DE4042237A1 - Steckbarer ueberspannungsableiter fuer elektrische anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen steckbaren Überspannungs­ ableiter für elektrische Anlagen, bestehend aus einem quaderförmigen Gehäuseteil mit insbesondere an den Schmalseiten austretenden Kontaktschienen bzw. -messern und innenliegend angeordneten Varistoren als Über­ spannungsschutzelement sowie gegebenenfalls Defekt­ anzeige an der schmalen Gehäusekopfseite, wobei die Flächenerstreckung des Varistors gering kleiner als die lichte Gehäuseweite ist und die Dicke des Varistors erheblich geringer ist als der lichten Gehäusetiefe entspricht.

Ein derartiger Überspannungsableiter ist aus der DE 36 39 533 A1 bekannt.

Dabei kommen Metallvaristoren zum Einsatz, beispiels­ weise Zinkoxidvaristoren einer Stoßstromfestigkeit von 40 kA. Zur Absicherung gegen Überspannungen ist im IEC-Report, Publikation 664 eine Aufgliederung in verschiedene Kategorien vorgeschlagen. Die Kategorie IV betrifft die Einspeisung einschließlich des Haus­ anschlußkastens, wobei dort davon ausgegangen wird, daß dann, wenn ein Gebäude mit einer Blitzschutzanlage versehen ist, gemäß VDE 0185 auch die Starkstromzu­ leitung über Überspannungsschutzgeräte an die Poten­ tialausgleichsschiene anzuschließen ist. Dieser Blitz­ schutz-Potentialausgleich soll die Hausinstallionen bei direkten Blitzeinschlägen schützen. Als Über­ spannungsschutzgerät wird bisher in dieser Instal­ lionskategorie IV eine Kombination von parallel ge­ schalteten Metalloxidvaristoren und blitzstromtrag­ fähigen Funkenstrecken eingesetzt. Aus dem Aufsatz "Isolationskoordination in Niederspannungsanlagen auch bei Blitzeinschlägen", etz Band 110 (1989), Heft 2, Seite 64 bis 66, ist auf die Problematik der Installationskategorie IV eingegangen worden.

Es ist dort zwar unter bestimmten Bedingungen auch schon ausgesagt, daß der Blitzschutzpotentialaus­ gleich in der Kategorie IV auch mit Varistoren realisierbar ist. Jedoch wird dies als im Ergebnis nicht brauchbare Lösung angesehen und im Gegensatz dazu vorgeschlagen, Funkenstrecken als Blitzstrom­ ableiter in der Kategorie IV mit einer adaptierten Entlastungsschaltung zu versehen, die aus einer koordinierten Induktivität in Serie mit dem Vari­ stor besteht. Dieser Vorschlag basiert auf der Überlegung, daß die Begrenzung der Überspannungen infolge von Ferneinschlägen durch die Schutzelemente in der Kategorie III ohne Ansprechen des Blitzstrom­ ableiters in der Kategorie IV nicht sichergestellt werden kann, wenn die Leitungsimpedanz zwischen der Kategorie III und IV zu hoch ist. Bei dem Denkmodell gemäß IEC-Report, Publikation 664, wird davon aus­ gegangen, daß die Überspannungsableiter, die in der Kategorie IV ein gesetzt werden, eine Ansprech­ spannung aufweisen, die nur wenig unterhalb 6 KV liegt, aber deutlich über 4 KV liegt, entsprechend der Kategorie III.

Die Kategorie III wird mit den eingangs beschriebenen vorbekannten Überspannungsableitern abgesichert, die allein aus Varistoren bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Über­ spannungsableiter für die Kategorie IV zu schaffen, der bei einfachem Aufbau in übliche Gehäuseformen der Art gemäß DE 36 39 533 A1 unterzubringen sind und nach dem dort beschriebenen Installationssystem an­ geschlossen werden können.

Voraussetzung zum Einsatz von Varistoren als Über­ spannungsableiter in der Kategorie IV ist, daß diese entsprechend stoßstromfest ausgebildet sind. Es sind zwischenzeitlich von der Firma Siemens Metalloxidvaristoren bekannt, die grundsätzlich die Bedingungen der Leistungskategorie IV erfüllen.

Beispielsweise handelt es sich dabei um Metalloxid­ varistoren, die eine Stoßstromfestigkeit von 70 kA besitzen. Die Anordnung eines derartigen Über­ spannungsableiters am Installationspunkt der Leistungskategorie IV würde dazu führen, daß auf die weitere Anordnung von Überspannungsableitern in der Kategorie III verzichtet werden könnte, da die Absicherung schon über den in Kategorie IV installierten Überspannungsableitern erfolgen kann. Problematisch ist dabei aber, daß diese sehr leistungsfähigen Varistoren eine große Flächen­ erstreckung aufweisen, so daß sie nicht in den üblichen Gehäuseformen gemäß DE 36 39 533 A1 unterzubringen sind.

Zur Lösung der oben bezeichneten Aufgabe wird vorgeschlagen, daß als Überspannungsschutzelement ein Paket von parallel zu­ einander angeordneten Varistoren gleicher Abmessung (Fläche und Dicke) und gleicher Stoßstromfestigkeit von insbesondere 40 kA im Gehäuse angeordnet ist, wobei die Varistoren elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.

Es ist zwar an sich bekannt, daß zur Erhöhung der Strombelastbarkeit Metalloxidvaristoren parallel geschaltet werden, wobei im Stand der Technik allerdings davon ausgegangen wird, daß dies nur für speziell ausgemessene Typen sinnvoll ist. Weil dies sehr aufwendig ist, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, anstelle von Parallelschaltungen lieber eine größere Varistorscheibe einzusetzen. Wird beispielsweise eine doppelt so große Scheibe eingesetzt, so ergibt die doppelte Fläche ein ver­ doppeltes Ableitvermögen.

Demgegenüber macht sich die Erfindung die Erkenntnis zu Nutze, daß eine Selektion nicht erforderlich ist, weil bei hohen Stoßstrombelastungen (beispielsweise Blitzeinschlag) das Potential des zuerst leitenden Varistors angehoben wird, so daß dann auch der nächste oder die nächsten Varistoren leitend werden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht es, das Paket der Varistoren der Größe des an sich für Über­ spannungsableiter der Kategorie III benutzten Ge­ häuses anzupassen, so daß auch dieses Paket in diesem Gehäuse unterzubringen ist. Dies bedeutet, daß bei gleicher Gehäuseform und gleichen Installationsunter­ teilen entsprechende steckbare Überspannungsableiter gefertigt werden können, bei denen zudem auch die bisher üblichen Varistoren Verwendung finden können, allerdings in paketartiger Vielfachanordnung.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, daß das Paket aus drei Varistoren mit quadratischer Fläche besteht.

Um eine besonders kompakte Bauform zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß zwischen den einander benachbarten Flächen der Varistoren und auf den dazu parallelen Außenflächen der äußeren Varistoren Kontaktbleche be­ festigt sind, wobei jeweils abwechselnd zwei nicht unmittelbar benachbarte, sondern durch zwei Varistoren voneinander beabstandete über eine außenliegende elek­ trische Brücke verbunden sind.

Dabei ist vorteilhaft, daß jede Brücke über Cu-Litze jeweils mit einer Kontaktschiene bzw. einem Kontakt­ messer verbunden ist.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, daß jeder Varistor eine Stoßstrombelastbarkeit von 40 kA aufweist und eine Abmessung (Länge × Breite × Dicke) von 34 × 34 × 2,8 mm besitzt.

Bevorzugt ist ferner, daß das Gehäuse eine Abmessung (Länge × Breite × Dicke) von etwa 45 × 47 × 18 mm be­ sitzt.

Desweiteren ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Paket von Varistoren in Vergußmasse im Gehäuse eingebettet ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung hat zur Folge, daß eine komplette Installationseinheit für den not­ wendigen vierpoligen Anschluß aus vier Blöcken von jeweils drei Varistoren besteht, deren maximale Leistungsaufnahme 10 Asec bei 100 kA beträgt. Jeder einzelne Varistor ist dabei aber nur mit 0,83 Asec belastet, so daß ein möglicherweise auftretendes Überspannungsereignis (Blitzeinschlag) nicht zu einer Zerstörung eines Varistors führt, sondern diese Über­ spannung ohne weiteres über die Varistoren abgeleitet werden kann. Der weitere Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Kombination ergibt, ist der, daß bei lnstallation einer derartigen Kombination von Überspannungsableitern am Installationspunkt der Installationskategorie IV eine zusätzliche Absicherung in der Installationskategorie III nicht mehr erfolgen muß, da die Ansprechspannung der Ableiter in In­ stallationskategorie IV derjenigen Spannung der Ab­ leiter in Kategorie III entspricht. Dabei sind auch die sich aus unterschiedlichen Leitungsimpedanzen ergebenden Problem erledigt, so daß es beispielsweise nicht der zusätzlichen Anordnung einer koordinierten Induktivität in Serie mit einem Varistor bedarf.

Um den Überspannungsableiter hinsichtlich seiner Her­ stellung und Funktion noch zu vereinfachen und zu verbessern, wird vorgeschlagen, daß die aus Cu-Scheiben bestehenden Kontaktbleche als elektrische Brücken angeformte Materialstreifen aufweisen, die paarweise, ihrer Polung entsprechend quer zur Flächenerstreckung der Kontaktbleche abgebogen, aufeinandergefügt und im Überdeckungsbereich miteinander verbunden sind.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß zwei der Materialstreifen zueinander abgebogen sind.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß zwei der Materialstreifen gleichgerichtet abgebogen sind und über die Seitenrandkante des Varistorpaketes hinaus­ ragend enden, wobei der überragende Bereich den An­ schluß für thermische Überwachungsmittel bildet.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird nicht nur eine elektrische Kopplung der nebeneinander ange­ ordneten Varistoren erreicht, sondern es wird zusätz­ lich eine thermische Kopplung erreicht, indem die Kupferscheiben über angeformte Materialbrücken mit­ einander verbunden sind, welche Brücken auch als An­ bindung für die thermische Überwachung genutzt werden können. Die thermische Überwachung ist der an sich bekannten Defektanzeige zugeordnet, so daß bei Erreichen einer bestimmten Temperatur der Anzeiger der Defektanzeige sich lösen kann und in die Defekt­ position unter Einwirkung von Federkräften oder der­ gleichen überführt wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Einen steckbaren Überspannungsableiter in Draufsicht;

Fig. 2 eine vierpolige Ausführung einer kompletten Überspannungsableitereinheit;

Fig. 3 einen in Einbaustellung befindlichen steck­ baren Überspannungsableiter im Schnitt ge­ sehen;

Fig. 4-6 Pakete von Varistoren in unterschied­ licher Ansicht;

Fig. 7 ein zum Einbau in einen Überspannungs­ ableiter vorgesehenes Paket von Varistoren in Ansicht;

Fig. 8 desgleichen von oben gesehen;

Fig. 9 desgleichen im Schnitt III-III der Fig. 7 gesehen.

Fig. 10 die Einzelheit x der Fig. 9 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 11 die Einzelheit y der Fig. 8 in ebenfalls vergrößerter Darstellung.

Die Installationseinheit besteht im wesentlichen aus einem etwa U-förmigen Gehäuseunterteil 1 mit Kontakt­ zungen 2 oder auch Kontaktzungenpaaren, die innerhalb hohler Schenkel 3 des Gehäuseunterteils befestigt sind und mit Schraubklemmen 4 in Verbindung stehen.

Der steckbare Überspannungsableiter selbst besteht aus einem etwa quaderförmigen Gehäuseteil 5 mit an dessen Schmalseiten 6 austretenden Kontaktschienen bzw. Kontaktmessern 7, die hochkant angeordnet sind, so daß die Schmalseite in Einschubrichtung verläuft, wie dies aus den Figurendarstellungen ersichtlich ist. Mit den Kontaktschienen 7 sind die im Gehäuse­ oberteil 5 angeordneten Überspannungsschutzelemente 8, auf die später noch näher eingegangen wird, elek­ trisch verbunden. Als Überspannungsschutzelemente kommen Metalloxidvaristoren zum Einsatz. Mit diesen Varistoren ist eine Defektanzeige verbunden, die ebenfalls im Gehäuseoberteil 5 angeordnet ist.

Das insgesamt hohle Unterteil 1 aus Isolierstoff, insbesondere Kunststoff, weist eine Basis 9 auf, die gegebenenfalls zum Einsatz auf Hutprofile von Unter­ verteilungen oder Hauptverteilungen ausgeformt sein kann. Die Schenkel des Unterteils sind etwa quader­ förmig ausgebildet, wobei diese Schenkel 3 aus der der Basisfläche abgewandten Stirnseite ausmündende, zueinander offene Schlitzführungen 10 aufweisen. Die Kontaktschienen des Gehäuseoberteiles sind in diese Schlitze bzw. Schlitzpaare einschiebbar, wobei im Einschubweg die Kontaktzungen des Gehäuseunterteils angeordnet sind, so daß durch das Einschieben der elektrische Kontakt zwischen den entsprechenden Bau­ teilen hergestellt wird. Oberhalb der Kontaktschienen 7 sind noch Ansätze 13 an das Gehäuse 5 angeformt, die eine Berührung der Kontaktschienen 7 in der Betriebsstellung mittels eines Werkzeuges oder der­ gleichen ausschließen lassen. Wie aus Fig. 2 er­ sichtlich, ist das Gehäuseunterteil mit mehreren, parallel zueinander und mit Abstand voneinander ange­ ordneten Schlitzführungspaaren versehen, wobei der Abstand etwa gleich der Breite der Gehäuseteile 5 ist, um eine kompakte Bauform sicherzustellen. Die Defektanzeige 11 ist in den Fig. 1 und 2 nur schematisch dargestellt. Sie ist unter der nach oben weisenden Stirnfläche 12 des Gehäuseoberteils ange­ ordnet.

Der Aufbau gemäß Fig. 1 bis 3 entspricht im wesent­ lichen dem aus der DE 36 39 533 A1 vorbekannten Bau­ art. Insbesondere ist die gleiche Baugröße dieser Bauelemente auch gemäß der Erfindung beibehalten. Allerdings ist gemäß der Erfindung als Überspannungs­ schutzelement 8 ein Paket von parallel zueinander angeordneten Varistoren 14 vorgesehen, wobei die Varistoren 14 gleiche Abmessung (Fläche und Dicke) und gleiche Stoßstromfestigkeit von 40 kA aufweisen. Die Varistoren 14 sind parallel zueinander geschaltet, wobei das Paket aus drei Varistoren 14 mit quadra­ tischer Fläche besteht. Zwischen den einander benach­ barten Flächen der Varistoren 14 und auf den dazu parallelen Außenflächen der äußeren Varistoren 14 sind Kontaktbleche 15, 16 angeordnet, die jeweils flächig mit den Kontaktflächen der Varistoren 14 elektrisch verbunden (beispielsweise verlötet) sind. Jeweils abwechselnd sind zwei nicht unmittelbar be­ nachbarte, sondern durch zwei Varistoren 14 von­ einander beabstandete Kontaktbleche 15, 15 bzw. 16, 16 über eine außenliegende elektrische Brücke 17, 18 verbunden. Jede Brücke 17, 18 ist über Kupfer­ litzen 19, 20 jeweils mit einer Kontaktschiene 7 ver­ bunden. Jeder Varistor 14 hat eine Abmessung (Länge × Breite × Dicke) von 34 × 34 × 2,8 mm, was auch der üblichen Dimension des im Stand der Technik gemäß DE 36 39 533 A1 zum Einsatz kommenden Varistor ent­ spricht. Das Gehäuse hat auch die vorbekannte übliche Abmessung von etwa 45 × 47 × 18 mm. Innerhalb des Gehäuses ist das Paket der Varistoren 14 in Verguß­ masse eingebettet. Durch die erfindungsgemäße Aus­ bildung ist es möglich, unter Beibehalt der bisher üblichen Gehäusegröße und unter Beibehalt der bisher üblichen Gehäuseunterteile steckbare Überspannungs­ ableiter zu schaffen, die ein der Kategorie IV ent­ sprechendes Ableitvermögen besitzen.

Insbesondere ist es auch möglich, anstelle der aus der DE 36 39 533 A1 bekannten Gehäuseform andere übliche Gehäuseformen anderer Hersteller mit ent­ sprechenden Leistungspaketen von Varistoren zu bestücken, so daß auch dort bei bisher üblichen Gehäuseformen kleiner steckbarer Überspannungs­ ableiter ein erheblich größeres Ableitvermögen erzeugt werden kann.

Gemäß Fig. 7 bis 11 besteht das Überspannungs­ schutzelement aus einem Paket von parallel zuein­ ander angeordneten Varistoren 14, die parallel zu­ einander geschaltet sind. Zwischen den einander benachbarten Flächen der Varistoren 14 und auf den dazu parallelen Außenflächen der äußeren Varistoren 14 sind aus Kupferscheiben bestehende Kontaktbleche 15, 16 angeordnet, die jeweils flächig mit den Kontakt­ flächen der Varistoren 14 elektrisch verbunden, bei­ spielsweise verlötet sind. Jeweils abwechselnd sind zwei nicht unmittelbar benachbarte, sondern durch zwei Varistoren 14 voneinander beabstandete Kontakt­ bleche 15, 15 bzw. 16, 16 über eine außenliegende elektrische Brücke 17 bzw. 18 miteinander verbunden. Jede dieser Brücken 17 bzw. 18 ist durch an die Kontaktbleche 15 bzw. 16 angeformte Materialstreifen gebildet, welche Materialstreifen paarweise, ihrer Polung entsprechend, quer zur Flächenerstreckung der Kontaktbleche 15, 16 abgebogen, aufeinandergefügt und im Überdeckungsbereich miteinander verbunden sind. Dies ist insbesondere aus den vergrößerten Dar­ stellungen deutlich ersichtlich.

Zwei der Materialstreifen (Einzelheit y) sind zueinander hin abgebogen, so daß sie nicht über die Seitenrandkanten des Varistorpaketes hinausragen. Die beiden anderen Materialstreifen (Einzelheit x) sind gleichgerichtet zueinander abgebogen und enden über die Seitenrandkante des Varistorpaketes hinaus­ ragend. Dieser überragende Bereich kann zum Anschluß für thermische Überwachungsmittel genutzt werden. Die erfindungsgemäße Ausbildung ist konstruktiv einfach und funktionell äußerst sicher. Zudem wird hierdurch die thermische Kopplung der Varistoren über die Kupfer­ scheiben und die darin angeformten Materialrücken vorzüglich erreicht, so daß ein sicheres Ansprechen der gegebenenfalls abgebundenen thermischen Überwachung gewährleistet ist.

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

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

Claims (10)

1. Steckbarer Überspannungsableiter für elektrische Anlagen, bestehend aus einem quaderförmigen Gehäuse­ teil mit insbesondere an den Schmalseiten austretenden Kontaktschienen bzw. -messern und innenliegend ange­ ordneten Varistoren als Überspannungsschutzelement sowie gegebenenfalls Defektanzeige an der schmalen Gehäusekopfseite, wobei die Flächenerstreckung des Varistors gering kleiner als die lichte Gehäuseweite und die Dicke des Varistors erheblich geringer ist als der lichten Gehäusetiefe entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß als Überspannungsschutzelement (8) ein Paket von parallel zueinander angeordneten Varistoren (14) gleicher Abmessung (Fläche und Dicke) und gleicher Stoßstromfestigkeit von ins­ besondere 40 kA im Gehäuse (5) angeordnet ist, wobei die Varistoren (14) elektrisch parallel zueinander geschaltet sind.

2. Steckbarer Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paket aus drei Varistoren (14) mit quadratischer Fläche besteht.

3. Steckbarer Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander benachbarten Flächen der Varistoren (14) und auf den dazu parallelen Außenflächen der äußeren Varistoren (14) Kontaktbleche (15, 16) befestigt sind, wobei jeweils abwechselnd zwei nicht unmittel­ bar benachbarte, sondern durch zwei Varistoren (14) voneinander beabstandete über eine außenliegende elektrische Brücke (17, 18) verbunden sind.

4. Steckbarer Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Brücke (17, 18) über Cu-Litze (19, 20) jeweils mit einer Kontaktschiene (7) bzw. einem Kontaktmesser verbunden ist.

5. Steckbarer Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Varistor (14) eine Stoßstrombelastbarbeit von 40 kA aufweist und eine Abmessung (Länge × Breite × Dicke) von 34 × 34 × 2,8 mm besitzt.

6. Steckbarer Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) eine Abmessung (Länge × Breite × Dicke) von etwa 45 × 47 × 18 mm besitzt.

7. Steckbarer Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Paket von Varistoren (14) in Vergußmasse im Gehäuse (5) eingebettet ist.

8. Steckbarer Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Cu-Scheiben bestehenden Kontaktbleche (15, 16) als elektrische Brücken (17, 18) an­ geformte Materialstreifen aufweisen, die paar­ weise, ihrer Polung entsprechend quer zur Flächen­ erstreckung der Kontaktbleche (15, 16) abgebogen, aufeinandergefügt und im Überdeckungsbereich mit­ einander verbunden sind.

9. Steckbarer Überspannungsableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei der Materialstreifen (z. B. bei 17) zueinander abge­ bogen sind.

10. Steckbarer Überspannungsableiter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Materialstreifen (z. B. bei 18) gleichgerichtet abgebogen sind und über die Seitenrandkante des Varistorpaketes hinausragend enden, wobei der überragende Bereich den Anschluß für thermische Überwachungsmittel bildet.