DE69104860T2

DE69104860T2 - Abtrennbarer Überspannungsableiter für Niederspannungsnetz.

Info

Publication number: DE69104860T2
Application number: DE1991604860
Authority: DE
Inventors: Patrick Aubelis; Michel Bonniau; Jacques Chatelet
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1991-02-04
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2011-02-05
Also published as: ES2065652T3; EP0441722B1; FR2657994A1; EP0441722A1; DE69104860D1; FR2657994B1

Description

Die Erfindung bettrifft einen Überspannungsableiter mit Isolierstoffgehäuse, in dem ein Überspannungsbegrenzer mit nicht linearen spannungsabhängigen Bauelementen, eine Trennvorrichtung mit Kontakten, die über einen zwischen einer Einschalt- und einer Ausgelöst- Stellung entsprechend der geöffneten bzw. geschlossenen Stellung der Kontakte verschwenkbaren Mechanismus mit einem Kipphebel betätigt werden, eine mit dem Mechanismus zusammenwirkende Auslöseschaltung zur Überführung der Kontakte der Trennvorrichtung in die ge öffnete Stellung bei Zerstörung des Überspannungsbegrenzers durch Ablauf der Lebensdauer der genannten nichtlinearen Bauelemente sowie Klemmen zum Anschluß des Überspannungsableiters zwischen Netz und Erde montiert sind, wobei die Rückstellung des Mechanismus' nach einer durch eine automatische Auslösung bedingten Trennung des Überspannungsableiters verhindert wird.
Bei dem in der Druckschrift EP 130851 beschriebenen Überspannungsableiter ist der Antrieb des Mechanismus nicht zugänglich, um bei Zerstörung der Varistoren jegliches Wiedereinschalten zu verhindern. Die Auslieferung des Überspannungsableiters muß zwingend in eingeschaltem Zustand mit gespanntem Mechanismus und geschlossenen Kontakten erfolgen. Der Auslöser ist jedoch empfindlich gegen mechanische Stöße, die während des Transports oder beim Anschluß des Überspannungsableiters auftreten können. Dadurch kann es zu einer ungewollten Auslösung des neuen Überspannungsableiters mit Öffnung der Kontakte kommen, wobei eine Rückstellung des Mechanismus' nicht möglich ist. Der Überspannungsableiter wird dadurch unbrauchbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen trennbaren Überspannungsableiter zu schaffen, der gegen mechanische Stöße unempfindlich ist und eine Inbetriebnahme in einwandfreien Zustand gewährleistet.
Der erfindungsgemäße Überspannungsableiter ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel so mit einer Abdeckung zusammenwirkt, daß er in der Ausgelöst-Stellung zugänglich und in der Einschaltstellung unzugänglich ist, wodurch der Überspannungsableiter mit gespanntem Mechanismus und dem Kipphebel in Ausgelöst-Stellung ausgeliefert werden kann, und daß der Mechanismus Mittel zur Speicherung der automatischen Auslösung aufweist, die bei dem Versuch, den Mechanismus mit Hilfe des Kipphebels zu spannen, durch Halten der Kontakte in der geöffneten Stellung ein Rückgängigmachen der Trennung verhindern.
Die Auslöseschaltung umfaßt einen Differenzstrom-Meßwandler, der einem Relais mit hoher Ansprechempfindlichkeit zugeordnet ist, dessen Anker durch den Mechanismus im gespannten Zustand verriegelt ist, wobei die Inbetriebnahme des Überspannungsableiters nach Herstellung der Anschlußverbindungen an den Klemmen durch Überführung des Kipphebels von der Ausgelöst-Stellung in die Einschaltstellung erfolgt, wodurch der genannte Anker des Relais entriegelt wird.
Zur Speicherung der automatischen Auslösung nach einer unumkehrbaren Trennung muß lediglich die Rückholfeder eines der Übertragungselemente weggelassen werden, um den Mechanismus im entspannten Zustand zu halten und so jegliche manuelle Rückstellung nach einer automatischen Auslösung zu verhindern.
Die Abdeckung ist an der Frontseite des Isolierstoffgehäuses angebracht und weist eine Aussparung zum Verschwenken des Kipphebels auf, der in der Einschaltstellung in die Abdeckung hineinragt, um so jede manuelle, nicht durch die Auslösung des Relais bewirkte Trennung des Überspannungsableiters zu verhindern.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile und Merkmale näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1 den Schaltplan des zwischen Netz und Erde geschalteten trennbaren Überspannungsableiters;
- Figur 2 das Prinzip des Betätigungsmechanismus' des Überspannungsableiters;
- Figur 3 einen Schnitt durch den Überspannungsableiter mit dem Kipphebel in der Ausgelöst-Stellung.
Die Figuren zeigen einen trennbaren Überspannungsableiter 10 zum Schutz einer elektrischen Installation oder eines Niederspannungs- Verteilernetzes gegen die Folgen interner oder externer Überspannungen. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines einpoligen Überspannungsableiters 10 mit Neutralleiterpfad, der an ein Einphasennetz mit einem Phasenleiter L und einem Neutralleiter N angeschlossen ist, wobei die Erfindung jedoch ebenso auf einen mehrpoligen Überspannungsableiter anwendbar ist. Der Überspannungsableiter ist von einem Isolierstoffgehäuse 12 umgeben, in dem ein Überspannungsbegrenzer 14 mit spannungsabhängigen Bauelementen, eine Trennvorrichtung 16 mit über einen Mechanismus 22 betätigten Kontakten 18, 20, und eine Auslöseschaltung 24 montiert sind, die mit dem Mechanismus 22 zusammenwirkt, um die Abtrennung des Überspannungsableiters 10 nach Ablauf der Lebensdauer des Überspannungsbegrenzers 14 zu bewirken. Ein solches Schutzorgan ist in der EP-A-130851 detailliert beschrieben. Das Gehäuse 12 weist drei Klemmen 26, 28, 30 zum Anschluß an den Phasenleiter L, den Neutralleiter N und Erde T auf, um so eine Parallelschaltung des Überspannungsableiters 10 zwischen dem Netz und Erde T zu gewährleisten.
Der Überspannungsbegrenzer 14 weist drei Varistoren 32, 34, 36 auf, die im Stern mit einem gemeinsamen Punkt 38 geschaltet sind, um eine dreifache Überspannungsbegrenzung zwischen Phase und Neutralleiter, Neutralleiter und Erde sowie Phase und Erde zu ermöglichen. Die Varistoren 32, 34, 36 sind zwischen den gemeinsamen Punkt 38 und den Kontakt 20 bzw. den Kontakt 18 und Erde T geschaltet.
Die beiden Kontakte 18, 20 der Trennvorrichtung 16 sind elektrisch zwischen die Varistoren 34, 32 und die Klemmen 28, 26 geschaltet.
Die Auslöseschaltung 24 weist einen zwischen dem gemeinsamen Punkt 38 und dem Varistor 32 um einen Leiter gelegten Differenzstrom-Meßwandler 40, eine Signalverarbeitungsschaltung 42 zur Verarbeitung des vom Meßwandler 40 gelieferten Signals sowie ein Auslöserelais 44 des Mechanismus' 22 auf. Die Bauart des Relais 44 mit hoher Ansprechempfindlichkeit ist in der Druckschrift FR-A-2630256 beschrieben.
Der Betätigungsmechanismus 22 (Figur 2 und 3) für die Kontakte 18, 20 der Trennvorrichtung 16 ist ähnlich aufgebaut wie der Mechanismus eines Differenzstrom-Schutzschalters, der beispielhaft in der französischen Patentanmeldung 8816593 beschrieben ist. Der Mechanismus 22 weist einen Kipphebel 46 auf, der auf einer Achse 48 gelagert ist und zwischen einer Einschaltstellung (gestrichelte Linie in Figur 3) und einer Ausgelöst-Stellung (durchgezogene Linie in Figur 3) verschwenkt werden kann, die der geschlossenen bzw. geöffneten Stellung der Kontakte 18, 20 entsprechen. Ein Übertragungselement 50 ist mit dem Kipphebel 46 an einem außermittigen Punkt verbunden, der die Drehachse 52 eines Kniehebelgelenks bildet.
Auf der der Drehachse 52 gegenüberliegenden Seite wirkt das Übertragungselement 50 mit einem ersten, mit einem Rasthebel 56 verbundenen Auflager 54, sowie mit einem zweiten Auflager 58 zusammen, das fest mit der auf die Kontakte 18, 20 wirkenden Schaltstange 60 verbunden ist. Der Rasthebel 56 kann um eine Achse 62 zwischen einer gespannten und einer entspannten Stellung verschwenkt werden und weist eine Rastzunge 64 auf, die dazu dient, mit einer Rückhaltenase 66 einer Verriegelung 68 zusammenzuwirken.
Die Verriegelung 68 ist mit begrenztem Drehwinkel auf einer Achse 70 gelagert, um die sie zwischen einer entriegelten und einer verriegelten Stellung verschwenkt werden kann, und wirkt mit einem Exzenter 72 zusammen, der gelenkig auf einer Achse 74 gelagert ist.
Ein Auslösehebel 76 ist drehbar auf einer Achse 78 gelagert und kann zwischen einer Arbeitsstellung entsprechend der Erregung des Relais 44 und einer Ruhestellung entsprechend dem nicht ausgelösten Zustand verschwenkt werden. Ein erster Antriebsarm 80 des Auslösehebels 76 dient dazu, durch den Auslösestift des Relais 44 beaufschlagt zu werden (siehe Pfeil F in Figur 2), dessen Spule bei der Zerstörung einer der Varistoren 32, 34, 36 erregt wird. Der Auslösehebel 76 weist einen zweiten Antriebsarm 82 auf, der mit einem Vorsprung 84 des Exzenters 72 so zusammenwirkt, daß die Verriegelung 68 bei Auslösung des Relais 44 freigegeben wird.
Der Mechanismus 22 weist zwischen dem Relais 44 und der Schaltstange 60 drei Reduktionsstufen auf.
Wenn eines der Auflager 54, 56 das untere Ende des Übertragungselements 50 freigibt, wird die Schaltstange 60 durch eine erste Rückholfeder 86 (Figur 3) in Richtung der geöffneten Stellung der Kontakte 18, 20, beaufschlagt.
Eine zweite Rückholfeder 88 beaufschlagt den Auslösehebel 76 in Richtung der Ruhestellung, insbesondere bei einer automatischen Rückstellung des Relais 44 nach dem Öffnen der Kontakte 18, 20.
In der zweiten und dritten Reduktionsstufe des Mechanismus 22 wird eine der Rückholfedern der Verriegelung 68, des Exzenters 72 bzw. des Rasthebels 56 weggelassen, so daß nach einer automatischen Auslösung durch das Relais 44 jeglicher Versuch, den Mechanismus 22 mit Hilfe des Kipphebels 46 rückzustellen, verhindert wird. Die Verhinderung des erneuten Schließens der Kontakte 18, 20 ergibt sich aus der Speicherung der Trennung.
Die Frontseite des Gehäuses 12 weist eine Abdeckung 90 (Figur 3) mit einer Aussparung 92 zum Verschwenken des Kipphebels 46 auf. In der Einschaltstellung (gestrichelte Linie), ragt der Kipphebel 46 unter die Abdeckung 90, wodurch jede manuelle, nicht durch die Auslösung des Relais 44 bewirkte Trennung des Überspannungsableiters 10 verhindert wird. In der Ausgelöst-Stellung (durchgezogene Linie) ist der Kipphebel 46 zugänglich.
Funktionsweise und Inbetriebnahme des Überspannungsableiters 10 gemäß Figur 1 bis 3 sind nachstehend beschrieben:
Bei der Auslieferung des Überspannungsableiters 10 befindet sich der Kipphebel 46 in der Ausgelöst-Stellung. Die Kontakte 18, 20 sind geöffnet, und das Relais 44 ist gespannt, wobei sein Anker aufgrund der Rückstellwirkung des ersten Antriebsarms 80 in der angezogenen Stellung gehalten wird. Die drei mechanischen Verbindungen des Mechanismus' 22 zwischen dem zweiten Antriebsarm 22, dem Exzenter 72, der Verriegelung 68 und dem Rasthebel 56 sind ebenfalls gespannt, und die Reibungskräfte innerhalb der Verbindungen reichen aus, um diesen Zustand aufrechtzuerhalten. Während des Transports oder beim Anschluß auftretende mechanische Stöße haben daher keinen Einfluß auf den gespannten Zustand des Mechanismus' 22.
Die Inbetriebnahme des Überspannungsableiters 10 erfolgt durch den Installateur nach Herstellung der Anschlußverbindungen an den Klemmen 26, 28, 30. Der Kipphebel 46 wird von der Ausgelöst-Stellung (durchgezogene Linie) in die Einschaltstellung (gestrichelte Linie) verschwenkt, in der er vollständig unter die Abdeckung 90 ragt. Die Kontakte 18, 20 sind nun geschlossen und der Kipphebel 46 nicht mehr zugänglich, so daß jede manuelle Trennung des Überspannungsableiters 10 verhindert wird. Der Anker des Relais 44 ist nun entriegelt und kann bei Erregung der Spule des Relais 44 wirksam werden.
Im Normalbetrieb des Überspannungsableiters 10 gewährleisten die Varistoren 32, 34, 36 des Überspannungsbegrenzers 14 sowohl in Sammel- als auch in Differentialanordnung einen wirksamen Schutz ge gen Überspannungen. Ansprechempfindlichkeit und Ansprechzeit der dem Meßwandler 40 zugeordneten Signalverarbeitungsschaltung 24 werden so gewählt, daß kleine Fehlerströme sowie im Normalbetrieb auftretende Einschwingströme passieren können.
Ein durch alterungsbedingte Zerstörung der Varistoren 32, 34, 36 auftretender hoher Fehlerstrom hat das automatische unverzögerte Ansprechen des Mechanismus' 22 zur Folge, nachdem das Relais 44 durch Beaufschlagung des ersten Antriebsarm 80 des Auslösehebels die Entriegelung bewirkt hat. Die Öffnung der Kontakte 18, 20 trennt den Überspannungsableiter 10 vom Netz und überführt den Kipphebel 46 in die Ausgelöst-Stellung. Das Relais 44 wird automatisch rückgestellt, allerdings bleibt eine der anderen mechanischen Verbindungen des Mechanismus' 22 aufgrund der fehlenden Rückholfeder auf Dauer entriegelt. Daraus ergibt sich eine Speicherung der Trennung, die jegliche Rückstellung des Mechanismus' 22 durch den Kipphebel 46 verhindert. Bei dem Versuch, den Kipphebel 46 in die Einschaltstellung zu verschwenken, bleiben die Kontakte dauerhaft geöffnet, und bei anschließendem Loslassen des Kipphebels 46 nimmt dieser erneut die Ausgelöst-Stellung ein.
Die Ausführung des Mechanismus' 22 erlaubt eine Inbetriebnahme zum Zeitpunkt der Installation, und die Trennung des Überspannungsableiters 10 vom Netz bei Zerstörung des Überspannungsbegrenzers 14 kann nicht rückgängig gemacht werden.
Nach einer (nicht dargestellten) Ausführungsvariante kann der Differenzstrom-Meßwandler 40 durch einen mit dem Schaltmechanismus eines Leistungsschalters zusammenwirkenden elektromagnetischen Auslöser ersetzt werden. Der elektromagnetische Auslöser wird dabei so eingestellt, daß er bei transienten Entladungen über die Varistoren des Überspannungsbegrenzers 14 nicht anspricht.

Claims

1. Überspannungsableiter mit Isolierstoffgehäuse (12), in dem ein Überspannungsbegrenzer (14) mit nicht linearen spannungsabhängigen Bauelementen, eine Trennvorrichtung (16) mit Kontakten (18, 20), die über einen zwischen einer Einschalt- und einer Ausgelöst-Stellung entsprechend der geöffneten bzw. geschlossenen Stellung der Kontakte (18, 20) verschwenkbaren Mechanismus (22) mit einem Kipphebel (46) betätigt werden, eine mit dem Mechanismus (22) zusammenwirkende Auslöseschaltung (24) zur Überführung der Kontakte (18, 20) der Trennvorrichtung (16) in die geöffnete Stellung bei Zerstörung des Überspannungsbegrenzers (14) durch Ablauf der Lebensdauer der genannten nichtlinearen Bauelemente sowie Klernnien (26, 28, 30) zum Anschluß des Überspannungsableiters (10) zwischen Netz und Erde montiert sind, wobei die Rückstellung des Mechanismus' (22) nach einer durch eine automatische Auslösung bedingten Trennung des Überspannungsableiters (10) verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (46) so mit einer Abdeckung (90) zusammenwirkt, daß er in der Ausgelöst-Stellung zugänglich und in der Einschaltstellung unzugänglich ist, wodurch der Überspannungsableiter (10) mit gespanntem Mechanismus (22) und dem Kipphebel (46) in Ausgelöst-Stellung ausgeliefert werden kann, und daß der Mechanismus (22) Mittel zur Speicherung der automatischen Auslösung aufweist, die bei dem Versuch, den Mechanismus (22) mit Hilfe des Kipphebels (46) zu spannen, durch Halten der Kontakte (18, 20) in der geöffneten Stellung ein Rückgängigmachen der Trennung verhindern.

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseschaltung (24) einen Differenzstrom-Meßwandler (40) umfaßt, der einem Relais (44) mit hoher Ansprechempfindlichkeit zugeordnet ist, dessen Anker durch den Mechanismus (22) im gespannten Zustand verriegelt ist, wobei die Inbetriebnahme des Überspannungsableiters (10) nach Herstellung der Anschlußverbindungen an den Klemmen (26, 28, 30) durch Überführung des Kipphebels (46) von der Ausgelöst-Stellung in die Einschaltstellung erfolgt, wodurch der genannte Anker des Relais (44) entriegelt wird, so daß dieses bei Erregung seiner Spule wirksam werden kann.

3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Übertragungselemente des Mechanismus (22) keine Rückholfeder aufweist, um eine Rückstellung des Mechanismus' nach erfolgter automatischer Auslösung zu verhindern.

4. Überspannungsableiter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (90) an der Frontseite des Isolierstoffgehäuses (12) angebracht ist und eine Aussparung (92) zum Verschwenken des Kipphebels (46) aufweist, der in der Einschaltstellung unter die Abdeckung (90) ragt, um so jede manuelle, nicht durch die Auslösung des Relais (44) bewirkte Trennung des Überspannungsableiters (10) zu verhindern.

5. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseschaltung (24) einen elektromagnetischen Auslöser umfaßt, der mit einem Schaltmechanismus (22) eines Leistungsschalters zusammenwirkt und gegen transiente Entladungen, die über den Überspannungsbegrenzer 14 abgeleitet werden, unempfindlich ist.

6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht linearen Bauelemente des Überspannungsbegrenzers (14) als Varistoren ausgeführt sind.