DE602004001468T3

DE602004001468T3 - Schutzvorrichtung gegen Blitzüberspannungen

Info

Publication number: DE602004001468T3
Application number: DE602004001468.0T
Authority: DE
Inventors: Eric Baumann; Christian Thomas
Original assignee: Hager Electro SAS
Current assignee: Hager Electro SAS
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-11
Also published as: FR2851369A1; DE602004001468D1; ATE333142T1; ES2268602T3; EP1447831A1; EP1447831B2; EP1447831B1; FR2851369B1; ES2268602T5; DE602004001468T2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von elektrischen Sicherheitsvorrichtungen, mit denen insbesondere Installationseinrichtungen versehen sind, die über das öffentliche Niederspannungs-Verteilungsnetz versorgt werden, insbesondere Schutzvorrichtungen gegen durch Blitzschlag verursachte Überspannungen, und hat eine dazu bestimmte Schutzvorrichtung zum Gegenstand.
Die Erfindung schlägt insbesondere eine Vorrichtung für den Schutz von Blitzschutzeinrichtungen auf Basis von Varistoren gegen Kurzschlüsse vor.
Derzeit wird der Schutz einer elektrischen Installationseinrichtung vor Überspannungen häufig über einen Blitzschutz auf Basis von Varistoren erzeugt. Diesem Schutz sind systematisch ein Schutz vor Kurzschlüssen und ein thermischer Schutz zugeordnet. Die Gesamtheit dieser Funktionen wird über allgemein Schutzschalter genannte Vorrichtungen gemäß den geltenden Normen ausgeführt. Diese Schutzschalter können im Blitzschutz eingebaut sein oder außerhalb desselben liegende Vorrichtungen sein. Ferner ist auch ein Schutz der Stromabzweigungen vor Überlasten und Kurzschlüssen hinsichtlich der Einhaltung der französischen Norm für Installationseinrichtungen erforderlich.
Bei einer derzeit konventionellen Anschlussweise sind die bekannten Schutzvorrichtungen zwischen aktiven Leitern und Erde durch Verbinden einer Vorrichtung zum Schutz vor Kurzschlüssen und Überlasten und zum Schutz der Leitung an einem Leiter, der beispielsweise von einem Abzweigschutzschalter abgeht, und durch zwischen dieser Schutzvorrichtung und der Erde vorgesehene Reihenverbindung einer Blitzschutzvorrichtung angeschlossen, die als thermischer Schutzschalter und Signalgeber dient, wobei diese Vorrichtungen der zu schützenden Installationseinrichtung vorgelagert sind.
Somit gewährleisten diese Vorrichtungen eine maximale Installationsschutzspannung Up unter einer Nenn-Entladungskapzität In, wobei Up und In Leistungsmerkmale dieses Systems sind.
Bei einer thermischen Instabilität aufgrund der Alterung und der Erhöhung des Verluststroms des Varistors der Blitzschutzvorrichtung schaltet ein thermischer Schutz den Varistor ab. Die diese erste Abschaltung ermöglichende Vorrichtung ist sehr häufig in der Blitzschutzvorrichtung integriert und in Form einer Niedrigtemperatur-Lötstelle zwischen zwei Kontakten unter mechanischer Federspannung ausgeführt. Der Temperaturanstieg des Varistors bringt die Lötstelle zum Schmelzen, und aufgrund der auf den einen Kontakt ausgeübten Federspannung erfolgt die Trennung der Kontakte augenblicklich. Im allgemeinen ist ein Sichtsignalgeber mechanisch bzw. elektrisch mit diesem thermischen Schutzschalter gekoppelt, um das Ende der Lebensdauer des Varistors und das Erfordernis, diesen auszuwechseln, anzugeben. Diese Sichtsignalgebung kann mit einer Fernsignalgebung ersetzt bzw. an diese gekoppelt sein.
Mit dem Schutz vor Kurzschlüssen wird die gesamte nachgeschaltete Installationseinrichtung vor einem gefahrbringenden Ende der Lebensdauer des Blitzschutzes in Form eines satten Kurzschlusses geschützt. In einem solchen Fall schaltet dieser Schutz die Blitzschutzvorrichtung der Installationseinrichtung ab, um die fortbestehende Betriebsfähigkeit derselben zu gewährleisten. Die so erfolgende Abschaltung wird über eine Schmelzsicherung oder über einen Schutzschalter erhalten. Derzeit ist die Abschaltung über einen Schutzschalter weiter verbreitet, wobei dieser Schutzschalter auch die Abzweigleitung der Blitzschutzvorrichtung gemäß der geltenden französischen Norm für Installationen schützt.
Wenn die zweite Abschaltung ausgehend von einem Schutzschalter vorgenommen wird, liegt ein Schaltplan vor, bei welchem der Schutzbereich der zu schützenden Installationseinrichtung einen Schutzschalter verwendet, der die Funktionen zum Schutz vor Kurzschlüssen und Überströmen erfüllt, sowie eine Blitzschutzvorrichtung, die als thermischer Schutzschalter und Signalgeber dient und zwischen Schutzschalterausgang und Erde angeschlossen ist.
Eine derartige Einrichtung ist mit dem Nachteil behaftet, dass sie aufwendig ist und eine Quelle von sich daraus ergebenden möglichen Verkabelungsfehlern darstellt. Da bei dieser Installationseinrichtung Ströme mit sehr hohem Spitzenstrom fließen, nämlich in der Größenordnung von 40 kA in Welle 8/20 oder mehr, spielt die Induktivität der Leitungen eine bedeutende Rolle hinsichtlich der Schutzleistung der Einrichtung. Daraus ergibt sich das Erfordernis, die Verkabelung sehr sorgfältig nach genauen Bestimmungen auszuführen, um Induktivitätswirkungen zu minimieren. Diese Vorgaben werden jedoch von Installateuren nicht immer beherrscht.
Ferner hängt bei bekannten Einrichtungen dieser Art unabhängig von der Verwendung einer Schmelzsicherung bzw. eines Schutzschalters die Signalgebung von der Art des Ausfalls des Varistors ab. Wenn somit der Varistor in eine thermische Instabilität gerät, erfolgt die Signalgebung an der Blitzschutzvorrichtung, da der thermische Schutzschalter seine Funktion erfüllt. Wenn dagegen der Varistor nach Fließen eines Blitzstroms in satten Kurzschluss gelangt, schaltet die Vorrichtung zum Schutz vor Kurzschlüssen den Varistor ab, wodurch entweder das Schmelzen der Schmelzsicherung oder das Auslösen des Schutzschalters hervorgerufen wird.
Im ersten Fall schmilzt die Schmelzsicherung und es erfolgt keine Signalgebung, womit die Einrichtung nicht mehr geschützt ist. Es wäre also hierbei erforderlich, einen zusätzlichen Signalgeber hinzuzufügen, wodurch die Einrichtung aufwendiger und kostspieliger wird.
Im zweiten Fall wird das Auslösen des Schutzschalters nur über die Stellung seiner Verstellhandhabe angezeigt und auch hier würde eine zusätzliche Signalgebung die Einrichtung aufwendiger und kostspieliger machen. Ferner fällt die Signalgebung über die Stellung der Handhabe nicht unbedingt auf, insbesondere dann, wenn der Schutzschalter nicht in unmittelbarer Nähe der Blitzschutzvorrichtung installiert ist.
Die oben genannten Nachteile sind auf zwei Redunktanzen in der Einrichtung zurückzuführen, nämlich darauf, dass zwei nicht zusammenhängende Funktionen zum Öffnen des Schaltkreises bestehen und dass auch zwei Signalgebungsfunktionen bestehen, die auch nicht zusammenhängen, nämlich die Signalgebung der Blitzschutzvorrichtung und die der Handhabe des Schutzschalters.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile auszuräumen, indem eine Vorrichtung zum Schutz vor durch Blitzschlag verursachte Überspannungen vorgeschlagen wird, mit der eine thermische Abschaltung und der Schutz vor Kurzschlüssen möglich ist und dabei in zuverlässiger Weise die Signalgebung über ihren Betriebszustand gewährleistet wird.
Dazu ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz gegen durch Blitzschlag verursachte Überspannungen gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 4 ausgeführt.
In der EP-A-0046545 ist eine Schutzvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben.
Die Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen bezieht, die sich beispielhaft und nicht einschränkend verstehen und anhand von den beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert werden, worin zeigt:
1 einen Schaltplan einer Schutzvorrichtung,
2 eine perspektivische Ansicht der montierten Vorrichtung aus 1,
3 eine Draufsicht einer Ausführungsvariante der Vorrichtung aus 2,
4 einen Schaltplan analog zu dem aus 1, der eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt,
5 eine Darstellung analog zu der aus 2, welche die Vorrichtung aus 4 zeigt,
6 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung, und
7 und 8 zwei weitere Ausführungsvarianten nach dem Schaltplan aus 6.
1 der beigefügten Zeichnungen zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zum Schutz gegen durch Blitzschlag verursachte Überspannungen, die erfindungsgemäß aus einer Kombination aus einem Blitzschutzblock 1 und einem Schutzschalter 2 besteht, die zu einer kompakten Baueinheit verbunden sind.
Der Schaltplan gemäß 1 stellt einen Schutzschalter 2 dar, der mit zwei zu schützenden Polen versehen ist, die mit einem bipolaren Blitzschutzblock 1 verbunden sind. Die Vorrichtung ist einer zu schützenden Einrichtung 3 vorgelagert und an Versorgungsleitungen (L und N) montiert, die beispielsweise von einem nicht dargestellten Abzweigschutzschalter stammen. Die Darstellung nach dem Schaltplan aus 1 eignet sich somit für eine einphasige Einrichtung, wobei jedoch das erfindungsgemäße Prinzip auch auf elektrische Einrichtungen mit anderen Eigenschaften anpassbar ist (Nullleiter, einphasig oder dreiphasig).
Der Blitzschutzblock 1 enthält im wesentlichen einen thermischen Schutzschalter 11, einen Varistor 12 und einen Sichtsignalgeber 14, die in einer elektrisch und mechanisch verbindend in den Sockel des Blocks einsteckbaren Kassette 15 angeordnet sind.
2 der beigefügten Zeichnungen zeigt perspektivisch eine mechanische und elektrische Anordnung, die der Ausführungsform nach dem Schaltplan aus 1 entspricht. Bei dieser Ausführungsform sind die elektrischen Verbindungen zwischen Blitzschutzblock 1 und Schutzschalter 2 nicht dargestellt, sind jedoch in bekannter Art und Weise über Verbindungsstege oder Kabel ausgeführt.
3 der beigefügten Zeichnungen stellt eine Ausführungsvariante der Anordnung aus 2 dar, bei welcher der Blitzschutzblock 1 vorteilhaft mit einem integrierten elektrischen und mechanischen Verbindungsmittel versehen ist, das einteilig mit dem genannten Block 1 ausgebildet ist und eine Aussparung 1' aufweist, die mit mindestens einem elektrischen und/oder mechanischen Verbindungsmittel versehen ist, das vorgesehen ist, um elektrisch mit einer Seite des Schutzschalters 2 zusammenzuarbeiten, wobei der genannte Schutzschalter 2 in der Aussparung 1' an dem Blitzschutzblock 1 sitzt.
4 der beigefügten Zeichnungen stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher der Blitzschutzblock 1 ferner eine Entladefunkenstrecke 16 aufweist und mit einem Schutzschalter 2 gekoppelt ist, der einen einzigen geschützten Pol aufweist. Bei dieser Ausführungsform erfordert der Blitzschutz-Nullleiterzweig(N)-Erde, der die Entladefunkenstrecke 16 enthält, deren Ende der Lebensdauer kein Kurzschluss ist, weder einen thermischen Schutzschalter noch einen Schutzschalter für Kurzschlüsse. Dadurch, dass ein ungeschützter Pol bei dem Schutzschalter 2 verwendet wird, kann eine höhere Kompaktheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden.
Eine Anordnung der Vorrichtung, bei welcher der Schaltplan nach 4 Anwendung findet, ist in 5 der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Bei dieser Ausführungsform enthält der Blitzschutzblock 1 nur noch eine einzige Kassette 15, in der der Varistor und der zugehörige thermische Schutzschalter eingebaut sind, wobei die Entladefunkenstrecke bei dieser Figur in dem Block 1 angeordnet sein kann. Diese Möglichkeit der Anordnung der Entladefunkenstrecke 16 in dem Block 1 ist darauf zurückzuführen, dass der genannte Block 1 an seiner Seite zur elektrischen Verbindung mit dem Schutzschalter durch Formschluss keine Schraubverbindungshülle mehr braucht.
Ferner ermöglicht die Ausführungsform nach 4 und 5 auch, einen für Phase und Nullleiter unterschiedlichen Schutz zu gewährleisten.
6 der beigefügten Zeichnungen stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher die Schutzvorrichtung zwei Funktionen zum Öffnen des Schaltkreises aufweist, die zusammenhängen, sowie zwei ebenfalls zusammenhängende Funktionen zur Signalgebung. Somit ist es möglich, in der gleichen Vorrichtung die Funktionen zur thermischen Trennung und zum Kurzschluss sowie eine visuelle bzw. fernwirkende Signalgebung für das Ende der Lebensdauer des Blitzschutzes zu integrieren, die gleichzeitig von der Funktion thermische Trennung und von der Funktion Sicherung des Blitzschutzes gegen Kurzschlüsse und der Leitung abhängig ist, und eine Funktion zum Öffnen des Schaltkreises, nämlich der Kontakte des Schaltschlosses des Schutzschalters 2 oder andere, die gleichzeitig von der Funktion thermische Trennung und der Funktion Sicherung gegen Kurzschlüsse abhängen.
7 und 8 der beigefügten Zeichnungen zeigen zwei mögliche Schaltpläne zur Anwendung bei der Ausführungsform nach dem Schaltplan aus 6.
Somit ist bei der in 7 dargestellten Ausführungsform das thermische Element 21 bzw. ein Bimetallplättchen des Schutzschalters 2 durch eine thermische Verbindung 100 mit dem Varistor 12 des Blitzschutzblocks 1 thermisch verbunden. Selbst wenn somit das Bimetallplättchen 21 des Schutzschalters 2 keine ausreichende Ablenkung erfährt, wenn es von Strömen durchflossen wird, die bei einer thermischen Instabilität des Varistors 12 auftreten, erzeugt die thermische Verbindung zwischen dem genannten Varistor 12 und dem Bimetallplättchen bzw. dem thermischen Element 21 eine ausreichende Ablenkung, um das Auslösen des Schaltschlosses des Schutzschalters 2 hervorzurufen. Das Bimetallplättchen des Schutzschalters 2 führt nicht unbedingt Strom, so dass es keine besonderen Ansprüche bei der Herstellung stellt und keinen Kostenaufwand darstellt.
Bei der Ausführungsform nach 8 ist der thermische Schutzschalter 11 des Blitzschutzblocks 1 mit dem Varistor 12 über eine thermische Verbindung 100 verbunden und besteht aus einer Niedertemperaturlötstelle, die mit einer mechanischen Vorrichtung 22 in Form eines elastischen Plättchens, das das Schloss des Schutzschalters 2 nach dem Schmelzen der thermischen Trennvorrichtung 11 auslöst, zusammenwirkt.
Das elastische Plättchen, welches die mechanische Vorrichtung 22 bildet, kann beispielsweise mit dem einen Ende eingelassen und mit seinem anderen Ende an den thermischen Schutzschalter 11 angelötet sein, so dass bei Schmelzen des letztgenannten das freigegebene Ende des Plättchens sich elastisch verlagern kann, um an einen Vorsprung zum Auslösen des Schlosses des Schutzschalters 2 anzuschlagen. Das Schmelzen des thermischen Schutzschalters 11 kann unter der Wirkung von Hitze einer thermischen Instabilität des Varistors 12 erfolgen.
Durch die Erfindung ist es möglich, eine Schutzvorrichtung gegen durch Blitzschlag verursachte Überspannungen zu schaffen, die kompakt im Aufbau ist und mit der eine zusammenhängende Signalgebung möglich ist und die dabei zugleich die fortbestehende Betriebsfähigkeit gewährleistet und einfach zu installieren ist.
Ferner ermöglicht die Erfindung eine Optimierung der Anwendung des Schutzschalters, der speziell darauf ausgelegt sein kann, die Funktionen thermischer Schutz vor Kurzschlüssen und thermische Trennung ausführen kann, so dass die Leistung der Vorrichtung insbesondere hinsichtlich Restspannung verbessert ist, wobei die Länge der Verkabelung wesentlich vermindert ist und der Spannungsabfall bei Fließen eines Blitzstroms optimiert ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Es sind weiterhin Abwandlungen möglich, insbesondere hinsichtlich der Beschaffenheit verschiedener Elemente oder aber durch Ersetzen technisch entsprechender Teile, ohne dabei das Schutzgebiet der Ansprüche zu verlassen.

Claims

Schutzvorrichtung gegen durch Blitzschlag verursachte Überspannungen, bestehend aus einer Kombination aus einem Blitzschutzblock (1) und einem Schutzschalter (2), die zu einer kompakten Baueinheit verbunden sind, wobei der Blitzschutzblock (1) im Wesentlichen einen thermischen Trenner (11), einen Varistor (12), eine optische Signaleinrichtung (14) und eine Entladefunkenstrecke (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Blitzschutzblock (1) mit einem Schutzschalter (2) zu einer kompakten Baueinheit verbunden ist, wobei der thermische Trenner (11), der Varistor (12) und die optische Signaleinrichtung (14) in einer Kassette (15) angeordnet ist, die elektrisch und mechanisch in den Sockel des Blocks (1) steckbar ist, wobei der Blitzschutzblock (1) mit einem integrierten elektrischen und mechanischen Verbindungsmittel versehen ist, das einteilig mit dem genannten Block (1) ausgebildet ist, wobei der Blitzschutzblock (1) eine Aussparung (1') aufweist, die mit mindestens einem elektrischen und mechanischen Verbindungsmittel versehen ist, das dazu vorgesehen ist, elektrisch mit einer Seite des Schutzschalters (2) zusammenzuarbeiten, wobei der genannte Schutzschalter (2) in der Aussparung (1') an dem Blitzschutzblock (1) sitzt und wobei durch die Vorrichtung der Schutz vor Kurzschlüssen der varistorbasierten Blitzschütze erreicht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzschalter (2) einen einzigen geschützten Pol aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blitzschutzblock (1) eine einzige Kassette (15) enthält, in der der Varistor (12) und der zugehörige thermische Schutzschalter (11) eingebaut sind, wobei die Entladefunkenstrecke (16) in dem Block (1) angeordnet ist.
Schutzvorrichtung gegen durch Blitzschlag verursachte Überspannungen, bestehend aus einer Kombination aus einem Blitzschutzblock (1) und einem Schutzschalter (2), die zu einer kompakten Baueinheit verbunden sind, wobei der Blitzschutzblock (1) im Wesentlichen einen thermischen Schutzschalter (11), einen Varistor (12), eine optische Signaleinrichtung (14) und eine Entladefunkenstrecke (16) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Blitzschutzblock (1) mit dem Schutzschalter (2) zu einer kompakten Baueinheit verbunden ist, wobei der thermische Trenner (11), der Varistor (12) und die optische Signaleinrichtung (14) in einer Kassette (15) angeordnet sind, die elektrisch und mechanisch in den Sockel des Blocks (1) steckbar ist, wobei die Schutzvorrichtung ferner zwei Funktionen der Öffnung des Schalters umfasst, die miteinander verbunden sind, und zwar einerseits einen Schutz vor Kurzschlüssen, die die gesamte nachgelagerte Installationseinrichtung vor einem gefahrbringenden Ende der Lebensdauer des Blitzschutzes in Form eines satten Kurzschlusses schützt und den Blitzschutz in genanntem Fall von der Anlage trennt, um den Fortbestand des Betriebs derselben sicherzustellen, und andererseits einen thermischen Schutz, der den Varistor bei einer thermischen Instabilität aufgrund der Alterung und der Erhöhung des Verluststroms des Varistors trennt, sowie zwei ebenfalls verbundene Signalisierungsfunktionen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Funktionen der thermischen Trennung und des Kurzschlusses, sowie einen visuell oder fernwirkenden Signalgeber für das Ende der Lebensdauer des Blitzschutzes, der gleichzeitig von der Funktion thermische Trennung und der Funktion Sicherung gegen Kurzschlüsse des Blitzschutzes und des Leitungsnetzes abhängig ist, und eine Funktion der Öffnung des Schaltkreises, nämlich Kontakte des Schaltschlosses des Schutzschalters (2) oder andere, die gleichzeitig von der Funktion thermische Trennung und der Funktion Sicherung gegen Kurzschlüsse abhängen, integriert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisches Element (21) oder ein Bimetallplättchen des Schutzschalters (2) durch eine thermische Verbindung (100) mit dem Varistor (12) des Blitzschutzblockes (1) thermisch verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Trenner (11) des Blitzschutzblocks (1) mit dem Varistor (12) über eine thermische Verbindung (100) verbunden ist und aus einer Niedertemperaturlötstelle besteht, die mit einer mechanischen Vorrichtung (22) in Form eines elastischen Metallplättchens, das das Schloss des Schutzschalters (2) nach dem Schmelzen des thermischen Trenners (11) auslöst, zusammenwirkt.