DK164427B - Overspaendingsbeskyttelsesapparat - Google Patents

Description

DK 164427 B

Den foreliggende opfindelse angår et overspændingsbeskyttelsesapparat af den i krav l's indledning angivne art. Et sådant overspændingsbeskyttelsesapparat er i den foretrukne udførelsesform kendt fra DE-AS 27 18 188. Hermed opnås den fordel, 5 at ved forekomsten af mindre overspændinger og tilsvarende små strømme, som skal afledes, reagerer kun varistoren som første beskyttelsestrin. I sådanne tilfælde er det på den optrædende spændingsfald ikke højt nok til at bringe gniststrækningen, navnlig den der i udførelseseksemplet tilvejebragte luft-glide-overslags-gniststræk-10 ning, til overslag. Først ved større belastninger bliver gniststrækningen virksom som yderligere beskyttelsestrin og dermed som overbelastningsbeskyttelse for varistoren. Ved en sådan konstruktion begrænser gniststrækningen altid spændingen ved forbrugeren og ved varistoren til en næsten konstant værdi. Der kan imidlertid 15 også forefindes andre gniststrækninger end luft-glide-overslags- gniststrækninger, f.eks. gasudladningsafledere, såfremt de har den ønskede strømbelastningsevne. Et sådant overspændingsbeskyttelsesapparat er almindeligt anvendeligt, idet dets foretrukne anvendelsesområde dog er det område, hvori der må regnes med direkte 20 lynnedslag. Sådanne overspændingsbeskyttelsesapparater vil f.eks. blive anvendt i bygninger, hvor direkte lynnedslag i det elektriske anlæg kan forventes.

Det tilfælde kan imidlertid ikke udelukkes, at varistoren, f.eks. på grund af hyppig påvirkning, i tidens løb på grund af 25 langvarige følgestrømme af lynnedslag (såkaldte "lynstrømshaler") ændrer sin strøm-spændingskarakteristik, dvs. bliver lavohmet og derved ved normal driftsspænding fører en utilladelig lækstrøm. En sådan strøm koster ikke kun penge, men kan også føre til en utilladelig forhøjelse af jordpotentialet og under visse omstændigheder til en 30 utilladeligt høj opvarmning af varistoren og dermed af apparatet.

Under visse omstændigheder kan varistoren herved også blive ødelagt. Specielt er der imidlertid ved en sådan ændring af vari-storens karakteristik fare for, at der over varistoren ved forekomsten af en stødstrøm, som skal afledes, ikke mere opstår et til-35 strækkeligt højt spændingsfald og dermed, at den krævede tændspæn-ding ved gniststrækningen heller ikke mere nås, så at denne altså ikke mere kan udføre sin afledefunktion.

Fra de to DE-GM 75 01 349 og 81 05 608 kendes ventil-afledere, som har en seriekobling af gniststrækning, variabel mod- 2

DK 164427 B

stand (varistor) og en sikringsstrimmel. Ved en utilladelig opvarmning vil sikringsstrimlen (loddested) smelte. Dermed er den samlede ven-tilafleder imidlertid adskilt fra nettet, dvs. alt i alt blevet uvirksom.

Fra US patentskrift nr. 42 88 833 kendes to forskellige kreds-5 løb, hvor en varistor, såfremt den fører utilladeligt høj lækstrøm, bliver adskilt fra nettet på grund af den af lækstrømmen forårsagede opvarmning. Varistoren får med denne udkobling imidlertid funktion som en gniststrækning, der slår igennem ved forekomsten af en overspænding, så at den tilsvarende stødstrøm bliver afledet til jord over den 10 defekte varistor. I et af de forannævnte kredsløb findes der kun den beskadigede varistor som en slags gniststrækning, medens den defekte varistor i det andet kredsløb som en slags gniststrækning ligger i serie med en yderligere separat gniststrækning. Ved denne konstruktion løber der ganske vist ikke nogen lækstrøm ved uforstyrrede net-15 forhold, men den som sådan beskadigede varistor bliver i tilfælde af overspænding bevidst anvendt som gniststrækning, dvs. i tilfælde af en lynstrøm bliver den anvendt til gennemtænding af lynstrømmen.

Dette fører imidlertid i reglen til ødelæggelse af varistoren og under visse omstændigheder også til en brand. Den nedenfor anførte for-20 målsangivelse og løsning ifølge opfindelsen bliver ikke berørt af denne seriekobling af en defekt varistor i form af en slags gniststrækning. Hvis varistoren derimod ikke har ændret sig til en slags gniststrækning på grund af en for høj lækstrøm, er overspændingsbeskyttelsen ifølge US patentskrift nr. 42 88 833 alene bestemt af varisto-25 ren. Dette er imidlertid ikke tilstrækkeligt ved forekomsten af en høj overspænding (nærmere lynnedslag) og kan ligeledes føre til beskadigelse og i givet fald brand af varistoren.

I sammenligning med den ovenfor forklarede kendte teknik er det formålet med den foreliggende opfindelse at forbedre et over-30 spændingsbeskyttelsesapparat ifølge krav 1's indledning således, at en på grund af for hyppig påvirkning med stødstrømme, navnlig lyn-stødstrømme eller lignende indtrædende beskadigelse af varistoren (ændring af varistorens strøm-spændingskarakteristik) og den herved optrædende høje lækstrøm ikke forringer gniststrækningens funktion, 35 og at overspændingsbeskyttelsesapparatets funktion alt i alt bevares.

Ifølge opfindelsen opnås dette ved at udforme overspæn-dingsbeskyttelsesapparatet som angivet i krav 1's kendetegnende del. Bortset fra at gennemgangen af en utilladeligt høj lækstrøm over en defekt varistor og de heraf resulterende følger herved er forhindret på 3

DK 164427 B

i og for sig kendt måde, bliver navnlig den fare undgået, at der i tilfælde af en overspænding, hvor en reaktion af gniststrækningen er nødvendig, ikke mere står en tilstrækkelig tændspænding til rådighed ved gniststrækningen, da et spændingsfald, som frembringer denne tænd-5 spænding, ikke mere kan opstå over den defekte varistor. I stedet for den uheldige seriekobling i henhold til US patentskrift nr. 42 88 833 går opfindelsen i henhold til det foreliggende krav 1's indledning ud fra en parallelkobling af varistor og gniststrækning. Dermed er vari-storen ved udkobling af varistoren på grund af en overopvarmning for 10 det første fuldstændigt udkoblet, dvs. den bliver hverken opvarmet utilladeligt højt af en lækstrøm eller får på grund af en overspænding en stødstrøm, som beskadiger eller ødelægger den. Brandfare på grund af en defekt varistor er undgået. Tværtimod er kun gniststrækningen funktionsklar, og denne reagerer og tænder ved passende overspænding.

15 Faldet i varistorkarakteristikken i tilfælde af en beskadigelse af varistoren har altså ingen indflydelse på funktionsberedskabet, dvs. på den sikre tænding af gniststrækningen i tilfælde af overspænding. Dette står i modsætning til konstruktionen ifølge det ovennævnte US patentskrift nr. 42 88 833, hvor varistoren ikke udkobles, men ændres til 20 en gniststrækning. Den kendte konstruktion fører derfor fagmanden ind pi en anden løsningsvej end anordningen ifølge opfindelsen.

I forhold til de nævnte konstruktioner ifølge DE-GM 75 01 349 og 81 05 608 består fordelen i, at ikke hele overspændings-beskyttelsesapparatet, men kun den gren af parallelkoblingen, som 25 indeholder varistoren, afbrydes og dermed bliver uvirksom. Gniststrækningen overtager altså stadigvæk beskyttelsen af det tilkoblede anlæg. Selve gniststrækningen kan bære en så stor strøm, at den også med sikkerhed afleder og afbryder netfrekvente strømme (følgestrømme), dvs. at apparatet i enhver driftsfase er uafhængigt af en 30 eventuel tilstedeværende ledningssikring. Dette bliver f.eks. sikret ved anvendelse af en gniststrækning, som består af to elektroder med derimellem værende isolationslag, idet isolationslaget er fremstillet af et materiale, som ved opvarmningen på grund af overslagslysbuen afgiver en gas, som trykker henholdsvis blæser denne udad og køler 35 og dermed slukker den, så at netfølgestrømmen afbrydes (DE-FS 29 34 238). Specielt anbefales anvendelse af den sidst omhandlede gniststrækning ved lavspændingsanlæg. I stedet for det førnævnte, navnlig hydrogengas afgivende isolationsmateriale (POM, Teflon (registreret varemærke) og lignende), kunne også i en i forhold dertil 4

DK 164427 B

dog ikke så virksom form glimmer tjene som isolationsmateriale.

En foretrukken og konstruktivt simpel udførelsesform ifølge opfindelsen er angivet i krav 2, som videreudformes ved de i krav 3 angivne foranstaltninger. Sådanne smelteloddesteder er 5 i og for sig kendte (se de to ovennævnte brugsmønstre), men ikke i anordningen på dette sted i en parallelkobling af varistor og gniststrækning.

Ifølge krav 4 kan der også findes et elektrisk udløsende overvågnings- og udkoblingsorgan for denne varistorgren.

10 Foranstaltningerne ifølge krav 5 sikrer, at udkoblingen af varistoren signaleres til anlæggets betjeningsperson. Med foranstaltningerne ifølge krav 6 kan funktionsdygtigheden af et indikatororgan ifølge krav 5 afprøves.

Krav 7 angiver en særlig fordelagtig udformning af et 15 overspændingsapparat ifølge opfindelsen.

20 25 1 35

DK 164427 B

5

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et enpolet kredsløb ifølge opfindelsen, 5 fig. 2 et trepolet kredsløb ifølge opfindelsen, fig. 3 et diagram med strøm-spændingskarakteristikken for en varistor, fig. 4 en trepolet udførelse af et overspændingsapparat ifølge opfindelsen set fra oven, 10 fig. 5 et snit efter linien V-V i fig. 4, fig. 6 et snit efter linien VI-VI i fig. 5 og fig. 7 en detalje i fig. 5 i større målestok.

Principdiagrammet i fig. 1 viser mellem den spændingsfø-15 rende fase L eller 1 i nettet og jord henholdsvis potenti al udligningsskinnen 2 et parallel kredsløb dels af en gniststrækning, navnlig en luft-glide-overslags-gniststrækning (se ovenfor) 3, og dels en seriekobling af en variator 4 med overvågningsudkoblingsorgan i form af et 1 oddested 5. Endvidere findes der 20 parallelt dermed et indikatororgan 6 med kontrol- eller prøveknap 7.

Fig. 2 viser en tilsvarende trepolet udførelse med de spændingsførende faser L1,L2 og L3 henholdsvis 1 af nettet, jordingsledningen 2 henholdsvis potentialudligningsskinnen PAS og nullederen N henholdsvis 8. Overspændingsbeskyttelsesapparatets hus 25 er antydet ved en punkteret linie 9. En ledning 10 mellem potenti al udligningsskinnen PAS og jordingsledningen 2 på den ene side samt nul lederen 8 på den aden side er kun forsynet med en gniststrækning 3, men ikke med parallelgrenen af varistoren 4 og overvågnings- og udkoblingsorganet 5. Der kan findes forsikringer 30 11, som imidlertid ikke er nødvendige ved anvendelsen af gnist strækninger ifølge tysk patentskrift nr. 29 34 238 (se ovenfor).

Som eksempel, hvortil opfindelsen imidlertid ikke er begrænset, skal ved anvendelse af gniststrækninger ifølge tysk patentskrift nr. 29 34 238 nævnes følgende elektriske data: 35 6

DK 164427 B

Netspænding: 220/380 V

Forsikring 11: f.eks. 50 A

Parallelgren varistor og overvågningsorgan: dimensioneret for 5 stødstrømme 8/20 pi 5kA svarende til ca.

0,1 As og 500 J/Ω

Luft-glideoverslags-gniststræk- ning: dimensioneret for stød- 10 strømme 100 kA med ca.

10 As og 500 kJ/Ω Fig. 3 viser diagrammet over en strøm (J)-spændings(U)-karakteristik for en varistor. Her betegner 12 den normale reglementerede karakteristik, medens linierne 13 og 14 er karakteristikker 15 for en beskadiget varistor, som allerede ved mindre spændinger lader utilladeligt høje strømme slippe igennem. I et sådant tilfælde udkobler overvigningsorganet 5 den beskadigede varistor 4.

Dette kan ske termisk ved hjælp af et loddemetal, som smelter ved passende opvarmning af varistoren (se f.eks. fig. 4 og følgende).

20 Dette kunne også ske ved hjælp af en elektrisk udløsende sikring henholdsvis en sikringsautomat (ikke vist), som skal indstilles således, at den udkobler varistorlækstrømmen i mA-området.

Ved udkobling kun af varistoren bevares apparatets beskyttelsesfunktion ved hjælp af gniststrækningen. Til kontrol af varistor-25 udkoblingen kan der findes et indikatororgan (optisk eller akustisk), der i eksemplet i fig. 1 er antydet skematisk med 6 og ved åbningen angiver udkoblingen af varistoren 4 ved hjælp af udkoblingsorganet 5 i den parallelgren, som indeholder delene 4,5. Funktionsevnen af denne indikator kan kontrolleres ved hjælp af en prøveknap 7. I det 30 trepolede kredsløb ifølge fig. 2 kan sådanne overvågnings- og kontrolorganer naturligvis også forefindes, men de er til forenkling af tegningen ikke vist i fig. 2. Der skal imidlertid i den forbindelse henvises til fig. 4 og følgende.

Udførelseseksemplet i fig. 4-7 viser en konstruktiv ud-' 35 førelse ifølge opfindelsen med et hus eller grundstel 15 af isolerende materiale, tre ledningsskinner V, som fører fra bøjleagtige tilslutningsklemmer 16' for ledningen L1, L2, L3 henholdsvis 1 til holdeskruer 16 for forbindelse med gniststrækninger 17-19. Endvidere findes en fjerde ledningsskinne 8' mellem en bøjleagtig tilslutningsklemme 16' for nullederen 8 og en holdeskrue 16 samt en til- 7

DK 164427 B

slutning 2o for jordledningen 2 med PAS. Ledningsskinnen 8' fører derfor driftsmæssigt ingen spænding. Ledningsskinnerne 1' og 8' er hver udformet som retliniede med de optrædende strømme belastelige i den foretrukne udførelsesform for opfindelsen lynstrøms-5 bæredygtige ledninger med passende tværsnit og med tilsvarende stabile holdeskruer og tilslutninger 16,16'. Ledningsskinnerne, tilslutningsklemmerne og holdeskruerne er udført således, at de tåler den optrædende elektrodynamiske belastning af en strøm, navnlig lynstrøm på f.eks. 500 kJ/Ω.

10 Under holdeskruerne 16 findes de fortrinsvis lynstrøm- bæredygtige gniststrækninger med elektrode 17, isolationsstykke 18 og fælles jordingsplade 19. Isolationsstykket 18 er her forsynet med en rundtgående ring 18', som isolerer den pågældende elektrode 17 fra jordingspladen 19. Den derved dannede lysbue af glideud-15 ladningen er betegnet med 18" (se fig. 7). Holdeskruen 16 går igennem isolationsstykket 18 og er indskruet i grundstellet 15 af isolerende materiale, så at der ikke kan ske noget overslag fra holdeskruen 16 til jordingspladen 19.

Potentialudligningsskinnen henholdsvis jordledningen 2 20 bliver sluttet til klemmen 20, der ligeledes er udformet bøjleagtigt.

Mellem ledningsskinnerne 1' og jordingspladen 19 ligger der i hvert enkelt tilfælde en parallelgren bestående af varistor 4 og overvågnings- og udkoblingsorgan 5,6 og 7, idet delene 4,5 rumligt ligger ved siden af ledningsskinnerne V. Varistorerne 4 befinder sig 25 pladsbesparende ved siden af hinanden. Med 5 er betegnet I odde stedet, som elektrisk forbinder varistorkontakteringen 25 og den hermed forbundne ledende del 21 med en fjeder 22. Fjederen 22 er ved 23 sluttet til den pågældende ledningsskinne 1', medens 24 viser en yderligere isolerende mekanisk befæstigelse af ledningerne 1*. Hvis 30 der optræder en utilladeligt høj lækstrøm på vejen 23,22,5,21,25 og 4 mod midten, smelter loddestedet 5, og fjederen 22 bevæger sig på grund af sin egen spænding i pilretningen 22} indtil den ligger an mod kontakten 26. Smeltetemperaturen af det nævnte loddemetal kan f.eks. udgøre 150°C. Kontaktdelen 26 er også vist i principdiagrammet 35 i fig. 1. Herved bliver adskillelsen af denne varistor 4 over 5 vist ved hjælp af 6. Trykknaporganet 7 er vist i fig. 5 og 6. Dets stift 7' aftaster ved denne kontrol den over fjederen 22 og tilslutningen 23 til delen 21 førte netspænding, som i ikke udløst stilling ifølge fig. 5 ligger på varistorkontakteringen 25, men ved åbnet loddefor-bindelse 5 udkobles ved hjælp af fjederen 22.

8

DK 164427 B

Apparatet ifølge fig. 4-7 kan anbringes meget pladsbesparende, idet man anbringer de skiveformede varistorer 4 parallelt med ledningsskinnerne I*. De to øverste til ledningerne L1,L2 hørende varistorer 4 kan ligge umiddelbart ved siden af hinanden og over 5 en fælles jordkontakt 4' forbindes med jordingsskinnen 19.

10 15 20 25 30 35

Claims (11)

1. Overspændingsbeskyttelsesapparat bestående af mindst én varistor (4) og en dertil elektrisk parallel kobl et fortrinsvis 5 lynstrømbæredygtig gniststrækning (3), der kan være udformet som luft-glide-overslags-gniststrækning, hvis luftoverslagssted befinder sig uden for dens elektroder, kendetegnet ved, at der i den gren af parallelkoblingen, som indeholder varistoren (4), findes et overvågningsorgan (5) for overholdelsen af strøm-spændingskarak- 10 teristikken (12) for varistoren og en permanent, også i tilfælde af overspænding virksom udkobling af varistoren i det tilsvarende fejl til fæl de.

2. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge krav ^kendetegnet ved, at overvågnings- og udkoblingsorganet (5) er 15 udformet som et termisk påvirkeligt udkoblende organ,*der udkobles ved en passende opvarmning ved hjælp af en lækstrøm i varistoren (4).

3. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge krav 2, k e n -detegnet ved, at overvågnings- og udkoblingsorganet (5) er 20 udformet som en 1 oddeforbindelse, der afbrydes ved passende varmebelastning.

4. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge krav ^kendetegnet ved, at der findes en til en bestemt lækstrøm i varistoren indstillelig og af denne udløselig elektrisk sikring 25 eller sikringsautomat.

5. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved et indikatororgan (6), som ved en udkobling af parall el grenen, som indeholder varistoren (4), ved hjælp af overvågnings- og udkoblingsorganet (5) 30 indkobles af dette.

6. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge krav 5, k e n - detegnet ved en manuelt betjenelig kontrol, f.eks. en prøveknap (7), af indikatororganet (6).

7. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge et hvilket som 35 helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at der i et hus eller grundstel (15) pr. fase findes en i det væsentlige lige forløbende termisk og dynamisk passende strømbel astelig, fortrinsvis lynstrømbæredygtig, ledningsskinne (l',8'), hvilken ledningsskinne er parallelgrenen, som indeholder gniststrækningen (3) eller en del DK 164427 B IO af denne gren, at gniststrækningen (3 henholdsvis 17,18,19) befinder sig i forløbet af eller ved enden af denne ledningsskinne, og at den tilhørende varistor (4) rumligt ligger i nærheden af den tilhørende ledningsskinne.

8. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-7, kendetegnet ved, at ved et flerfa-set apparat ligger faseledningerne og en nul-ledning (PEN-ledning) parallelt ved siden af hinanden, idet imidlertid alene faseledningerne er parallel kobl et med en varistor med overvågnings- og udkob-10 lingsorgan.

9. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved, at planerne for de skiveformede varistorer (4) forløber parallelt med ledningsskinnerne (Γ).

10. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge et hvilket som 15 helst af kravene 1-9, kendetegnet ved, at der i den gren af parallelkoblingen, som indeholder varistoren (4), er anbragt en fjeder (22) over et 1 oddested (5) på varistoren (4) og elektrisk koblet i serie med denne, og at fjederen (22) har en mekanisk egenspænding, som efter adskillelse af 1oddestedet (5) bevæger den 20 til en indikatorstilling.

11. Overspændingsbeskyttelsesapparat ifølge krav 10, kendetegnet ved, at der i huset eller grundstellet (15) er anbragt en kontakt (26) for indikatororganet (6), som fjederen (22) ligger an mod efter udløsningen, og at der endvidere på huset 25 findes et kontrolorgan, f.eks. en betjeningsknap (7) med kontaktstift (7'), som i betjeningsstilling ved endnu ikke udløst fjeder danner bro over denne og den nævnte kontakt (26). 1 35