SPD-Modul nach Anspruch 28, wobei der Distanzierungsabstand derart ausgewählt ist, dass, wenn das zweite Modul von dem SPD-Modul um einen Abstand innerhalb eines maximalen vorgeschriebenen Trennabstands beabstandet ist, eine Spalte zwischen der Distanzierungsrippe und dem zweiten Modul kleiner ist als eine vorgeschriebene Abschirmungsbreite, so dass ein Objekt, das eine Stärke aufweist, die größer ist als die vorgeschriebene Abschirmungsbreite, daran gehindert wird, zwischen das SPD-Modul und das zweite Modul eingefügt zu werden, um das vorgeschriebene Objekt mit der Sammelschiene zu kontaktieren.