DE3632224A1

DE3632224A1 - Vorrichtung zur ueberwachung von in einen stromkreis integrierten varistoren

Info

Publication number: DE3632224A1
Application number: DE19863632224
Authority: DE
Inventors: Ernst-Guenther Ing Grad Jordan
Original assignee: Obo Bettermann OHG
Current assignee: Obo Bettermann OHG
Priority date: 1986-09-23
Filing date: 1986-09-23
Publication date: 1988-04-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Über wachung von in einen Stromkreis integrierten, insbe sondere scheibenförmigen Varistoren.

Eine Schutzschaltung der hier interessierenden Art ist beispielsweise aus der DE-PS 31 09 883 bekannt. Weiter ist in der älteren Patentanmeldung P 35 13 230.2-35 ein Überspannungsschutzgerät hier interessierender Art beschrieben.

Bei Überspannungsschutzgeräten werden neben Funken strecken auch Varistoren (nicht lineare Widerstände) eingesetzt.

Im Falle eines Defektes können Varistoren unter schiedliche Zustände annehmen.

So können Sie beispielsweise niederohmig werden, das heißt, es fließt ein hoher Strom, der den vorge schalteten Sicherungsautomaten auslöst.

Sie können aber auch so hochohmig werden, daß, wie bei einer tatsächlichen Unterbrechung, überhaupt kein Strom fließt. Der hier interessierende, besonders nachteilige Fall tritt jedoch ein, wenn, was eben falls passieren kann, sich ein Fehlerstrom zwischen diesen beiden Extremzuständen einstellt, das heißt, der Strom noch nicht zum Auslösen des Sicherungs automaten reicht, der Varistor aber erheblich auf geheizt wird. Hierbei besteht trotz flammwidrigem Kunststoffgehäuse erhebliche Brandgefahr. Zumindest aber können durch eingeschmolzene Gehäuseöffnungen spannungsführende Teile berührbar werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gattungsgemäßer zu schaffen, bei der im letztge schilderten Fehlerfall der Stromfluß durch den Varistor unterbrochen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß auf mindestens einer Scheibenseite jedes Varistors ein bei unzulässiger Erwärmung des Varistors sich volumenvergrößerndes Element ange ordnet ist, daß dem Element ein in den Stromkreis des Varistors eingeschalteter Schalter zugeordnet ist und daß die Volumenvergrößerung dem Schaltweg zum Öffnen des Schalters entspricht.

Durch diese Ausbildung wird sichergestellt, daß dann, wenn durch den Varistor ein Strom fließt, der zwar noch nicht zum Auslösen des Sicherungsauto maten reicht, der aber den Varistor unzulässig auf heizt, durch diese Temperaturentwicklung das Element sich im Volumen erheblich vergrößert, wobei der durch Volumenvergrößerung erzeugte Weg als Schalt weg für den in den Stromkreis des Varistors einge schalteten Schalter genutzt wird, so daß eine Unter brechung dieses Stromkreises erfolgt.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Vari storen Bestandteil einer Überspannungsschutzschaltung sind.

Insbesondere ist vorteilhaft, daß die Überspannungs schutzschaltung Bestandteil eines Überspannungs schutzgerätes ist.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Schalter im Hauptstromkreis der Überspannungsschutzschaltung angeordnet ist, bzw. daß der Schalter im Neben stromkreis der Überspannungsschutzschaltung ange ordnet ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung stellt sicher, daß die zusätzlich benötigten Teile sehr preis günstig sind und äußerst einfach zu installieren sind. Im übrigen ist vorgesehen, daß nur ein öffnender Kontakt in den Hauptstromkreis gelegt wird, um nicht in Punkte mit unterschiedlichem Potential eingreifen zu müssen. Der öffnende Kontakt trennt entweder nur die Schutzschaltung oder auch das zu schützende Gerät im Störungsfall von der Stromzufuhr ab. Die Erkennbarkeit des Fehlers ist dann vereinfacht, wenn der Schalter im Hauptstrom kreis der Überspannungsschutzschaltung angeordnet ist, da die Nichtfunktion des angeschlossenen Gerätes sofort darauf hinweist, daß das Über spannungsschutzgerät defekt ist. Als Material für das Element kann vorteilhafterweise Gieß harz mit Treibmittel verwendet werden. Bei einer derartigen Gestaltung können Temperaturen ab 60°C zu einer Volumenvergrößerung und damit zu einer funktionsgerechten Schaltung führen. Als Material kommt beispielsweise auch Polyurethan in Betracht.

Allerdings handelt es sich bei einem solchen Material nicht um eine Brandschutzmasse.

Besonders vorteilhaft und bevorzugt ist, daß das Element aus Natriumsilikat besteht. Dieses Material ist eine Brandschutzmasse, wobei das Natriumsilikat mit gebundenem Wasser bei ca. 120°C mit einer Volumens vergrößerung reagiert, die bis zur 5-fachen Ursprungs dicke reicht. Dabei wird ein Druck von bis zu 4 bar erzeugt, der auf jeden Fall zur Betätigung eines Öffners des elektrischen Schalters ausreicht. Zudem schützt dieser Werkstoff das Gehäuse des Überspannungsschutzgerätes dadurch, daß das ge bundene Wasser verdampft, so daß die Außenkonturen bzw. das Gehäuse des Gerätes, welches üblicherweise aus Thermoplast besteht, nicht überhitzt und damit nicht beschädigt wird. Es liegt also ein tatsächlicher Brandschutz zusätzlich vor.

Darüber hinaus sind auch unter der Bezeichnung "Fomox" der Firma Bayer AG Leverkusen, Brandschutz massen bekannt, die vorteilhaft zum Einsatz kommen können.

Allerdings reagieren diese Brandschutzmassen erst bei 230°C, was nachteilig sein kann, anderer seits sind sie aber unempfindlich gegen Luft feuchtigkeit, was vorteilhaft ist.

Da Natriumsilikat gegen Unwelteinflüsse empfindlich ist, insbesondere gegen einwirkendes Kohlen dioxyd, ist es vorteilhaft, wenn das Element mit Epoxydharz ummantelt ist.

Beispielsweise können die Natriumsilikatplättchen mit Epoxydharz auf Varistoren geklebt und getaucht werden, so daß dadurch gleichzeitiger Schutz gegen Umwelteinflüsse, also gegen Kohlendioxyd, als auch eine sichere Isolierung gewährleistet ist, insbe sondere die Isolierung von Varistor zu Varistor bei mehreren nebeneinander angeordneten Varistoren. Insbesondere hierzu ist vorteilhaft, daß die Elemente unmittelbar auf die Scheibenflächen des Varistors geklebt sind, wobei das eine Element sich mindestens mittelbar gehäuseseitig ab stützt und das andere Element an ein scheibenförmiges Isolierstück angelegt ist, welches auf der dem Element abgewandten Seite einen Schaltstift zur Betätigung des Schutzschalters aufweist.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß im Gehäuse des Über spannungsschutzgerätes ein Sichtfenster ausgebildet ist, durch welches das Isolierstück bei volumenver größertem Element, also in der Offenstellung des Schalters, sichtbar ist.

Hierdurch wird eine optische Signalisierung des Fehlerzustandes realisiert, die es dem Benutzer erleichtert, zu erkennen, daß ein Fehlerfall vor liegt.

Dies ist insbesondere für den Fall von Interesse, daß der Schalter im Nebenstromkreis der Varistoren angeordnet ist, so daß der Hauptstromkreis, der zum Gerät führt, nicht unterbrochen wird, sofern ein Fehler bei einem Varistor auftritt.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, daß der Varistor um den durch Volumenvergrößerung des Elementes er zeugten Weg beweglich gehaltert ist.

Realisiert wird dies konkret dadurch, daß die An schlußdrähte eines jeden Varistors eine gewisse Länge haben, so daß der Varistor sich innerhalb ausreichender Toleranzen veranlaßt durch das Aus dehnen des Elementes bewegen kann.

Bei der üblichen Mehrfachanordnung von Varistoren bei Überspannungsschutzgeräten ist bevorzugt vorge sehen, daß mehrere Varistoren mit zueinander parallelen Scheibenflächen in einem formstabilen Bügel oder Gehäuse jeweils unter Zwischenlage eines Elementes angeordnet sind, wobei sich endseitig das letzte Element am Gehäuse oder Bügel abstützt, das vorderste Element aber am Schaltstück anliegt. Sofern bei dieser Ausbildung ein Varistor fehlerhaft ist, so reicht die Ausdehnung des Elementes infolge Temperaturanstieges des Varistors aus, die jeweils anderen Elemente und gegebenenfalls die anderen Varistoren im Sinne des Schaltweges zu verschieben, so daß der Schaltvorgang dennoch mittels eines einzigen Schalters ausgeführt werden kann.

Eine Variante ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltstück aus Isolierstoff messerartig ausgebildet ist und bei Volumenvergrößerung des Elementes einen Sicherungsstreifen, der in die zu überwachende strom führende Leitung eingeschaltet ist, durchtrennt.

Hierbei ist vorgesehen, daß das Schaltstück nicht lediglich einen elektrischen Öffnerschalter betätigt, sondern daß das Schaltstück selbst einen durchtrenn baren Sicherungsstreifen oder dergleichen durchtrennt, so daß die erwünschte Stromkreisunterbrechung erreicht ist.

Hinsichtlich der von außen sichtbaren Signalisierung eines Fehlerzustandes bzw. des Funktionszustandes ist vorteilhaft, daß das Isolierstück zweifarbig, insbesondere rot und grün, ausgebildet ist, wobei in der Normalstellung der grüne Teil, in der Schaltstellung nach Volumenvergrößerung aber der rote Teil durch das Sichtfenster sichtbar ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungs beispielen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine prinzipielle Schaltungsanordnung einer Überspannungsschutzschaltung;

Fig. 2 eine Variante einer solchen Schaltung;

Fig. 3 eine Einzelheit in prinzipieller Dar stellung;

Fig. 4 eine Variante in gleicher Ansicht;

Fig. 5 bis 7 weitere Varianten in gleicher Dar stellung.

Die Schaltschemen gemäß Fig. 1 und 2 stellen prinzipiell Überspannungsschutzgeräte dar, die mittels Steckverbindungen an zu schützende Geräte 1 bzw. an die Zuleitungen L, N und PE ange schlossen werden können. Mit L ist der Phasen leiter, mit N der Nulleiter und mit PE der Schutz leiter bezeichnet.

Die beiden Schaltschemen unterscheiden sich im wesentlichen nur dadurch, daß bei Fig. 1 ein Öffnerschalter 2 im Hauptstromkreis angeordnet ist, so daß bei einem Defekt eines Varistors die Stromzufuhr zu dem geschützten Gerät 1 unter brochen wird. Demgegenüber ist bei der Ausführungs form gemäß Fig. 2 der Öffnerschalter 2 so ange ordnet, daß bei Betätigung dieses Schalters ledig lich der Stromfluß über die Varistoren unter brochen ist, jedoch der Phasenleiter L zum Gerät weiterhin funktionstüchtig ist.

In der Schaltung sind mit 3 drei Varistoren be zeichnet während mit 4 eine Funkenstrecke be zeichnet ist.

Die Überspannungsschutzschaltung für elektrische Anlagen ist im wesentlichen so ausgebildet, daß zwischen dem Phasenleiter und dem Nulleiter ein erster und ein zweiter hochbelastbarer Zinkoxyd- Varistor 3 in Reihe geschaltet ist, daß zwischen dem Phasenleiter und dem Nulleiter ein weiterer hochbelastbarer Zinkoxyd-Varistor geschaltet ist und der Verbindungspunkt des ersten und zweiten Zinkoxyd-Varistors über eine Funkenstrecke 4 an den Schutzleiter gelegt ist. Die konkrete Schaltungs anordnung ist in Praxis natürlich so gestaltet, daß der Öffnerschalter 2 durch die durch die Er wärmung der Varistoren 3 im Störfall sich ergebende Ausdehnung der Elemente, die nachstehend noch be schrieben werden, geschaltet wird.

In den Fig. 3 bis 7 sind verschiedene prinzi pielle Anordnungsmöglichkeiten gezeigt. Gemäß Fig. 3 ist ein Öffnerschalter 2 vorgesehen, dessen einer beweglicher Kontakt durch eine sich gehäuseseitig abstützende Feder 5 geschlossen gehalten wird. Auf der der Feder abgewandten Seite des beweglichen Kontaktstückes des Schalters 2 ist ein Isolierstück 6 mit einem Schaltstift 7 angeordnet, wobei das Isolierstück 6 auf der dem Schaltkontakt abgewandten Seite flächig ausgebildet ist. Auf dieser Fläche liegt ein sich bei unzulässiger Erwärmung des Varistors volumenvergrößerndes Element 8 an, auf dessen anderer flächiger Seite der scheibenförmig ausgebildete Varistor 3 anliegt. Auf dessen anderer Seite ist wiederum ein weiteres Element 8 ange ordnet, welches sich mit seiner freien Fläche ge häuseseitig abstützt. Sofern der Varistor 3 die kritische Störung aufweist, so fließt über den Varistor ein Fehlerstrom, der nicht zum Auslösen eines Sicherungsautomaten reicht, aber den Varistor erheblich aufheizt. Durch die Aufheizung des Varistors vergrößern sich die Elemente 8 im Volumen erheblich, wobei diese Volumenvergrößerung ausreicht, um das Isolierstück 6 mit dem Schalt stift 7 in der Zeichnung nach rechts zu bewegen, so daß der bewegliche Kontakt des Öffnerschalters 2 vom festen Kontakt entgegen der Kraft der Feder 5 abgehoben wird. Dieser Schaltzustand ist durch ein Sichtfenster 9 im Gehäuse 10 auch optisch zu erkennen, da durch das Sichtfenster dann nicht mehr der Schaltstift 7, sondern das beispielsweise rot ausgebildete Isolierstück 6 sichtbar ist. Entsprechend der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wäre in diesem Falle der Stromkreis unterbrochen und das ange schlossene Gerät 1 nicht mehr betriebsbereit. Im Falle der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 wäre der Störfall hinsichtlich des Varistors beseitigt, so daß dieser sich nicht weiter aufheizen könnte, das Gerät 1 bliebe aber funktionstüchtig, wobei natürlich die Schutzschaltung unwirksam wäre.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist prinzipiell ähnlich aufgebaut, wobei drei Varistoren mit zueinander parallelen Scheibenflächen in einem formstabilen Bügel 11 oder dergleichen jeweils unter Zwischenlage eines Elementes 8 angeordnet sind. Das letzte Element 8 (in der Zeichnung oben) stützt sich am Bügel 11 unmittelbar ab, während das vorderste Element (in der Zeichnung unten) unmittelbar am Isolierstück 6, welches das Schaltstück bildet, anliegt.

Die Variante gemäß Fig. 5 soll lediglich zeigen, daß das Isolierstück 6 mit Schaltstift 7 unterhalb eines Gehäusesichtfensters 9 angeordnet ist, wobei das Isolierstück in der Normalstellung zwar sichtbar ist, aber nur dessen zum Beispiel grün eingefärbter Be standteil 6′, während in der Fehlerstellung der andere Bestandteil des Isolierstückes 6, nämlich der linksliegende rote Bestandteil 6′′ sichtbar ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist prinzipiell dargestellt, daß das Isolierstück 6 mit einem messer artig ausgebildeten Schaltfinger 7 versehen sein kann, welcher Schaltfinger in der Fehlerstellung des Isolierstückes 6 einen Sicherungsstreifen 12 durch trennt und somit den entsprechenden Stromkreis öffnet. In der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 7 ist eine Variante dargestellt, bei der drei Varistoren 3 jeweils über zwei Elemente 8 sich einerseits am Gehäuseteil 10 und andererseits am einen Ende fest gelegten Spannband 13 abstützen.

Sofern ein Varistor schadhaft ist und die entsprechenden Elemente 8 sich im Volumen vergrößern, so wird das Spannband angespannt, so daß dessen am beweglichen Kontaktstück 14 befestigtes Ende das Schaltstück 14 von dem feststehenden Schaltstück 15 des Öffner schalters 2 entgegen der Federkraft 5 abhebt.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

1. Vorrichtung zur Überwachung von in einen Stromkreis integrierten, insbesondere scheibenförmigen Varistoren, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Scheibenseite jedes Varistors (3) ein bei unzu lässiger Erwärmung des Varistors (3) sich volumen vergrößerndes Element (8) angeordnet ist, daß dem Element (8) ein in den Stromkreis des Varistors (3) eingeschalteter Schalter (2) zugeordnet ist und daß die Volumenvergrößerung dem Schaltweg zum Öffnen des Schalters (2) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Varistoren (3) Bestandteil einer Überspannungs schutzschaltung sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Überspannungsschutzschaltung Bestandteil eines Überspannungsschutzgerätes ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (2) im Hauptstromkreis der Überspannungsschutzschaltung angeordnet ist (Fig. 1).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (2) im Nebenstrom kreis der Überspannungsschutzschaltung angeordnet ist (Fig. 2).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) aus Gießharz mit Treibmittel besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) aus Natriumsilikat besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) mit Epoxydharz ummantelt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (8) unmittelbar auf die Scheibenflächen des Varistors (3) geklebt sind, wobei das eine Element (8) sich mindestens mittel bar gehäuseseitig abstützt und das andere Element (8) an ein scheibenförmiges Isolierstück (6) angelegt ist, welches auf der dem Element (8) abgewandten Seite einen Schaltstift (7) zur Betätigung des Schutz schalters (2) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß im Gehäuse (10) des Überspannungsschutz gerätes ein Sichtfenster (9) ausgebildet ist, durch welches das Isolierstück (6) bei volumenvergrößertem Element also in der Offenstellung des Schalters (2) sichtbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (3) um den durch Volumenvergrößerung des Elementes (8) erzeugten Weg beweglich gehaltert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Varistoren (3) mit zueinander parallelen Scheibenflächen in einem formstabilen Bügel (11) oder Gehäuse jeweils unter Zwischenlage eines Elementes (8) angeordnet sind, wobei sich end seitig das letzte Element (8) am Gehäuse oder Bügel (11) abstützt, das vorderste Element (8) aber am Schaltstück (6) anliegt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltstück (6) aus Isolier stoff messerartig ausgebildet ist und bei Volumen vergrößerung des Elementes (8) einen Sicherungs streifen (12), der in die zu überwachende strom führende Leitung eingeschaltet ist, durchtrennt (Fig. 6).

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstück (6) zweifarbig, insbesondere rot und grün, ausgebildet ist, wobei in der Normal stellung der grüne Teil (6′) in der Schaltstellung nach Volumenvergrößerung aber der rote Teil (6′′) durch das Sichtfenster (9) sichtbar ist.