DE3890896C2 - Überspannungsschutzvorrichtung für einen länglichen Anschlußblock mit mehreren Verbindungsklemmen - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet von Überspannungsschutzvorrichtungen für Anschlussblöcke. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Überspannungsschutzvorrichtung für derartige Anschlussblöcke, die mehrere einzelne isolierte Verbindungsklemmen zum Verbinden von mehreren elektrischen Leitern und mindestens eine Erdelektrode und mehrere Schutzelektroden umfassen, die voneinander isoliert und mit zwischen ihnen angeordneten Funkenluftspalten angeordnet sind. Die Überspannungsschutzvorrichtung ist als Blitzschutz für Leitungsnetze verwendbar, die einer Überspannung in der Größenordnung von 10 kV oder mehr standhalten.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Es ist allgemein bekannt, Überspannungsschutzvorrichtungen der unterschiedlichsten Art für den Schutz von Leitungsnetzen und damit verbundene Ausrüstung gegen Überspannungen, die unter anderem durch Blitz bewirkt werden, zu verwenden. Unterschiedliche Arten der Überspannungsschutzvorrichtung zur Verbindung an unterschiedlichen Punkten eines Leitungsnetzes sind bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, Überspannungs­ schutzvorrichtungen mit mehreren Inertgasröhren in Kassetten an Anschlussblöcken in Anschlussschränken zu montieren.

Derartige Überspannungsschutzvorrichtungen funktionieren im allgemeinen gut und haben eine nominale Gleichstromüberschlagsspannung in der Größenordnung von 300-600 V. Ein Nachteil derartiger Schutzvorrichtungen ist, dass sie in einigen Fällen verhältnismäßig teuer sein können.

Es ist seit langem bekannt, Funkenluftspalte in Über­ spannungsschutzvorrichtungen vorzusehen. Derartige Spalte können billig, zumindest wenn die Toleranzen nicht zu eng sind und die Spalte nicht zu kurz sind, hergestellt werden.

In der DE 34 15 369 C2 ist eine Anschlussleiste für Kabel der Fernmeldetechnik beschrieben. Der Überspannungsschutz wird hierbei durch eine Grobfunkenstrecke mit Funkenluftspalt zwischen einer Erdschiene und den Anschlusselementen realisiert.

Aus der DE 34 30 922 A1 ist ein Überspannungsableiter- und Stromsicherungs-Magazin für Anschlusskontakte bekannt. Dieses Magazin sieht einen Überspannungsschutz zwischen einem Anschlusskontakt und einer Erdschiene vor.

In der Fernsprechtechnik ist es üblich, Leitungspaare zur Übermittlung von Signalen zu verwenden. In Leitungspaaren mit im allgemeinen gleicher Ausdehnung können Überspannungen gleichzeitig in beiden Leitern des Paares in Beziehung zur Erde oder zwischen diesen Leitern auftreten. Es ist daher in einer Überspannungsschutzvorrichtung für die mit dem Leiterpaar verbundene Ausrüstung wünschenswert, dass ein Überspannungsschutz an jedem der Leiter des Paares in Beziehung zur Erde als auch ein Schutz gegenüber Spannungen an jedem Leiter in Beziehung zu dem anderen des Paares vorgesehen ist.

Anschlussblöcke in Leitungsnetzen sind normalerweise für die elektrische Verbindung von mehreren ersten Leitern mit ihren individuellen zweiten Leitern ausgebildet. In der Fern­ sprechtechnik sind beispielsweise längliche Anschlussblöcke mit in Reihen angeordneten Verbindungsklemmen zum Verbinden von zehn Paaren von Eingangsleitern mit zehn Paaren von Ausgangsleitern angeordnet. In einem derartigen Fall können zwischen benachbarten Leitern unterschiedlicher Paare Überspannungen auftreten, so dass eine Notwendigkeit besteht, den Anschlussblock und die andere Ausrüstung gegen derartige Überspannungen zu schützen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bis zum heutigen Zeitpunkt bestand ein Problem darin, zuverlässige Überspannungsschutzvorrichtungen für derartige Anschlussblöcke, die mehrere voneinander isolierte Verbindungsklemmen zur Verbindung von mehreren elektrischen Leitern aufweisen, einfach und billig herzustellen, wobei die Überspannungsschutzvorrichtungen eine im wesentlichen geringere Gleichstromüberschlagsspannung als die Spannung haben, bei der normalerweise in dem Anschlussblock ein Funkenüberschlag statt findet. Schutzvorrichtungen, die Inertgasröhren verwenden, sind in gewissen Fällen als zu teuer angesehen worden, wohingegen Schutzvorrichtungen mit Funkenluftspalten sich als zu unzuverlässig und schwierig als auch bzw. oder in der Herstellung teuer erwiesen haben.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Überspannungsschutzvorrichtung zu schaffen, die ausreichend zuverlässig, einfach und billig herzustellen ist, und die für Anschlussblöcke und Kabel der modernen Art gut geeignet ist.

Die entsprechenden Merkmale einer Überspannungsschutzvorrichtung und bevorzugte Ausführungsformen davon ergeben sich aus den unabhängigen und abhängigen Ansprüchen. Etwas vereinfacht kann gesagt werden, dass die Überspannungsschutzvorrichtung auf dem Luftspaltprinzip basiert, d. h. die Schutzvorrichtung umfasst mindestens eine Erdelektrode zur Verbindung mit einem Erdleiter und mehrere Schutzelektroden zur Verbindung mit Verbindungsklemmen des Anschlussblocks, wobei die Erdelektrode und die Schutzelektroden voneinander isoliert und mit dazwischenliegenden Luftspalten bzw. Funkenluftspalten angeordnet sind, die für eine nominale Gleichstromüberschlagsspannung der Schutzvorrichtung bestimmt sind. Gemäß der Erfindung sind die Erdelektrode und die Schutzelektroden in der Überspannungsschutz­ vorrichtung so eingebaut und relativ zueinander angeordnet, dass die nominale Gleichstromüberschlagsspannung zwischen der Erdelektrode und den Schutzelektroden im wesentlichen ebenso groß wie die nominale Gleichstromüberschlagsspannung zwischen der jeweiligen Schutzelektrode und mindestens einer benachbarten Schutzelektrode ist.

Die nominale Gleichstromüberschlagsspannung ist erfindungsgemäß zwischen einer Schutzelektrode und einer Erdelektrode für mindestens die Mehrzahl der Schutzelektroden im wesentlichen ebenso groß wie die nominale Gleichstromüberschlagsspannung zwischen der jeweiligen Schutzelektrode und mindestens einer benachbarten Schutzelektrode, während die nominale Gleichstrom­ überschlagsspannung zwischen der jeweiligen Schutzelektrode und weiter entfernt angeordneten Schutzelektroden wesentlich größer ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Überspannungsschutz­ vorrichtung sind die Schutzelektroden in Reihen angeordnet, und die nominale Gleichstromüberschlagsspannung zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Schutzelektroden in einer Reihe ist ebenso groß wie die nominale Gleichstromüberschlagsspannung zwischen den Schutzelektroden und der Erdelektrode.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Überspannungsschutz­ vorrichtung für längliche Anschlussblöcke mit in Reihen angeordneten Verbindungsklemmen ist die Erdelektrode länglich in der Längsrichtung des Anschlussblocks ausgebildet, und die Schutzelektroden, gesehen in Längsrichtung der Erdelektrode, sind auf einer Seite der Erdelektrode angeordnet.

Die Erdelektrode und die Schutzelektroden sind aus einer Metalllegierung hergestellt, die eine Nickelbeschichtung aufweist, auf der eine Zinnschicht aufgebracht ist, zumindest in den Zonen, in denen ein Funkenüberschlag stattfindet.

Die Luftspalte zwischen der Erdelektrode und den Schutzelektroden als auch zwischen den Schutzelektroden selbst haben vorzugsweise mindestens eine Länge von 0,6-0,8 mm.

Die nominale Gleichstromüberschlagsspannung beträgt vorzugsweise 4 kV.

Die Verwirklichung einer Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der Erfindung hat hinsichtlich der Kosten, der Herstellung und der Zuverlässigkeit Vorteile, wobei diese Vorteile insbesondere bei den bevorzugten Ausführungsformen deutlich werden. Der primäre und vielleicht wichtigste Vorteil besteht darin, dass die Funkenluftspalte, die die nominale Gleichstromüberschlagsspannung bestimmen, im Verhältnis zur maximal erlaubten Spannung zwischen Paaren von Leitern im Anschlussblock verhältnismäßig groß gemacht werden können, d. h. etwa 0,6-0,8 mm für etwa 4 kV. Dies beruht darauf, dass der Funkenluftspalt zwischen benachbarten Schutzelektroden, die mit benachbarten Verbindungsklemmen im Block verbunden sind, im wesentlichen so groß sind wie der Funkenluftspalt zwischen der Erdelektrode und der entsprechenden Schutzelektrode, wodurch ein Funkenüberschlag in der Schutzvorrichtung gleichförmig sowie einfach zwischen zwei Schutzelektroden als auch zwischen einer Schutzelektrode und einer Erdelektrode stattfindet.

Die verhältnismäßig großen Funkenluftspalte gestatten die Herstellung und Einpassung der Elektroden mit verhältnismäßig großen Toleranzen. Das Herstellen und Einpassen der Elektroden in eine Überspannungsschutzvorrichtung mit verhältnismäßig großen Funkenluftspalten und großen Toleranzen ist im wesentlichen billiger als die entsprechende Herstellung mit Funkenluftspalten, die klein sind oder kleine Toleranzen aufweisen. Wenn die Erdelektrode länglich ist, und wenn die Schutzelektroden mit ihren Luftspalten, die die nominale Gleichstromüberschlagsspannung bestimmen, nur auf einer Seite der Erdelektrode angeordnet sind, können die Erdelektrode und die Schutzelektroden auf besonders einfache Weise verwirklicht und billig hergestellt werden.

Die verhältnismäßig großen Funkenluftspalte vermindern das Risiko von Kurzschlussbrücken über die Spalte durch das Material der Elektroden in Verbindung mit dem Funkenüberschlag. Dieses Risiko wird besonders klein, wenn die Elektroden aus einer Metalllegierung mit einer Nickelbeschichtung hergestellt werden, auf die eine Zinnschicht aufgebracht wird. Die Zuverlässigkeit der Überspannungsschutzvorrichtung wird auf diese Weise erhöht.

Weitere Vorteile einer Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der Erfindung werden für einen Fachmann nach dem Studium der vorliegenden Beschreibung und der bevorzugten Ausführungsformen einer derartigen Schutzvorrichtung deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen an einem geerdeten Blockhalter befestigten Anschlussblock und eine mit dem Anschlussblock verbundene Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt, wie die Schutzelektroden in einer Über­ spannungsschutzvorrichtung elektrisch mit den Verbindungs­ klemmen im Anschlußblock gemäß Fig. 1 verbunden werden können.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform und eine bevorzugte Verwirklichung einer länglichen Erdelektrode und der Schutzelektroden in einer länglichen Überspannungsschutz­ vorrichtung, gesehen in der Längsrichtung derselben.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform und eine bevorzugte Verwirklichung einer länglichen Erdelektrode und der Schutzelektroden in einer länglichen Überspannungsschutz­ vorrichtung, gesehen von einer langen Seite derselben.

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform und eine bevorzugte Verwirklichung einer länglichen Erdelektrode und der Schutzelektroden in einer länglichen Überspannungs­ schutzvorrichtung, gesehen von oben, d. h. in Richtung des Anschlußblocks.

BESTE ART DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt einen Anschlußblock 1, der an einem geerdeten Blockhalter 2 angebracht ist. Der Block ist von der bekannten Art, die von Ericsson Network Engineering unter der Typenbezeichnung NER 25101 auf den Markt gebracht wird oder der in der Veröffentlichung DE 38 90 562 T1 beschrieben ist. Der Halter ist von der Art, wie er von Ericsson Network Engineering unter der Typenbezeichnung NBH 12301 auf den Markt gebracht wird.

Mit dem Anschlußblock ist eine Überspannungsschutzvorrichtung 3 verbunden. Letztere hat eine längliche äußere Form mit ungefähr den gleichen Außenabmessungen, wie sie eine bekannte Überspannungsschutzvorrichtung aufweist, die von Ericsson Network Engineerung unter der Typenbezeichnung NFD 25111 auf den Markt gebracht wird. Zur Verbindung der Überspannungs­ schutzvorrichtung 3 wird die Unterseite der Schutzvorrichtung von oben in den Anschlußblock in ähnlicher Weise wie zur Verbindung der bekannten Überspannungsschutzvorrichtung NFD 25111 gedrückt.

Die Überspannungsschutzvorrichtung umfaßt eine längliche Erdelektrode 4 und mehrere Schutzelektroden 5, die an einem Schutzkörper aus elektrischisolierendem Kunststoff befestigt sind. An der Oberseite des Schutzkörpers weist die Schutz­ vorrichtung einen Kunststoffdeckel 7 auf. Zur Verbindung der Erdelektrode mit Erdleitern oder dem Blockhalter hat die Überspannungsschutzvorrichtung zwei Kontakte 8, die sich vom Boden des Schutzkörpers an jedem Ende der Überspannungs­ schutzvorrichtung nach unten erstrecken. Die Kontakte 8 sind auf diese Weise in ähnlicher Weise wie die entsprechenden Kontakte bei der bekannten Überspannungsschutzvorrichtung NFD 25111 angeordnet.

Der Schutzkörper und der Deckel sind in den Fig. 2-5 nicht dargestellt, die lediglich die Erdelektrode und die Schutzelektroden zeigen, um deutlicher die Form der Elektroden, ihre Anordnung und Ausrichtung in Beziehung zueinander darzustellen. Die Erdelektrode 4 ist länglich und, abgesehen von ihren Endabschnitten, hat sie im wesentlichen die Form einer geraden Leiste mit rechtwinkligem Querschnitt. An jedem Ende dieser Elektrode sind End­ abschnitte, die die Kontakte 8 umfassen.

Der Anschlußblock 1 dient für die Verbindung von bis zu 20 Eingangsleitern 9 mit bis zu 20 Ausgangsleitern 10. Der Anschlußblock weist in Reihen angeordnete und voneinander isolierte Verbindungsklemmen 11 zum Verbinden der Leiter auf.

Jede Verbindungsklemme besteht aus zwei Teilen 11a und 11b. Die Überspannungsschutzvorrichtung hat 20 Schutzelektroden 5, die zur Verbindung mit jeweils einer Verbindungsklemme durch Eingriff gegenüberliegender Seiten eines Arms des Teils 11a angeordnet sind.

Die Schutzelektroden sind gleich und bestehen jeweils aus einem im wesentlichen leistenähnlichen Längsabschnitt 12, der sich gerade durch den Schutzkörper erstreckt. Im länglichen Abschnitt ist ein Schlitz für den Arm des Verbinderteils 11a vorgesehen. Jede Schutzelektrode umfaßt weiter einen im wesentlichen U-förmigen Abschnitt 13 von im wesentlichen der gleichen Dicke wie der Längsabschnitt. Der U-förmige Abschnitt 13 ist mit dem länglichen Teil 12 an einem Arm 14 verbunden. Die Form des U-förmigen Abschnitts wird vorzugsweise durch Umbiegen eines geraden leistenförmigen Abschnitts erreicht.

Die Schutzelektroden sind an dem Kunststoffschutzkörper so befestigt, daß ihre länglichen Abschnitte sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, und so, daß diese Abschnitte in einer Reihe in Längsrichtung der Über­ spannungsschutzvorrichtung an einer Seite der Erdelektrode angeordnet sind. Zusätzlich sind die Schutzelektroden in dem Kunststoffschutzkörper so befestigt, daß die U-förmigen Abschnitte frei und in einer Reihe in Längsrichtung der Überspannungsschutzvorrichtung mit im wesentlichen parallelen Armen 14 und 15 angeordnet sind, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsrichtung der Schutzvorrichtung ausgerichtet sind. Die Stege 16 der U-förmigen Abschnitte sind im wesentlichen gerade und im wesentlichen parallel zueinander und zur Erdelektrode 4 auf einer Seite dieser Elektrode ausgerichtet.

Der Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Schutz­ elektroden ist der Abstand zwischen dem Arm 14 der einen und dem Arm 15 der anderen Elektrode. Dieser Abstand ist für alle Elektroden im wesentlichen gleich. Der Mindestabstand zwischen den Erdelektroden und einem Teil einer Schutz­ elektrode, der nicht vollständig durch den Schutzkörper abgedeckt ist, ist der Abstand zwischen dem Steg 16 und der Erdelektrode. Dieser Abstand ist im wesentlichen für alle Schutzelektroden gleich und im wesentlichen ebenso groß wie der Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Schutz­ elektroden und kann vorzugsweise 0,6-0,8 mm betragen. Die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung zwischen der Erdelektrode und irgendeiner Schutzelektrode ist somit im wesentlichen so groß wie die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung zwischen der Schutzelektrode und mindestens einer anderen Schutzelektrode. Die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung beträgt vorzugsweise etwa 4 kV.

Die Schutzelektroden und die Erdelektrode haben vorzugsweise an den gegenüberliegenden Rändern eine etwas abgerundete Form, um Feldkonzentrationswirkungen zu vermeiden. Um das Risiko zu vermeiden, daß das Elektrodenmaterial wandert und sich zwischen den Elektroden Brücken bilden, werden die Elektroden aus einer Zinn-Bronze-Legierung hergestellt, die mit Nickel beschichtet ist und mit einer Schicht aus Zinn versehen ist, zumindest in den Zonen der Elektroden, wo der Abstand zwischen ihnen am geringsten ist. Die gesamten Elektroden sind jedoch vorzugsweise nickelbeschichtet und mit einer Zinnschicht versehen.

Um den Abstand der Erdelektrode und der U-förmigen Abschnitte festzulegen, können letztere Aussparungen 17 an ihren oberen Rändern aufweisen, und der Deckel 7 weist an seiner Unter­ seite einen Versteifungsflansch auf, der zum Eingriff in diese Aussparung ausgebildet ist.

Die Erfindung ist nicht auf Überspannungsschutzvorrichtungen beschränkt, die vollständig denen in den Fig. 1-5 gezeigten entsprechen, oder auf Überspannungsschutz­ vorrichtungen, die lediglich mit dem bekannten Anschlußblock NER 25101 verwendet werden können. Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzvorrichtung kann in vorteilhafter Weise ebenfalls bei anderen länglichen Anschlußblöcken mit in Reihen für mehrere Leiter angeordnete Verbindungsklemmen verwendet werden.

Claims (8)

1. Überspannungsschutzvorrichtung (3) für Anschlussblöcke (1) mit
mehreren voneinander isolierten Verbindungsklemmen (11) zum Verbinden mehrerer elektrischer Leiter (9, 10),
mindestens einer Erdelektrode (4) zum Verbinden mit einem Erdleiter (4),
mehreren Schutzelektroden (5) zum Verbinden mit den Verbindungsklemmen (11) des Anschlussblocks (1),
wobei die Erdelektrode (4) und die Schutzelektroden (5) in der Schutzvorrichtung voneinander isoliert und mit zwischen der Erdelektrode (4) und den Schutzelektroden (5) sowie zwischen den Schutzelektroden (5) liegenden Funkenluftspalten angeordnet sind, welche für die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung der Schutzvorrichtung bestimmend sind,
und wobei die Erdelektrode (4) und die Schutzelektroden (5) relativ zueinander in der Schutzvorrichtung so geformt und angeordnet sind, dass die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung zwischen der Erdelektrode (4) und den Schutzelektroden (5) im wesentlichen ebenso groß wie die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung zwischen der jeweiligen Schutzelektrode (5) und mindestens einer benachbarten Schutzelektrode (5) ist, während die nominale Gleichstrom- Überschlagsspannung zwischen der jeweiligen Schutzelektrode (5) und weiter entfernt angeordneten Schutzelektroden (5) wesentlich größer ist.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung etwa 4 kV beträgt.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Funkenluftspalt zwischen der Erdelektrode (4) und den Schutzelektroden (5) und der Funkenluftspalt zwischen den Schutzelektroden (5) untereinander mindestens eine Länge von 0,6-0,8 mm aufweist.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdelektroden (4) und die Schutzelektroden (5) aus einer Metalllegierung hergestellt sind, die eine Nickel­ beschichtung aufweist, auf der eine Zinnschicht aufgebracht ist, zumindest in den Zonen, in denen ein Funkenüberschlag stattfindet.

5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzelektroden (5) in Reihen angeordnet sind und die nominale Gleichstrom-Überschlagsspannung zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Schutzelektroden (4) in einer Reihe ebenso groß wie die nominale Gleichstrom- Überschlagsspannung zwischen den Schutzelektroden (5) und der Erdelektrode (4) ist.

6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 für einen länglichen Anschlussblock (1) mit in Reihen angeordneten Verbindungsklemmen (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Erdelektrode länglich in der Längsrichtung des Anschlussblocks (1) ausgebildet ist, und dass die Schutzelektroden (5), gesehen in Längsrichtung der Erd­ elektrode (4), auf einer Seite der Erdelektrode angeordnet sind.

7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzelektroden (5) einen länglichen Abschnitt (12) und einen mit einem Ende des länglichen Abschnitts verbundenen, im wesentlichen U-förmigen Abschnitt (13) umfasst, und der U-förmige Abschnitt zwei im wesentlichen flache, parallele Arme (14, 15) und einen im wesentlichen flachen Steg (16) zwischen den Armen aufweist.

8. Schutzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Abschnitt einen Schlitz zum Einsetzen in eine zum Anschlussblock gehörende Verbindungsklemme (11) aufweist.