DE3228471A1

DE3228471A1 - Ueberspannungsschutzgeraet

Info

Publication number: DE3228471A1
Application number: DE19823228471
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Hasse; Raimund 8430 Neumarkt König; Johannes Prof. Dr.-Ing. 8031 Puchheim Wiesinger
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1984-02-09
Also published as: SE8304185L; CH662678A5; SE451653B; DK346983A; IT1163867B; ATA265083A; IT8322314A0; DE3228471C2; SE8304185D0; DK346983D0; AT386703B; DK164427B; JPS5947925A; JPH0451038U; DK164427C; BE897439A

Description

"Überspannungsschutzgerät"
Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Überspannungsschutzgerät ist in der bevorzugten Ausführungsform aus der DE-AS 27 1R 188 bekannt. Hiermit wird der Vorteil erzielt, daß beim Auftreten geringerer Überspannungen und entsprechend geringer abzuleitender Ströme nur der Varistor als erste Schuüzstufe anspricht. In solchen Fällen ist der an ihrn auftretende Spannungsabfall nicht hoch genug, um die Funkenstrecke insbesondere die dort im Ausführungsbeispiel vorgesehen Luft-Gleit-Überschlags-Funkenstrecke zum Überschlag zu bringen. Erst bei größeren Belastungen wird die Funkenstrecke als weitere Schutzstufe und damit als Überlastschutz für den Variastor wirksamm. Bei einer solchen Anordnung begrenzt die Funkenstrecke die Spannung am Verbraucher und am Varistor immer auf einen nahezu konstanten Wert. Iti künnen aber auch andere Funkenstrecken als Luft-Gleit-Überschlags-Funkenstrecken vorgesehen sein, z. B.
Gasentladungsableiter, sofern sie die gewünschte Strombelastbarkeit aufweisen. Ein solches Überspannungsschutzgerät ist al lgeinein einsetzbar, wobei sein bevorzugtes Anwendungsgebiet jedoch der Bereich ist, in dem mit direkten Blitzeinschlägen zu rechnen ist. Solche Überspannungsschutzgeräte werden z. B. in Gebäuden einzusetzen sein bei denen direkte Blitzeinschläge in die elektrische Anlage zu erwarten sind.
Es ist jedoch der Fall nicht auszuschließen, daß der Varistor z. B. durch zu häufige Beanspruchung im Laufe der Zeit durch langanhaltende "Blitzstromschwänze" seine Strom-Spannungskennlinie ändert, d.h. niederohmig wird und dadurch bei normaler Betriebsspannung einen unzulässigen Leckstrom führt. Ein solcher Strorn kostet nicht nur Geld sondern kann auch zu einer unzulässigen Anhebung des Erdpotentials und unter Umständen zu einer unzulässig hohen Erwärmung des Varistors und damit des Gerätes führen.
Unter Umständen kann der Varistor hierdurch auch zerstört werden. Insbesondere ist bei einer solchen Veränderung der Kennlinie des Varistnrs aber die Gefahr gegeben, daß am Varistor beim Auftreten eines abzuleitenden Stoßstromes nicht mehr ein hinreichend hoher Spannungsabfall cntsteht und damit auch nicht mehr die erforderliche Zündspannung an der Funkenstrecke erreicht wird, diese also nicht mehr ihre Ableitfunktion ausführen kann.
Aus dem DE-GM 75 01 349 und 81 05 OB sind Ventilableiter bekannt, die eine Reihenschaltung aus Furkerstrecke, veränderlichem Widerstand (Varistor) und einem Sicherungsstreifen aufweisen. ei einer unzulässigen Erwärmung wird der Sicherungsstreifen (Lotstelle) 2 erschrnolzen. Damit ist aber der gesamte Ventilableiter vom Netz getrennt, d. h.
insgesamt unwirksam geworden.
Gegenüber dem vorstehend erläuterten Stan d der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Überspannungs schutzgerät gemäß dem Uberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daS e ne dadurch zu häufige Beanspru- Stoßströmen, insbesondere chung mit Blitzstoßströmen oder dergleichen eintretende Schädigung des Varistors (Veränderung der Strom-Spannungskennlinie des Varistors) und der hiermit auftretende hohe Leckstrom die Funktion der Funkenstrecke nicht beeinträchtigen und die Funktion des Überspannungsschutzgerätes insgesamt erhalten bleibt.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, zunächst die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1. Hiermit ist ein dauernd fließender unzulässig hoher Leckstrom und vor allem die Gefahr vermieden, daß der Funkenstrecke nicht mehr die genügende Zündspannung zur Verfügung steht. Gegenüber den erläuterten Anordnungen nach DF-GM 75 01 349 und 81 05 606 besteht der Vorteil, daß nicht das gesamte Oberspannungsschutzgerät sondern nur der den Varistor enthaltende Zweig der Parallelschaltung unterbrochen und damit unwirksam wird. Die Funkenstrecke übernimmt also nach wie vor den Schutz der nachgeschalteten Anlage. Die Funkenstrecke selber ist so stromtragfähig, daß sie auch netzfrequente Ströme (Folgeströme) sicher ableitet und unterbricht, d.h.
das Gerät ist in jeder Betriebsphase unabhängig von einer eventuell vorhandenen Leitungssicherung. Dies wird z. B.
gewährleistet durch den Einsatz einer Funkenstrecke, die aus zwei Elektroden mit dazwischen befindlicher Isolationsschicht besteht, wobei die Isolationsschicht aus einem Material gefertigt ist, das bei der Erhitzung durch den Überschlaglichtbogen ein diesen nach außen drückendes, bzw. blasendes und kühlendes und damit löschendes Gas abgibt, so daß der Netzfolgestrom unterbrochen wird (DE-PS 2Y 34 23t3). Insbesondere empfiehlt sich der Einsatz der zuletzt erläuterten Funkenstrecke bei Niederspannungsanlagen. Statt des vorgenannten , insbesondere Wassersteffgas abgebenden Isolationsmaterials (POM, Teflon = eingetragenes Warenzeichen, u.ä.) könnte auch in einer demgegenüber allerdings nicht so wi rksarnr Form Glirnmer als Isolationsmaterial dieser.
Eine bevorzugte und konstruktiv einfache Ausführungsform der Erfindungs ist Inhalt des Anspruches 2, der durch die Merkmale des Anspruches 3 weitergebildet wird. Solche Schmelzlotstellen sind an sich bekannt (siehe die beiden o.g. Gebrauchsmuster) jedoch nicht in der Anordnung an dieser Stelle einer Parallelschaltung aus Varistor und Funkenstrecke.
Gemäß Anspruch 4 kann auch eine elektrisch auslösende Überwachungs- und Abschaltvorrichtung für diesen Varistorzweig vorgesehen sein.
Die Merkmale des Anspruch 5 stellen sicher, daß die Abschaltung des Varistors der Bedienungsperson der Anlage signalisiert wird. Mit den Merkmalen des Anspruches 6 kann die Funktionsfähigkeit einer Anzeigevorrichtung gemäß Anspruch 5 geprüft werden.
Anspruch 7 beinhaltet eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Überspannungsgerätes nach der Erfindung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Frf indung sind den weiteren Unteransprüchen, sowie der nachstehenden Beschreibung und zugehörigen Zeichnung von erfindungsgemäßen Aus -führungsbeispielen zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1: eine einpolige Schaltung der Erfindung, Fig. 2: eine dreipelige Schaltung nach der Erfindung, Fig. 3: ein Uiagrarnm mit der Strom-Spannungskennlinie eines Varistors, Fig. 4: in der Draufsicht eine dreipolige Ausführung eines Überspannungsgebrätes nach der Erfindung, Fig. 5: einen Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 4, Fig. 6: einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5 und Fig. 7: eine Einzelheit der Fig. 5 im vergrößerten Maßstab.
Die Prinzipschaltung nach rig. 1 zeigt zwischen der spannungsführenden Phase L bzw. 1 des Netzes und der Erde, bzw. der Potentialausgleichsschiene 2 eine Parallelschaltung einer Funkenstrecke, insbesondere einer Luft-Gleit-Überschlags-Funkenstrecke (siehe oben) 3 einerseits und einer Reihenschaltung eines Varistors 4 mit Oberwachungs-Abschaltvorrichtung in Form einer Lotstelle 5 andererseits. Ferner ist parallel dazu eine Anzeigevorrichtung 6 mit Kontroll- oder Prüftaste 7 vorgesehen.
Fig. 2 zeigt eine entsprèchende drei-polige Ausführung mit den spannungsführenden Phasen L1, L2 und L3, bzw. 1 des Netzes, der Frdungsleitung 2 bzw. Potentialausgleichsschiene PAS und dem Nulleiter N bzw. 8. Das Gehäuse des Überspannungsschutzgerätes ist durch die gestrichelte Linie 9 angedeutet. Die Leitung 10 zwischen Potentialausgleichsschiene PAS und Erdungsleitung 2 einerseits, sowie Nu leiter 6 andererseits ist nur mit einer Funken- strecke 3 versehen, nicht aber mit dem Parallelzweig aus Varistor 4 und Überwachungs- sowie Abschaltvorrichtung 5.
Es können Vorsicherungen 11 vorgesehen sein, die jedoch bei dem Einsatz von Funkenstrecken gemäß Patent 29 34 238 nicht erforderlich sind (siehe oben).
Als Beispiel auf das die Erfindung aber nicht beschränkt ist seien bei Verwendung von Funkenstrecken nach Patent 29 34 238 folgende elektrische Daten genannt: Netzspannung: 220 / 360 V Vorsicherung 11: z. 0. 50 A Parallelzweig Varistor und Überwachungseinrichtung: ausgelegt für Stoßströme 8/20 von 5kA, entsprechend etwa 0,1 As und 500 J/# Luft-Gleitüberschlags- ausgelegt für Stoßströme Funkenstrecke : 100 kA, mit etwa 10 As und 500 kJ/# Fig. 3 zeigt das Diagramm einer Strom (I)-Spannungs(U)-Kennlinie eines Varistors. Dabei bezeichnet 12 die normale ordnungsgemäl3e Kennlinie während die Linien 13 und 14 Kennlinien eines geschädigten Varistors sind der bereits bei kleineren Spannungen unzulässig hohe Ströme durchläßt. In einem solchen Fall schaltet die Überwachungs einrichtung 5 den schadhaften Varistors 4 ab. Dies kann thermisch mittels eines Lotes gescheien, das bei entsprechender Erwärmung des Varistor schmilzt (siehe z. B. Fig.
4 und folgende) . Auch könnte dies durch eine elektrisch auslösende Sicherung hzw. einen Sicherungsautomaten erfolgen (nicht dargestellt), der so einzustellen ist daß er den Varistorleckstron im mA-Bereich abschaltet.
Durch die Abschaltung nur des Varistors bleibt die Schutzfunktion des Gerätes durch die Funkenstrecke erhalten.
Zur Kontrolle der Varistorabschaltung kann eine Anzeigevorrichtung (optisch oder akustisch) vorgesehen sein, die im Beispiel der Fig. 1 schematisch mit 6 angedeutet ist und beim öffnen die Abschaltung des Varistors 4 durch die Abschaltvorrichtung 5 in dem die Teile 4, 5 aufweisenden Parallelzweiges anzeigt. Die Funktionsfähigkeit dieser Anzeige kann durch eine Prüftaste 7 kontrolliert werden. In der drei-poligen Schaltung nach Fig. 2 können solche Überwachungs- und Kontrollvorrichtungen selbstverstündlich auch vorhanden sein, nur sind sie zur Vereinfachung dr Zeichnung in Fig. 2 nicht dargestellt. Es wird aber hierzu auf die Fig. 4 und folgende verwiesen.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 - 7 zeigt eine konstruktive Ausführung nach der Erfindung mit einem Gehäuse oder Grundgestc3ll 1 15 aus isolierendem Werkstoff, drei Leitungsschienen 1 die von den bügelartigen Anschlußklemmen 16' für die Leitungen L1, L2 L3 bzw. 1 zu den Halteschrauben 16 für die Verbindung mit den Funkenstrecken 17 - 19 führen. Ferner ist eine vierte Leitungsschiene 8' zwischen einer bügelartigen Anschlußklemme 15' für den Nulleiter 8 und einer Halteschraube 16 sowie einem Anschluß 20 für die Erdleitung 2 mit PAS vorgesehen. Die Leitun.gsschiene 8' führt daher betriebsmäßig keine Spannung. Die Leitungsschienen 1 und 8' sind jeweils als geradlinige mit den auftretenden Strömen belastbare, n der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung blitzstromtragfähige Leitungen entsprechenden Querschnittes und mit entsprechend stabilen Halteschrauben und Anschlüssen 1G, 15' ausgebildet. Die Leitungsschienen, Anschlußklemmen und Halteschrauben sind so ausgeführt daß sie die auftretende elektrodynamische Beanspruchung eines Stromes, insbesondere Blitzstromes von z. B. 500 kJ/# aushalten.
Unterhalb der Halteschrauben 16 befinden sich die bevorzugt blitzstromtragfähigen Funkenstrecken mit Elektrode 17. Isolierstück 16 und gemeinsamer Erdungsplatte 1. Dabei ist das Isolierstück 18 mit einem umlaufenden Ringbund 18' versehen, der die jeweilige Elektrode 17 von der Erdungsplatte 19 isoliert. Dcr sich dabei Di llieniie Lichtbogen der Glei@-entladung ist mit 18" beziffert (siehe Fig. 7). Die Halte schraube 16 durchsetzt das Isolierstück 16 urd ist in das Grundgestell 15 aus isolierendem Werkstoff eingeschraubt, so daß kein Überschlag von der Halteschraube l6 zu der Erdurlgsplatte 19 erfolgen kann.
Die Potentialausgleichsschiene bzw. die Erdleitung 2 wird an die Klemme 20, die ebenfalls bügelartig ausgebildet ist, angeschlossen. Zwischen den Leitungsschienen 1' und der Erdungsplatte 19 liegt jeweils ein Parallelzweig bestehend aus Varistor 4 und Überwachungs- und Anschaltvorrichtung 5, 6 und 7, wobei die Teile 4, 5 räumlich neben den Leitungsschienen 1' liegen. Die Varistoren 4 befinden sic platzsparend nebeneinander. Dabei ist mit 5 die Lotstelle bezeichnet die die Varistorkontaktierung 25 und den hiermit verbundenen leitenden Teil 21 mit einer Feder 22 elektrisch verbindet. Die Feder 22 ist bei 23 an die betreffende Leitungsschiene 1' angeschlossen, während 24 eine zusätzliche von den Leitungen 1 isolierende mechanische Defest igung darstellt. Tritt ein unzulässig hoher Leckstrom auf dem Wege 23, 22, 5, 21, 25 und 4 gegen 19 auf, so schmilzt die Lotstelle 5 und die Feder 22 bewegt sich aufgrund ihrer Eigenspannu in Pfeilrichtung 22' bis sie an Kontakt '6 anliegt. Di Schmelztemperatur des genannten Lots kann z. B: 100 C betragen. Der Kontaktteil 26 ist auch in der Prinzipschaltung nach Fig. 1 eingetragen. Hierdurch wird die Trennung dieses Varistors 4 über 5 durch 6 angezeigt. Die Tasteinrichtung 7 ist in den Figuren 5,6 ersichtlich. Ihr Stift 7' tastet bei dieser Kontrolle die über die Feder 22 und den Anschluß 23 dem Teil 21 zugeführte Netzspannung ab, die in nicht ausgelöster Stellur1g gemäß Fig. 5 an der Varistorkontaktierung 25 ansteht, bei geöffneter Lotverbindung 5, jedoch durch die Feder 22 abgeschaltet wird.
Das Gerät nach den Fig. 4 bis 7 kann sehr raumsparend untergebracht werden, wobei llan die scheibenförmigen Varistoren 4 parallel zu den @eitungsschienen 1' anordnet.
Dabei können die beiden oberen zu den Leitungen L1, L2 gehörenden Varistoren 4 unmittelbar aneinander liegen und über einen gemeinsamen Erdkontakt 4' mit der Erdungsschiene 19 verbunden werden.
- Ansprüche - Leerseite

Claims

Patent- und Schutzansprüche: Überspannungsschutzgerr3't bestehend aus mindestens einem Varistor und einer dazu elektrisch parallel geschalteten, bevorzugt blitzstromtragfähigen Funkenstrecke, die als Luft-Gleit-Überschlags-Funkenstrecke ausgebildet sein kann, deren Luftüberschlagsstelle sich außerhalb deren Elektroden befindet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Varistor (4) enthaltenden Zweig der Parallelschaltung eine Überwachungseinrichtung (5) ür die einhaltung der Strom-Spannungskennlinie (12) des Varitors und Abschaltung des Varistors im entsprechenden Fehlerfall vorgesehen ist.
2. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Abschalteinrichtung (5) als thermisch beeinflußbare, auf eine entsprechende Erwärmung durch einen Leckstrom des Varistors (4) hin abschaltende Vorrichtung ausgebildet ist.
3. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überwachungs- und Abschalteinrichtung (5) als bei entsprechender Wärmebelastung sich trennende Lotverbindung ausgebildet ist.
4. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da in eine auf einen bestimmten Leckstrom des Varistors einstellbare und von diesem auslösbare elektrische Sicherung oder Sicherungsautomat vorgesehen ist.
5. Überspannungsschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung (5),die bei einem Abschalten des den Varistor (4) enthaltenden Paralleizweiges durch die Überwachungs- und Abschaltvorrichtung (5) von dieser eingeschaltet wird.
6. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine von Hand betätigbare Kontrolle, z. B.

Prüftaste (7), der Anzeigevorrichtung (6).
7. Überspannungsschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnut, daß in einem Gehäuse oder Grundgestell (15) pro Phase eine gerade verlaufende, thermisch und dynamisch entsprechend strombelastbare, bevorzugt blitzstromtragfähige Leitungsschiene (1 8') vorgesehen ist, wobei diese Leitungsschiene der die Funkenstrecke (3) enthaltende Parallelzweig oder ein Teil dieses Zweiges ist, daß sich im Verlauf oder an Ende dieser Leitungsschiene die Funkenstrecke (3; bzw. 17, 18 1Y) befindet und daß der zugehörige Varistor (4) räumlich neben der zugehörigen Leitungsschiene liegt.
6. Überspannungsschutzgerät noch e indem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrphasigen Gerät die Phasenleitungen und einer PEN-Leitung parallel nebeneinander liegen wobei aber nur den Phase-nleitungen ein Varistor mit Überwachungs- und Abschalteinrichtung parallel geschaltet ist.
9. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der scheibenförmigen Varistoren (4) parallel zu den @eitungsschienen (1') verlaufen.
10. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistoren (4) zweier nebeneinander liegender Leitungsschienen (1 ) unmittelbar aneinander liegen.
11. Überspannungsschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Varistor (4) enthaltenden Zweig der Parallelschaltung eire Feder (22) über eine Lotstelle (5) am Varistor (4) angebracht und mit diesem elektrisch in Reihe geschaltet ist und aß die Feder (22) eine mechanische Eigenspannung aufweist, die sie nach AuFtrennen der Letstelle (5) in eine Anzeigestellung bewegt.
12. Überspannungsschutzgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse oder Grundgestell (15) ein Kontakt (26) der Anzeigevorrichtung (6) angebrapht ist, an dem die der (22) nach dem Auslösen anliegt und daß am Gehäuse ferner die Kontrollvorrichtung, z. B. ein Betätigungsknopf (7) mit Kontaktstift (7'), vorgesehen @ ist, der in Betätigungsstellung bei noch nicht ausgelöster Feder diese und den genannten Kontakt (26) überbrückt.