DE4203041C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Spannungssicherung für elektrische Anlagen
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, edelgasgefüllte Überspannungsableiter als Sicherung gegen
über Überspannungen einzusetzen. Innerhalb eines
isolierenden, üblicherweise aus Keramik oder aus Glas bestehenden Gehäuses
sind mit Abstand einander gegenüberliegend zwei Elektroden angeordnet. An
einander gegenüberliegenden Stirnflächen des Gehäuses können für einen
Anschluß innerhalb einer elektrischen Anlage sich in axialer Richtung
von dem Gehäuse erstreckende Gewindestifte ausgebildet sein. Es können
aber auch Anschlüsse durch Anlage der Stirnflächen des Gehäuses an ent
sprechend ausgebildeten Kontaktstücken gebildet werden.
Die Wirkungsweise derartiger Überspannungsableiter ist derart, daß beim Auf
treten einer eine vorgegebene Ansprechspannung
überschreitenden Überspannung ein
Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden auftritt. Die Seitenwandung des im
allgemeinen zylinderförmig ausgebildeten Gehäuses kann durch den Lichtbo
gen zerstört werden. Unter dem Einfluß des unter einem hohen Druck stehen
den Edelgases kann es dabei zu einem explosionsartigen Bersten der Seiten
wandung kommen. Dadurch kann kurzfristig die Ausbildung des für eine sichere
Ableitung der Überspannung notwendigen Lichtbogens
unterstützt werden. Andererseits führt die Zerstörung des Gehäuses jedoch
dazu, daß das Edelgas, wie auch infolge der Erwärmung durch den Lichtbogen
geschmolzene Teile der Elektroden nach außen austreten können. Der Austritt
von Elektrodenteilen kann die Ausbildung einer gut leitenden Verbindung zwi
schen den beiden Elektroden beeinträchtigen. Es kann dadurch nämlich eine
für eine sichere Ableitung des Ableitstroms einer Überspannung zu einer Erdung wün
schenswerte Ausbildung einer Schweißverbindung zwischen den beiden Elek
troden zumindest behindert werden. Zum anderen kann der Austritt von
Elektrodenmaterial und Edelgas zu einer Beeinträchtigung der Umwelt mit
Schadstoffen führen.
Es ist weiter bekannt, bei einem Überspannungsableiter mit plattenförmigen
Funkenstreckenelektroden und mit spannungsabhängigen Widerständen die
Widerstände ringförmig auszubilden und die Elektroden innerhalb eines Hohl
raumes, der durch die Widerstände gebildet wird, anzuordnen und mit Gießharz
festzulegen (DE-PS 8 18 665).
Es ist weiter ein Überspannungsableiter für Hochspannungsanlagen bekannt
(DE-PS 7 39 248), bei dem ein Ableiter mit zwei Funkenstreckenelementen in
einem Porzellangehäuse mit einem durchgehenden hohlzylinderförmigen In
nenraum angeordnet ist. Jedes der Funkenstreckenelemente ist in einem ge
schlossenen Gehäuse untergebracht, in dem jeweils eine Anzahl von Schalt
funkenstrecken angeordnet ist. Die Gehäuse werden jeweils über Federn in ih
rer Lage gehalten und es sind zwischen den beiden Funkenstreckenelementen
ventilartig wirkende, poröse Blöcke angeordnet.
Es ist ferner bei einer Funkenstreckenanordnung für Überspannungsableiter
bekannt (DE-PS 7 59 498), die beiden Elektroden jeweils einer Einzelfunken
strecke so auszubilden und zusammen mit einem Isoliermaterial so anzuord
nen, daß infolge einer örtlichen Feldverdichtung Vorentladungen entstehen, die
das Hauptentladungsgebiet zwischen den Elektroden beeinflussen können. Die
bekannten Überspannungsableiter sind relativ aufwendig hinsichtlich ihres
Aufbaus und ihres Einsatzes. Diese Überspannungsableiter sind weiterhin
darauf gerichtet, daß mehrere Einzelfunkenstrecken im wesentlichen gleichen
Aufbaus hintereinander geschaltet sind; Angaben betreffend die Anordnung
eines edelgasgefüllten Überspannungsableiters innerhalb eines Paares von
Außenelektroden sind nicht enthalten.
Es ist ein weiterer, gattungsgemäßer Überspannungsableiter aus der DE-AS
19 22 823 bekannt, welcher einen mit einer Funkenstrecke versehenen Über
spannungsableiter aufweist. Ab einer gewissen Größe der Überspannung ent
steht in dem Überspannungsableiter ein Lichtbogen, welcher zu einer Erwär
mung des gesamten Überspannungsableiters und damit einer Weichlotpille
führt, wodurch diese Weichlotpille schmilzt und dadurch ein mit einer Feder
vorgespanntes Kontaktstück mit einem Rand eines elektrisch leitenden Ge
häuseteils zwecks einer widerstandsarmen Ableitung des elektrischen Stroms
in Kontakt treten kann. Jedoch hat sich dieser Kontaktquerschnitt als zu klein
erwiesen und der unkontrollierte Stromfluß über das Gehäuse als nicht wün
schenswert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Spannungs
sicherung mit einem Überspannungsableiter so weiterzubilden, daß in einfach
auszubildender und einzusetzender Weise auch längerfristig ein Lichtbogen
aufrechterhalten bzw. ein guter Kontakt zum Ableiten
einer Überspannung bzw. des aufgrund der Überspannung auftretenden hohen Ableitstromes gegeben ist und daß ein Austritt von geschmolzenem
Elektrodenmaterial zumindest weitgehend vermieden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Nach der Erfindung ist der Überspannungsleiter in einer Aufnahme zwischen
einer ersten Außenelektrode und einer zweiten Außenelektrode angeordnet.
Die Außenelektroden weisen jeweils einen Verbindungsflansch auf und sind
über ihre beiden Verbindungsflansche aneinander befestigt. Die Stirnflächen
der Verbindungsflansche sind hierbei einander zugewandt. Zwischen den
Stirnflächen ist eine Isolierscheibe angeordnet zur elektrischen Trennung der
Flansche und damit der beiden Außenelektroden voneinander. Wird die
Seitenwandung des Überspannungsableiters durch den beschriebenen
Lichtbogen zerstört, sieht die Erfindung vor, daß sich die einander
gegenüberliegenden Stirnseiten der Verbindungsflansche und damit die
Außenelektroden miteinander verschweißen. Die Isolierscheibe ist derart
materialbeschaffen, daß sie bei der Verschweißung der beiden
Außenelektroden aufgrund eines Lichtbogens verbrennt. Somit stört sie bei
ansprechender Spannungssicherung den Schweißvorgang in keinster Weise
und ermöglicht eine gute elektrische Kontaktierung zwischen den beiden
Außenelektroden. Hierbei werden die einander zugewandten Stirnflächen der
beiden Verbindungsflansche zumindest teilweise miteinander verschweißt. Die
Ausgestaltung der Verbindungsflansche läßt eine Anpassung der
Schweißfläche an die Stärke und die Einwirkdauer des Lichtbogens zu. Damit
ist auch ein an die jeweilige Höhe des Ableitstromes angepaßter,
elektrisch leitender Durchgangsquerschnitt zwischen den beiden Elektroden
gegeben.
Die einstückige Herstellung der Verbindungsflansche mit der jeweiligen
Außenelektrode und des jeweiligen Anschlußstückes vermeidet vorteilhaft die
Arbeitsweise der Spannungssicherung negativ beeinflussende
Übergangswiderstände zwischen diesen elektrisch leitenden Teilen.
Die Aufnahme wird durch einen ersten sacklochförmigen Aufnahmebereich in
der ersten Außenelektrode und einen sich daran anschließenden zweiten
sacklochförmigen Aufnahmebereich in der zweiten Außenelektrode gebildet.
Damit ist in einfacher Weise der Überspannungsableiter in der
Spannungssicherung so angeordnet, daß während seines Ansprechens und
der damit erfolgenden Ausbildung eines Lichtbogens keine geschmolzenen
Teile der Elektroden nach außen gelangen können. Derartige Teile werden
vielmehr in der Aufnahme zurückgehalten. Bei der erfindungsgemäßen Durch
schlageinrichtung ist es wesentlich, daß Überspannungsableiter in einer
gegenüber Elektrodenteilen im wesentlichen dichten Aufnahme gehalten
werden. Die äußere Ausbildung der Überspannungsableiter ist dabei, solange
die elektrische Charakteristik dem vorgesehenen Verwendungszweck
entspricht, nur insofern zu berücksichtigen, als die Aufnahme in entsprechender
Weise auszubilden ist. Es ist somit mit geringen Modifikationen betreffend Form
und Abmessung der Aufnahme möglich, die erfindungsgemäße
Spannungssicherung so anzupassen, daß jeweils geeignete, handelsübliche
Überspannungsableiter eingesetzt werden können. Weiterhin ist es möglich,
bestehende Anlagen mit Überspannungsableitern unter Beibehaltung dieser Art
von Überspannungsableitern durch den Einsatz erfindungsgemäßer
Spannungssicherungen nachzurüsten.
Erfindungsgemäß ist weiterhin der Überspannungsableiter gegenüber einem
Bodenabschnitt des ersten oder zweiten Aufnahmebereichs über eine Feder
vorgespannt, die zwischen dem Bodenabschnitt des gegenüberliegenden
Aufnahmebereichs und der diesem zugewandten Kontaktfläche angeordnet ist.
Damit wird zum einen in einfacher und sicherer Weise vermieden, daß der
Überspannungsableiter bzw. eine oder beide seiner Kontaktflächen während
seines Einbaus in die durch zwei Außenelektroden gebildete Aufnahme
beschädigt werden können. Zum anderen wird durch die Vorspannung einer
Kontaktfläche gegenüber dem zugewandten Bodenabschnitt einer
Außenelektrode sichergestellt, daß ein gut leitender Kontakt zwischen dem
Überspannungsableiter und einer Außenelektrode gebildet wird. Ein guter
Kontakt gegenüber der anderen Außenelektrode ergibt sich über die Anlage der
vorgespannten Feder.
Erfindungsgemäß sind weiterhin die erste und/oder die zweite Außenelektrode
zumindest bereichsweise von einer Isolierschicht umgeben. Damit ergibt sich in
einfacher Weise eine abgeschlossene, betriebssichere und einfach einsetzbare
Baueinheit. Durch eine gemeinsame Isolierschicht für beide Außenelektroden
kann weiterhin ausgeschlossen werden, daß sich die feste Verbindung
zwischen der ersten und der zweiten Außenelektrode unbeabsichtigt lockert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen betreffend die erfindungsgemäße Span
nungssicherung sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 angegeben.
Gemäß der erfindungsgemäßen Spannungssicherung weisen die erste und die
zweite Außenelektrode jeweils einen ersten bzw. zweiten Verbindungsflansch
auf. Für eine feste und sichere Verbindung beider Außenelektroden sind die
beiden Flansche einander benachbart angeordnet und für einen einfachen und
sicheren Einbau der Spannungssicherung in einer elektrischen Anlage
schließt sich an jeden Flansch jeweils ein erstes bzw. zweites Anschlußstück
an. Die Anschlußstücke können dabei für eine Schraubverbindung Bolzenge
winde oder andere geeignete Anschlußmittel aufweisen.
In vorteilhafter Weise sind die erste und die zweite Außenelektrode über min
destens eine Schraubverbindung miteinander verbunden, die durch Durch
gangsbohrungen des ersten und des zweiten Verbindungsflansches geführt
sind, wobei jede Schraubverbindung gegenüber einer Außenelektrode durch
einen Isoliereinsatz isoliert ist. Damit können die beiden Außenelektroden ein
fach und fest derart miteinander verbunden werden, daß im wesentlichen kein
Zwischenraum für ein Austreten geschmolzener Elektrodenteile verbleibt.
Für eine gute Leitfähigkeit und Beständigkeit gegenüber einem Lichtbogen hat
es sich als vorteilhaft erwiesen, daß mindestens eine der Außenelektroden aus
einer Nickel und Silizium enthaltenden Kupferlegierung hergestellt ist. Dabei
ergibt sich auch eine ausreichende Zugfestigkeit und Härte für die Anschluß
stücke; ggf. können die Außenelektroden vergütet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Isolierschicht durch
eine Beschichtung mit einem Gießharz gebildet. Das Gießharz kann dabei
durch Beschichten oder durch entsprechendes Tauchen der Spannungssi
cherung aufgebracht werden. Es ergibt sich dabei insbesondre auch für den
Übergangsbereich zwischen den beiden Außenelektroden eine gute Isolierung.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß die Feder bereichsweise
durch eine in der Außenelektrode und/oder in dem Überspannungsableiter
ausgebildete sacklochförmige Federaufnahme geführt wird. Damit wird in ein
facher Weise der Einbau der Feder während des Zusammenbaus der Spannungssicherung
erleichtert und es ist ein Verkanten o. dgl. der Feder vermie
den.
Für einen guten Kontakt der Feder zu einer Außenelektrode und/oder einer
Kontaktfläche hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Feder mindestens
einen geschliffenen Endbereich aufweist.
Es ist ferner von Vorteil, daß die Feder aus einem Bronzedraht hergestellt ist.
Damit hat die Feder eine gute Leitfähigkeit bspw. für eine Übertragung von
Stromstößen vorgebbarer Größe. Sie weist weiterhin die für die Erzeugung der
Vorspannung erforderlichen mechanischen Eigenschaften auf und verdampft
schließlich im Überspannungs- Ableitstromfall, wodurch sie zur Ausbildung
eines Lichtbogens beiträgt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste und/oder der
zweite Aufnahmebereich mit geringem radialem und/oder axialem Übermaß
gegenüber dem Gehäuse des Überspannungsableiters ausgebildet. Dadurch,
daß die Form und Abmessung der Aufnahme im wesentlichen dem Überspan
nungsableiter entsprechend ausgebildet sind, wird in einfacher Weise die Aus
bildung und die Aufrechterhaltung eines Lichtbogens gefördert.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß sich von der Aufnahme in im
wesentlichen radialer Richtung ein oder mehrere Entlüftungskanäle durch
mindestens eine der beiden Außenelektroden erstrecken. Besonders vorteilhaft
ist es dabei, wenn mindestens ein Entlüftungskanal im Bereich zwischen den
beiden Außenelektroden ausgebildet ist. Über die radialen Entlüftungskanäle
kann ein Druckabbau erfolgen, ohne daß dabei Elektrodenteile nach außen
gelangen können. Zum Druckabbau kann die Isolierschicht durch ausströ
mendes Gas durchstoßen werden. In besonders einfacher Weise können Ent
lüftungskanäle im Übergangsbereich der beiden Außenelektroden durch die
Isolierschicht verlaufend ausgebildet werden; sie können bspw. aber auch als
Rillen in der Stirnfläche einer oder beider Außenelektroden ausgebildet werden.
Es sind auch handelsübliche Überspannungsableiter in vorteilhafter Weise
einsetzbar, bei denen sich von dem Gehäuse mindestens ein Gewindestift er
streckt. Dieser wird jeweils von einem sich an einen Aufnahmebereich in axialer
Richtung anschließenden Sackloch aufgenommen, dessen Durchmesser ein
geringes Übermaß gegenüber demjenigen des Gewindestifts aufweist. Damit
wird in einfacher Weise sichergestellt, daß ein guter Kontakt zwischen dem
Überspannungsableiter und den Außenelektroden vorhanden ist, der durch die
Gewindestifte im wesentlichen nicht beeinflußt wird. Mit Vorteil kann dabei
durch den Gewindestift oder durch die Gewindestifte das Einsetzen des Über
spannungsableiters in die Aufnahme erleichtert werden; es kann damit auch die
Feder geführt werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Spannungssicherung
mit einzelnen oder mehreren der genannten Merkmale zum Ableiten von
Gleichstromüberspannungen nach Anspruch 14 erwiesen.
Dabei werden, wie bei dem Einsatz in Wechsel- oder Drehstromanlagen,
jeweils Teillichtbögen zwischen den Elektroden des Überspannungsableiters
und zwischen diesem und der die Feder tragenden Bodenfläche einer
Außenelektrode ausgebildet, die sich zu einem einzigen Lichtbogen vereinigen.
Für die Ausbildung eines Lichtbogens ist es dabei von Vorteil, daß zur Ausbil
dung eines Teillichtbogens die Feder so ausgelegt ist, daß sie zumindest teil
weise verdampft.
Zwei Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Spannungssicherungen
werden anhand der Zeichnung mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es zeigen jeweils in einer teilweise geschnittenen Vorderansicht:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem mit Gewindestiften
versehenen Überspannungsableiter, und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem glatte Kontaktflächen auf
weisenden Überspannungsableiter.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsge
mäße, insgesamt mit 1 bezeichnete Spannungssicherung sind eine erste
Außenelektrode 3 und eine zweite Außenelektrode 5 über drei Schraubverbin
dungen 7, deren eine in Fig. 1 nicht dargestellt ist, fest miteinander verbunden.
Die einander zugewandten Abschnitte beider Außenelektroden 3, 5 sind
flanschartig ausgebildet, so daß sich ein erster Verbindungsflansch 9 der ersten
Außenelektrode 3 und ein zweiter Verbindungsflansch 11 der zweiten
Außenelektrode 5 einander gegenüberliegen. Zwischen den beiden
Verbindungsflanschen 9, 11 bzw. den beiden einander zugewandten
Stirnflächen beider Außenelektroden 3, 5 ist eine ringförmige Isolierscheibe 13
angeordnet, um die beiden Außenelektroden 3, 5 gegeneinander elektrisch zu
isolieren. Dem gleichen Zweck dienen Isoliereinsätze 15, von denen jeweils
einer in eine der beiden Durchgangsbohrungen der zweiten Außenelektrode 5
eingesetzt ist, um einen Schraubbolzen 7′ jeder Schraubverbindung 7
gegenüber der zweiten Außenelektrode 5 elektrisch zu isolieren. Der
Gewindebereich jedes Schraubbolzens 7′ steht ebenso wie die Schrauben
mutter 7″ jeder Schraubverbindung 7 mit der ersten Außenelektrode 3 in direk
tem Kontakt. In axialer Richtung der Spannungssicherung 1 schließt sich an
jeden Verbindungsflansch 9, 11 jeweils ein erstes bzw. ein zweites Verbin
dungsstück 17, 19 an. Das erste Verbindungsstück 17 ist mit einem Bolzenge
winde versehen, mit dem zwei Schraubenmuttern 21 verschraubt sind, zwi
schen denen in nicht dargestellter Weise ein Anschlußteil zur Verbindung mit
einer elektrischen Anlage o. dgl. befestigt werden kann. Das zweite
Anschlußteil 19 weist eine quer zur Längsachse verlaufende Durchgangs
bohrung 23, sowie eine in Richtung der Längsachse zu diesem führende
Gewindebohrung auf. Über eine in die Gewindebohrung eingeschraubte
Schraube 25 kann ein in die Durchgangsbohrung 23 eingeführtes, nicht
dargestelltes Anschlußstück zum Anschließen der Spannungssicherung 1 ge
klemmt werden.
In einem Aufnahmeraum 27, der im wesentlichen als zylinderförmiger Hohlraum
durch einen ersten Aufnahmebereich 29 der ersten Außenelektrode 3 und einen
sich daran in axialer Richtung anschließenden zweiten Aufnahmebereich 31 der
zweiten Außenelektrode 5 gebildet wird, ist ein Überspannungsableiter 33, mit
einem im wesentlichen dichten, zylinderförmigen Gehäuse eingesetzt, von dem
aus sich in Richtung in die erste Außenelektrode 3 und die zweite Außenelek
trode 5 Gewindestifte 35 bzw. 37 erstrecken. Die beiden Gewindestifte 35, 37
sind jeweils in Sacklochbohrungen 39 bzw. 41 eingeführt, die sich von dem er
sten bzw. von dem zweiten Aufnahmebereich 29 bzw. 31 zur Mitte hin
erstrecken. Durch die Sacklochbohrungen 39, 41 sind die Voraussetzungen für
die Aufnahme derartiger handelsüblicher Überspannungsleiter geschaffen,
ohne daß von den Anschluß- bzw. Kontaktmöglichkeiten über die
Gewindestifte, die sich als unzureichend erweisen könnten, Gebrauch gemacht
wird.
Der Überspannungsableiter 33 ist von handelsüblicher Bauart mit einer den je
weiligen Erfordernissen für eine Spannungssicherung 1 entsprechend angepaßten
elektrischen Charakteristik. Danach ist der Überspannungsableiter 33
so ausgelegt, daß Stromstoßbelastungen bzw. Spannungsstöße vorgebbarer
Größe und Dauer einwirken können, ohne daß dabei der Überspannungsablei
ter anspricht. Der Überspannungsableiter 33 hat üblicherweise ein Gehäuse
aus Keramik oder aus einem entsprechenden Isoliermaterial, bspw. aus Glas,
in dem mit Abstand voneinander zwei nicht dargestellte Elektroden ausgebildet
sind. Das Innere des Überspannungsableiters 33 ist mit unter Druck stehendem
Edelgas gefüllt.
Zwischen der Sacklochbohrung 39 und dem ersten Aufnahmebereich 29 ist in
der ersten Außenelektrode 3 eine sacklochförmige Federaufnahme 43 ausge
bildet, in die eine Feder 45 eingesetzt ist. Die der Feder 45 zugewandte
Kontaktfläche des Überspannungsableiters 33 weist den Gewindestift 35
umgebend einen vertieften Bereich 47 auf, in den ein Endbereich der Feder 45
eingreift. Durch die Feder 45, die vorliegend auf einer Seite durch den Ge
windestift 35 und/oder durch die Federaufnahme 43 geführt wird und die auf der
anderen Seite durch die Vertiefung 47 geführt wird, ist der Überspannungsableiter
33 so vorgespannt, daß seine der Feder 45 abgewandte Kontaktfläche 49
an einer Bodenfläche des zweiten Aufnahmebereichs 31 unter einem Anpreß
druck anliegt. Damit ist ein guter Kontakt des Überspannungsableiters 33 ge
genüber der zweiten Außenelektrode 5 gegeben; für einen guten Kontakt zu der
ersten Außenelektrode 3 können, zur Erzielung einer großen Kontaktfläche, die
Enden der Feder 45 geschliffen sein. Die Feder 45 besteht aus Federbronze,
so daß sie zum einen den mechanischen Anforderungen aufgrund der Vor
spannung des Überspannungsableiters 33 genügt und zum anderen den An
forderungen an eine hohe Leitfähigkeit entspricht. Damit wird für den Normalbe
trieb sichergestellt, daß etwa auftretende Strom- bzw. Spannungsstöße ohne
Beeinträchtigung der Feder 45 aufgenommen werden können. Die Feder 45
kann schließlich zum Ausbilden eines Lichtbogens aufgrund einer auftretenden
Überspannung mit Ableitstrom verdampfen, um dadurch
die Ausbildung und die Aufrechterhaltung des Lichtbogens einzuleiten bzw. zu
fördern. Dabei dient die durch das Verdampfen gebildete Metallwolke als Zünd
initiator für die Ausbildung eines Teillichtbogens. Als besonders günstig hat sich
die Ausbildung der Feder 45 aus einer Bronze der Werkstoffbezeichnung CuSn
6 F 95 erwiesen.
Für die Ausbildung der ersten und der zweiten Außenelektrode 3, 5 hat sich
eine Kupferlegierung der Werkstoffbezeichnung CuNi 2 Si F 49 als vorteilhaft
erwiesen, die bspw. unter dem Handelsnamen "Kuprodur" vertrieben wird. Da
mit genügen die beiden Außenelektroden 3, 5 den für einen sicheren Anschluß
der Spannungssicherung 1 in einer elektrischen Anlage gegebenen Anforde
rungen und es ist damit gleichzeitig sichergestellt, daß sich bei der Ausbildung
eines Lichtbogens eine gute Leitfähigkeit zum Ableiten
bzw. einer Überspannung bzw. eines Ableitstroms ergibt, ohne daß der Bestand
beider Außenelektroden 3, 5 durch die Ausbildung eines Lichtbogens wesent
lich beeinträchtigt wird. Die aus diesem Werkstoff hergestellten Außenelektro
den 3, 5 können ggf. vergütet werden. Die beiden Außenelektroden 3, 5 sind
von einer gemeinsamen Isolierschicht 51 umgeben, die aus einem Gießharz
besteht, das durch Tauchen oder Umspritzen aufgebracht wird. Durch die Iso
lierschicht 51 werden sowohl die beiden Verbindungsflansche 9, 11 als auch
sich jeweils daran anschließende Abschnitte der Anschlußstücke 17, 19 um
mantelt.
Die erste und die zweite Außenelektrode 3, 5, die Feder 45 sowie der Über
spannungsableiter 33 sind ebenso wie die Verbindungen bzw. die Kontakte
zwischen diesen Elementen derart ausgelegt, daß unterhalb vorgebbarer An
sprechwerte liegende Strom- bzw. Spannungsstöße aufgenommen werden
können, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung dieser Elemente oder der Kon
takte kommt. Übersteigen derartige Spannungsstöße vorgebbare
Ansprechwerte, dann führt eine derartige Überspannung
zu einem Überschlag bzw. zu ei
nem Stromfluß zwischen den Elektroden des Überspannungsableiters 33, so
daß zwischen diesen nicht dargestellten Elektroden ein Teillichtbogen ausge
bildet wird. Dieser Teillichtbogen führt zusammen mit dem Druck des innerhalb
des Überspannungsableiters 33 befindlichen Edelgases dazu, daß das Ge
häuse des Überspannungsableiters 33 explosionsartig zerstört wird. Durch die
Anordnung des Überspannungsableiters 33 in der im wesentlichen dichten
Aufnahme 27 wird dabei verhindert, daß Teile des zerstörten Gehäuses nach
außen gelangen können. Durch die starke Erwärmung und den hohen
Stromfluß verdampft die Feder 45 zumindest teilweise und es bildet sich
dabei eine Metallwolke als Zündinitiator für einen weiteren Teillichtbogen im
Bereich zwischen der ersten Außenelektrode 3 und dem verbliebenen Teil des
Überspannungsableiters 33. Die beiden hintereinanderliegenden Teillichtbögen
vereinigen sich dabei zu einem Gesamtlichtbogen, der über eine ausreichend
lange Zeitdauer erhalten bleibt. Dabei werden unter dem Einfluß der Teillicht
bögen bzw. des Gesamtlichtbogens Kontaktbereiche miteinander verschweißt,
was zur Ausbildung einer elektrisch gut leitenden Verbindung und damit zu
einer sicheren Ableitung der Überspannung bzw. des Ableitstromes beiträgt.
Eine wesentliche Voraussetzung hierfür ist die Anordnung und der Aufbau der
Feder 45 sowie eine gute Kontaktierung zwischen der Kontaktfläche 49 des
Überspannungsableiters 33 und dem der Kontaktfläche 49 zugewandten
Bodenabschnitt des Aufnahmebereiches 31.
In nicht dargestellter Weise können ein oder mehrere Entlüftungskanäle vor
gesehen sein, die von der Aufnahme 27 in radial auswärtiger Richtung in einen
Bereich außerhalb der beiden Außenelektroden 3, 5 führen. Damit kann nach
einem Zerbersten des Gehäuses des Überspannungsableiters 33 der Druck
des Edelgases abgebaut werden, der anderenfalls die Ausbildung bzw. Auf
rechterhaltung des Lichtbogens beeinträchtigen könnte. Dies ist darauf zu
rückzuführen, daß in dem durch die Ausbildung der Lichtbögen entstehendem
Plasma Temperaturen von etwa 10 000°C auftreten können und deshalb das
Edelgas stark erwärmt und expandiert wird.
Das aus einem Entlüftungskanal austretende Edelgas kann in einfacher Weise
durch die Isolierschicht 51 ins Freie gelangen. In besonders einfacher Weise
können ein oder mehrere Entlüftungskanäle im Übergangsbereich der ersten
und zweiten Außenelektrode 3, 5 ausgebildet werden. Derartige Entlüf
tungskanäle können dabei durch Aussparungen in der Isolierscheibe 13 gebil
det sein; sie können aber auch bspw. durch radial verlaufende Rillen in einer
Stirnfläche einer oder beider Außenelektroden 3, 5 ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Spannungssicherung 1 ist unter Verwendung handels
üblicher Überspannungsableiter 33 einfach herstellbar und sie führt durch die
angesprochene Ausbildung eines aus zwei Teillichtbögen bestehenden Licht
bogens zur Verschweißung der an den Flanschen 9, 11 befindlichen
Kontaktbereichen und folglich zu einem sicheren Ableiten auftretender
Überspannungen bzw. Ableitströme.
Durch den Einsatz der Feder 45 wird weiterhin die Herstellung und der Zusam
menbau der erfindungsgemäßen Spannungssicherung 1 erleichtert. Zum einen
brauchen durch den Einsatz der Feder 45 nämlich keine allzugroßen Toleran
zen hinsichtlich der Längenabmessung der Aufnahme 27 eingehalten zu wer
den und zum anderen führt der Einsatz der Feder 45 dazu, daß
Beschädigungen an einer Kontaktfläche des Überspannungsableiters 33
vermieden werden, die andernfalls durch eine Berührung oder ein Verkanten
der Kontaktflächen gegenüber den jeweils benachbarten Bodenflächen der
Aufnahmebereiche 29, 31 auftreten könnten. Für ein rasches Ausbilden und
eine Aufrechterhaltung des Lichtbogens bzw. der Teillichtbögen hat es sich als
vorteilhaft herausgestellt, daß, zumindest in radialer Richtung, die Form der
Aufnahme 27 und deren Abmessung im wesentlichen der Form und der
Abmessung des Überspannungsableiters 33 entspricht, so daß zwischen dem
Gehäuse des Überspannungsableiters 33 und der Wandung der Aufnahme 27
nur ein geringer Zwischenraum ausgebildet ist.
Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im wesentli
chen dem ersten Ausführungsbeispiel und es unterscheidet sich von diesem
lediglich durch die Ausbildung des eingesetzten, handelsüblichen Überspan
nungsableiters 133, durch die Ausbildung der Aufnahme 127 und durch die
Anordnung der Feder 145. Mit dem ersten Ausführungsbeispiel
übereinstimmende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie bei dem ersten
Ausführungsbeispiel versehen und es wird hinsichtlich einer Beschreibung
dieser Teile auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der zwischen die erste und die
zweite Außenelektrode 3, 5 der Spannungssicherung 101 eingesetzte Über
spannungsableiter 133 im Gegensatz zu demjenigen nach dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel keine sich in Längsrichtung erstreckenden Gewindestifte, sondern
vielmehr ebene Endbereiche auf. Die Aufnahme 127 hat dementsprechend
ebene Bodenbereiche 150, 160. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungs
beispiel sind somit keine sich an die Aufnahme 127 anschließenden, sackloch
förmigen Bohrungen vorgesehen. Die Feder 145 liegt auf der einen Seite
unmittelbar an dem Bodenbereich 160 des ersten Aufnahmebereichs 129 und
an ihrer anderen Seite unmittelbar an einer ebenen Kontaktfläche des
Überspannungsableiters 133 an. Die der Feder 145 gegenüberliegende
Kontaktfläche des Überspannungsableiters 133 kontaktiert den
Bodenbereich 150. Dieser ist ein Teil des Aufnahmebereichs 131.
Die Wirkungsweise der Spannungssicherung 101 gemäß dem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel entspricht derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Die er
findungsgemäßen Spannungssicherungen 1, 101 sind zu Überspannungsschutz
elektrischer Wechsel- bzw. Drehstromanlagen einsetzbar. In besonders vor
teilhafter Weise ist die Spannungssicherung 1 gemäß dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel auch im Bereich hoher Gleichspannungen von etwa 1500 V, also
auf dem Gebiet der Mittelspannungstechnik einsetzbar. Die Spannungssiche
rung 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist besonders für Span
nungen bis etwa 800 V geeignet. Insbesondere hat sich ein Einsatz der erfin
dungsgemäßen Spannungssicherungen 1 bei elektrischen Einrichtungen für
Eisenbahnen als vorteilhaft erwiesen. Dabei können bei Betriebsspannungen
von etwa 1500 Volt sehr hohe Stromstärken auftreten. So kann allein der nor
male Anfahrstrom bei schweren Güterzuglokomotiven im Bereich von etwa
8000 bis 10 000 A liegen. Die erfindungsgemäße Spannungssicherung 1
spricht dabei auch beim Auftreten derartiger Anfahrströme noch nicht so an,
daß Lichtbögen ausgebildet werden.
Bei einer bestimmten Überspannung bildet
sich jedoch zwischen den Elektroden des Überspannungsableiters 33 ein
Teillichtbogen aus. Nach einer bestimmten Einwirkungsdauer zerstört dieser
das Gehäuse des Überspannungsableiters 33. Die Überspannung bzw. der
Ableitstrom führt außerdem zum Verdampfen der Feder 45 und dadurch zum
Aufbau einer Metallwolke als Zündinitiator für einen zweiten Teillichtbogen. Die
beiden Teillichtbögen vereinigen sich zu einem einzigen Lichtbogen. Dieser
überbrückt die beiden Verbindungsflansche 9, 11. Dies führt zu einer
Verschweißung der Randkanten der beiden Verbindungsflansche 9, 11 im
Bereich der Aufnahme 27.
Die bisher als elektrische Isolierung zwischen den Verbindungsflanschen 9, 11
wirkende Isolierscheibe 13 verbrennt bei der hohen Temperatur während des
Schweißvorganges. Bei größeren Ableitströmen und damit auch höheren
Temperaturen während des Schweißvorganges werden auch die der
Aufnahme 27 entfernteren Bereiche der sich gegenüberliegenden Stirnseiten
der Verbindungsflansche 9, 11 miteinander verschweißt. Die
Verschweißungszone vergrößert sich also entsprechend einem größeren
Ableitstrom radial nach außen. Der nun elektrisch leitende
Durchgangsquerschnitt zwischen den Verbindungsflanschen 9, 11 ist also
immer genügend groß, um ein gutes Ableiten des Ableitstromes gegen das
Erdpotential zu gewährleisten. Die Verschweißung schafft außerdem eine
sichere und entsprechend dauerhafte Verbindung zu einer an die
Spannungssicherung 1 angeschlossenen Erdung. Zum Anschluß dieser Erdung
eignet sich z. B. das Anschlußstück 17 oder das Anschlußstück 19.
Claims (15)
1. Spannungssicherung für elektrische Anlagen
- a) mit zwei zumindest teilweise mit einer Isolierschicht (51) umgebenen Außenelektroden (3, 5) und
- b) mit einem in einer Aufnahme (27, 127) zwischen den beiden Außenelektroden (3, 5) angeordneten Überspannungsableiter (33, 133), wobei
- c) der Überspannungsableiter (33, 133) ein dichtes Gehäuse enthält,
- c₁) das an einander gegenüberliegenden Stirnseiten Kontaktflächen (49) aufweist,
- c₂) das mit Edelgas gefüllt ist und
- c₃) in dem in einem vorgegebenen Abstand einander gegenüberliegend zwei Elektroden angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
- d) daß die erste Außenelektrode (3) einen ersten Verbindungsflansch (9) aufweist und die zweite Außenelektrode (5) einen zweiten Verbindungsflansch (11) aufweist, wobei sich an den ersten Verbindungsflansch (9) ein erstes Anschlußstück (17) anschließt und sich an den zweiten Verbindungsflansch (11) ein zweites Anschlußstück (19) anschließt,
- e) daß der erste Verbindungsflansch (9) und der zweite Verbindungsflansch(11)
- e₁) mit ihren Stirnflächen einander zugewandt benachbart angeordnet sind und
- e₂) unter Zwischenlage einer Isolierscheibe (13) zwischen ihren Stirnflächen miteinander verbunden sind,
- f) daß die Isolierscheibe (13) die erste Außenelektrode (3) und die zweite Außenelektrode (5) elektrisch voneinander trennt,
- g) daß die Aufnahme (27, 127) durch einen ersten sacklochförmigen Aufnahmebereich (29, 129) in der ersten Außenelektrode (3) und einen sich daran anschließenden zweiten sacklochförmigen Aufnahmebereich (31, 131) in der zweiten Außenelektrode (5) gebildet ist und
- h) daß der Überspannungsableiter (33, 133) gegenüber einem Bodenabschnitt des ersten Aufnahmebereichs (29, 129) oder des zweiten Aufnahmebereichs (31, 131) über eine Feder (45, 145) vorgespannt ist, wobei die Feder zwischen dem Bodenabschnitt des jeweils gegenüberliegenden Aufnahmebereichs (31, 131, 29, 129) und der diesem Aufnahmebereich (31, 131, 29, 129) zugewandten Kontaktfläche (49) des Überspannungsableiters (33, 133) angeordnet ist.
2. Spannungssicherung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Außenelektrode (3, 5) über mindestens eine
Schraubverbindung (7) miteinander verbunden sind, die durch Durchgangs
bohrungen des ersten und des zweiten Verbindungsflansches (9, 11) geführt
sind, wobei die Schraubverbindung (7) gegenüber einer Außenelektrode (5)
durch einen Isoliereinsatz (15) isoliert ist.
3. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der Außenelektroden (3, 5) aus einer Nickel und Sili
zium enthaltenden Kupferlegierung hergestellt ist.
4. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierschicht (51) durch eine Beschichtung mit einem Gießharz
gebildet wird.
5. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (45) bereichsweise durch eine in einer Außenelektrode (3)
und/oder in dem Überspannungsableiter (33) ausgebildete sacklochförmige
Federaufnahme (43, 47) geführt ist.
6. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (45, 145) mindestens einen geschliffenen Endbereich aufweist.
7. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (45, 145) aus Federbronze hergestellt ist.
8. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und/oder der zweite Aufnahmebereich (29, 129, 31, 131) mit
geringem radialen und/oder axialen Übermaß gegenüber dem Gehäuse des
Überspannungsableiters (33, 133) ausgebildet sind.
9. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich von der Aufnahme (27, 127) in im wesentlichen radialer Richtung
ein oder mehrere Entlüftungskanäle durch mindestens eine der beiden Au
ßenelektroden (3, 5) erstreckt.
10. Spannungssicherung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Entlüftungskanal im Bereich zwischen den beiden Au
ßenelektroden (3, 5) durch die Isolierschicht (13) verlaufend ausgebildet ist.
11. Spannungssicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich von dem Gehäuse des Überspannungsableiters (33) mindestens ein
Gewindestift (35, 37) erstreckt, der jeweils von einem sich an einen Aufnah
mebereich (29, 31) in axialer Richtung anschließenden Sackloch (39, 41)
aufgenommen wird, dessen Durchmesser ein geringes Übermaß gegenüber
demjenigen des Gewindestifts (35, 37) aufweist.
12. Spannungssicherung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
gekennzeichnet durch
sich zu einem Lichtbogen vereinigende Teillichtbögen zwischen den
Elektroden des Überspannungsableiters (33, 133) und zwischen diesem und
der die Feder (45, 145) tragenden Bodenfläche einer Außenelektrode (3).
13. Spannungssicherung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ausbildung eines Teillichtbogens die Feder (45, 145) so ausgelegt
ist, daß sie zumindest teilweise verdampft.
14. Spannungssicherung nach Anspruch 12 oder 13 zur
Ableitung von Gleichstromüberspannungen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924203041 DE4203041A1 (de) | 1991-02-07 | 1992-02-04 | Spannungssicherung fuer elektrische anlagen o. dgl. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4103648 | 1991-02-07 | ||
DE19924203041 DE4203041A1 (de) | 1991-02-07 | 1992-02-04 | Spannungssicherung fuer elektrische anlagen o. dgl. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4203041A1 DE4203041A1 (de) | 1992-10-22 |
DE4203041C2 true DE4203041C2 (de) | 1993-09-16 |
Family
ID=25900822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924203041 Granted DE4203041A1 (de) | 1991-02-07 | 1992-02-04 | Spannungssicherung fuer elektrische anlagen o. dgl. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4203041A1 (de) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2135085A (en) * | 1937-07-07 | 1938-11-01 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Lightning arrester |
DE759498C (de) * | 1938-12-07 | 1951-10-29 | Siemens Schuckertwerke A G | Funkenstreckenanordnung, insbesondere fuer UEberspannungsableiter |
DE818665C (de) * | 1948-07-22 | 1951-10-25 | Oerlikon Maschf | UEberspannungsableiter |
-
1992
- 1992-02-04 DE DE19924203041 patent/DE4203041A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4203041A1 (de) | 1992-10-22 |
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