DE7527668U - Anordnung zum Überspannungsschutz von Niederspannungsanlagen - Google Patents

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H. Barteis '

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G 75 27 668.5 Reg.-Nr. 124 802

Unsere Ref.: 84 09src

CERBERUS AG, Männedorf / Schweiz

Anordnung zum überspannungsschutz von Niederspannungsanlagen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum überspannungsschutz von Niederspannungsanlagen, welche aus einem Gasentladungsüberspannungsableiter und einem spannungsabhängigen Widerstand besteht.

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Telefonische Auskünfte und 'Aufträge sind nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich

Unter Niederspannungsanlagen werden dabei Anlagen mit einer Nennoder Betriebsspannung bis etwa 1000 V verstanden, '.^besondere also Einrichtungen der allgemeinen Stromversorgung mit Gleich- oder Wechselspannung z.B. 120 bzw. 220/380 V, 290/500 V, oder 660 V, · aber ebenso auch nieder- oder kleinspannungbetriebene Fernmelde-, Mess-, Steuer- und Regelanlagen.

Solche Anlagen sind durch Ueberspannungen gefährdet, die ihren Ursprung beispielsweise in atmosphärischen oder nuklearen Entladungen, in direkten Kontakten, kapazitiver odei* induktiver Kopplung mit andern elektrischen Anlagenj welche höhere Spannungen führen, oder in Schaltvorgängen in den Anlagen selbst haben.

Zürn Schutz von Niederspannungsanlagen'vor solchen Ueberspannungen wurden bisher vor allem zwei Bauteile verwendet, nämlich gasgefüllte Uebcrspannungsableiter und spannungsabhängige Widerstände.

Die Hauptvorteile gasgefüllter Ueberspannungsableiter liegen in ihrem hohen Widerstand im Ruhezustand und dBm grossen Ableitvermögen, sowohl für energiereiche Einzelimpulse,wie auch für Dauerströme. Sie haben jedoch den Nachteil, nach einmal erfolgter Zündung auch nach dem Abklingen der Ueberspannung nicht mehr zu löschen, wenn die Betriebsspannung der zu schützenden Anlage bei hochohmiger Speisung über der Glimmbrennspannung des Ableiters (100 - 150 V)

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•oder bei niederohmiger Speisung über der Bogenbrennspannung (10 - 25 V) liegt. In diesem Fall müssen Sicherungen oder Leitungsschutzschalter den.Strom unterbrechen und damit die Anlage ausser Betrieb setzen.

Uhi einen sicheren Schutz zu erhalten wird die Ansprechspannung der Ableiter aber bei bekannten Anordnungen so knapp wie möglich •"> ' über der Nenn- oder Betriebsspannung der Anlage gewählt, im allgemeinen wenig höher als das 1, 2fache der Nenn- oder Betriebsspannung. Das führt dann zu sehr häufigem Ansprechen der Ableiter und damit zu den erwähnten Betriebsunterbrüchen, wenn vor allem interne Schaltvorgänge in der Anlage selbst zahlreiche Üeberspannungen erzeugen. Solche Betriebsunterbrüche sind störend, oft kostspielig und in vielen Fällen untragbar.

* ■ ■ ■

Spannungsabhängige Widerstände (VDR), insbesondere Varistoren,

d.h. Widerstände mit einem negativen Spannungsexponenten des Widerstandes zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Widerstand mit zunehmender Spannung kleiner wird. Sie eignen sich daher prinzipiell zum Schutz vor Üeberspannungen, haben aber den Nachteil, dass ihre begrenzte Leistungsaufnahme die Ableitung energiereicherer Ueberspannungen verunmöglicht. Stärkere Ströme zerstören das Schutzelement, ohne dass diese Störung ohne weiteres erkannt wird. Der Schutz der Anlage ist dann nicht mehr vorhanden. Um diesen

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Nachteil zu vermeiden, mussten bisher die Varistoren erheblich überdimensioniert werden oder es mussten Varistoren mit einem relativ niedrigen Spannungsexponenten des Widerstandes verwendet werden,

um bei zu starkem Stromanstieg eine unzulässige Erwärmung

durch die aufgenommene elektrische Leistung zu verhindern.

In verschiedenen Vorveröffentlichungen (US-PS 3497 764, DT-OS 1 947 04G, DT-OS 23 55 421) ist bereits vorgeschlagen worden, dadurch eine Verbesserung des Ueberspannungsschutzes zu erreichen, dass einem bekannten gasgefiillten Ueberspannungsableiter ein spannungsabhängiger "Widerstand parallel geschaltet wird. Diese beschriebenen Anordnungen waren jedoch nicht in der Lage, die bei der separaten Verwendung gasgefüllter Ueberspannungsableiter bzw. Varistoren auftretenden Nachteile zu beseitigen, zumindest lassen sich aus der Beschreibung dieser Anordnungen keine Hinweise entnehmen, auf welche Weise sich die genannten Unzulänglichkeiten beheben lassen. '

Ziel der Bestrebungen ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile und insbesondere die Schaffung einer auch nach mehrmaligem Ansprechen noch betriebssicher arbeitenden Ueberspannungsschutz-Anordnung für Niederspannungsanlagen, ohne Betriebs-Unterbruch nach jedem Ansprechen, und bei welcher eine Zerstörung von Bauteilen durch bestimmte Arten von Ueberi>pann»-ngen vermieden wird, und zwar soll dabei in kritischen Anlageteilen die auftretende Ueberspanrsung

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.auf ein solches Mass reduziert werden, dass weder Bauteile beschädigt noch Personen gefährdet werden können. Eine solche Ueberspannungsschulzanordming soll einfach aufgebaut und herzustellen sein, kleine Abmessungen aufweisen und ohne Schwierigkeit auswechselbar und überprüfbar sein.

Vorteilhaft ist es dazu, wenn die Ansprechspannung des Gasentladungs-Ueberspannungsableiters mindestens das Doppelte der Kenn- bzw. Betriebsspannung der Anlage betragt. z.B. in ei.nnm bevorzugten Aus'i'uhriincjstieispiel zwischen 500 und 1500 Volt.

Eine besonders günstige Ausführungsform der Anordnung ergibt sich, wenn die Kennlinie des Varistors so gewählt wird, dass sein negativcr Spannungsexponent des Widerstandes mindestens 2 beträgt.

Eine besonders günstige, mechanische Anordnung ergibt sich, wenn

beide Bauteile der Anordnung nebeneinander zwischen zwei parallelen Schienen angeordnet sind, welche in einer bevorzugten AusfLhrungs- - form ein Profil besitzen, welches Αεί besonders in Telephonanlagen

gebräuchlichen Stecksockeln entspricht.

Figur 1 zeigt die Prinzipschaltung einer solchen Ueberspannungsschutzanordnung, bei welcher die geschützte Niederspannungsanlage A zwischen den Versorgungsleitungen Ll und L2 liegt. Die parallel zur

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-Niederspannungsanlagc Λ geschaltete Ueberspnnnungsschutzanordnung besteht aus der Parallelschaltung eines an.sich bekannten gasgefüllten Ueberspannungsableitcrs G und eines spannungsabhängigen Widerstand^ z.B. einem Varistor V.

Vorteilhafterweise sind nun die Charakteristiken des gasgefüllten Uberspannungsableiters G und des Varistors V zueinander und gegenüber der Nenn- und Betriebsspannung U^ so gewählt, dass beide Bauelemente sich gegenseitig ergänzen, und zwar in der Weise, dass das eine Bauelement gerade in dem Ueberspannungsbereich wirksam wird, wo das andere die von vorbekannten Anordnungen bekannten Nachteile zeigt. Anhand von Figur 2 ist die Wirkungsweise dieser neuen Kombination erläutert. Die Ansprechspannung- U^ des gasgefüllten Ueberspannungsableiters G ist so gewählt, dass sie über der doppelten Nenn- oder Betriebsspannung Ug liegt,, vorzugsweise beim 3- bis 5-fächern dieser Spannung. Dadurch kann erreicht werden, dass der Überspannungsableiter nur bei den nur selten zu erwartenden hohen und energiereichen Ueberspannungen, z.B. Kernexplosion3n_/ansprich_/Die häufiger auftretenden, niedrigen und energieschwachen Ueberspannungen, wie sie vor allem durch interne Schaltvorgänge erzeugt werden, können also nicht mehr zum Ansprechen des Ueberspannungsableiters führen. Die Ableitung solcher Ueberspannungen übernimmt allein der Varistor, so dass bei solchen niedrigen Ueberspannungen kein Betriebsunterbruch mehr stattfinden kann,

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jedoch führen bei energiereichen Ueberspannungen dank der* Kennlinie des Varistors die entstehenden hohen Ströme zu einem grossen Spannungsabfall, wodurch der Gasentladungs-Ueberspannungsableiter gezündet wird, so dass in allen Fällen ein sicherer 5chutz gewährleistet ist.

. Durch diese Anordnung wird also erreicht, dass einerseits sämtliche

in der Praxis auftretenden Arten von Ueberspannungen sicher abgeleitet /"N. * werden und dass dabei die gesamte Anordnung ihre Funktionsfähigkeit

behält.

" ' Andererseits

ist durch die Wahl der Ansprechspannung'des Gasentladungs-Uebertpannungsableiters sichergestellt, dass der Varistor-Strom auf einen Wert I begrenzt wird und somit .der Varistor nicht zerstört wird und seine Funktionsfähigkeit.behält, auch bei grösseren Spannungsexponenten (_>. 5).

· Figur 3 zeigt ein Beispiel einer besonders zweckmäßigen Aasführung

der erfindungsgemässen Ueberspannungs-Schutzanordnung. Dabei sind der gasgefüllte Ueberspannungsableiter G und der Varistor V nebeneinander zwischen zwei Metallschienen Ml und M2 angeordnet. In dem beschriebenen Beispiel haben sowohl der gasgefüllte Ueberspannungsableiter G und der Varistor V zylinderform, mit Kontaktflächen an beiden Enden. Die Achsen beider Zylinder sind parallel zueinander und senkrecht zu den Mittelflächon der beiden Kontaktschienen Ml und M2 angeordnet. Zum Ausgleich der Längenunterschiede des Ueber-

spannungsableiter G und des Varistors dienen zwei metalliiiche Distanzstücke Dl und D2, welche jeweils mit den Metallschienen Ml und M2 leitend verbunden sind, andererseits mit den Kontaktflächen des Ueberspannungsableiters G und des Varistors V. Um eine leichtere Auswechselbarkeit und Ueberprüfbarkeit zu gewährleisten, ist es zv/eckmässig, die Ränder der Metallschienen Ml und M2 so umzubiegen und zu dimensionieren, dass ihr Profil und ihre Abmessungen denen bekannter

--ν . Stecksockcl entspricht, wie sie beispielsweise in Telephonanlagen Ver-

wendung finden, beispielsweise mit Li-Profil, mit stumpfen Winkeln

wie in Figur 3 dargestellt. Dabei ist an der Frontseite ein Isolierteil S vorgesehen, an dessen beiden Seiten die Metallflächen Ml und M2 befestigt sind. Zwischen den Flächen sind wiederum mittels der Distanzbügel D 1 und D2 der gasgefüllte Ueberspannungsableiter G und der Varistor V so angeordnet, dass eine feste Verbindung entsteht. Der Varistor kann auch vergossen sein. Damit wird ein Schute des Varistors vor mechanischen Beschädigungen, Feuchtigkeit und 'Korrosion, sowie eine ^-' . gute Wärmeableitung und eine zusätzliche Stützung der Schienen erreicht.

Ausserdem zeichnet sich eine solche Anordnung durch eine besonders kleine Induktivität aus, so dass auch bei grossen und raschen Stromänderungen die induzierten Spannungen klein bleiben und somit die Wirksamkeit der Anordnung zusätzlich verbessert wird.

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Claims (6)

5 C N ο T Z A N 5 P R U E C M E ■ l~^

1) Anordnung zum Überspannungsschutz von Niederspannungsanlagen,

Vielehe aus einem gasgefüllten Überspannungsableiter und einem

insbesondere Varistor, ,

sρannungsabhängigen Widerstand/bestellt, aacuren gekennzeichnet, daß der Varistor (V) und der Überspannungsableiter (G) nebeneinander zwischen zwei parallelen Metallschienen (M M₂) angeordnet sind.

2) Anordnung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalls^hienen M₁, M₂) als Steckelemeut ausgebildet sind.

3) Anordnung nach Anspruch ι oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschienen (M₁, M-) ein U-Profil iait stumpfen Winkeln besitzen.

) Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß überspannungsableiter (G) und Varistor (V) Zylinderform besitzen und daß ihre Achsen parallel zueinander und senkrecht zur Fläche der Metallschienen (M^, M₂) angeordnet sind.

) Anordnung nach einem der Ansprüche l bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Varistor (V) und/oder überspannungsableiter (G) einerseits und den Metallschienen (M₁ , M₂) andererseits Distanzstücke (D₁, D₂) zum Längenausgleich angeordnet sind.

6) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (V) zwischen den Metallschienen (M₁, M₂) in einer Isolierinasse vergossen angeordnet ist.

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