EP0074380A1 - Überspannungsschutzvorrichtung für elektrische hausinstallationsanlagen - Google Patents

Description

Überspannungsschutzvorrichtung für elektrische Hausinstallationsanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf eine gesonderte Vorrichtung, um elektrische Anlagen und speziell die darin angeschlossenen Geräte sowie deren Benutzer vor einer Gefährdung durch kurzzeitig im Leitungsnetz auftretende Überspannungen zu schützen.

Von den energieschwächeren Spannungsspitzen bei Ausgleichvorgängεn durch plötzliche Belastungsveränderungen abgesehen, treten derartige Überspannungen in wesentlich energiereiche rer Form durch atmosphärische Entladungen aufgrund von Resonanzerscheinungen in den als Schwingkreise wirkenden Leitersystemen auf. Hier pflanzt sich die bei Blitzschlag in die Freileitung entstehende Stoß- bzw. Wanderwelle trotz geeigneter Schutzmaßnahmen in den Schalt- und Umspannstationen unter Umständen längs der Leitungen bis in die Hausinstallation fort und kann dortselbst Isolierungen durchschlagen und zerstören und damit beträchtlichen Schaden anrichten.

Um dem zu begegnen, hat man bereits - wie zum Schutz von Fernmeldeleitungen und -geraten - auch für die Wechselstromnetze mit höherer Betriebsspannung Abieiter entwickelt, durch welche die Überspannungen im Bereich der Hausinstallation auf ein ungefährliches Maß herabgesetzt werden können. Anstelle von Dämpfungsviderständen in Reihe mit Löschfunkenstrecken hat sich hierfür inzwischen eine Anordnung bewährt und durchgesetzt, die aus der Parallelschaltung einer als Abieiter wirkenden Gasentladungεstrecke und eines Varistors mit stromabhängiger Widerstandscharakteristik besteht und als solche zwischen den zu schützenden Leitungen und einer Erdungsleitung angeschlossen ist. Durch diese Anordnung können zunächst die wesentlich häufiger auftretenden energieschwachen Überspannungsspitzen soweit verringert werden, daß die Zündspannung des Abieiters garnicht erst erreicht wird. Bei den energiereichen Überspannungen aufgrund atmosphärischer Entladungen steigt dagegen der Ableitstrom durch den Varistor und damit auch der Spannungsabfall über der Schutzkombination. Demzufolge wird der Abieiter gezündet und schützt jetzt seinerseits den Varistor und die angeschlossenen Einrichtungen. Dabei fällt gegebenenfalls die der Schutzvorrichtung bzw. den Verbraucherstromkreisen der Hausinstallationsanlage vorgeschaltete Hauptsicherung aus und muß erneuert werden.

Abgesehen von dem relativ selten erfolgenden Ausfall der trägen Hausanschlußsicherungen besitzen die von Seiten des Freileitungsnetzes über das Kabelnetz noch bis in die Hausinstallation gelangenden Überspannungen die unangenehme Eigenschaft, an irgendeiner Stelle des Verbrauchernetzes, so z.B. in Abzweigdosen, zwischen den zufälligerweise allzu nahe beieinander gelegenen blanken Drahtenden von Phasenund Schutzleitern einen Funkenüberschlag zu verursachen. Ein derartiger Überschlag wäre an sich ohne Bedeutung, er entspricht aber hinsichtlich, seiner inneren Wirkung dem

Fließen eines Fehlerstroms, wodurch der empfindliche Fehlerstromschutzschalter der Anlage auslöst, ohne daß darüber hinaus etwas anderes zu passieren braucht. Wenn dann jedoch dieser Schutzschalter etwa wegen längerer Abwesenheit der Hausbewohner nicht wieder eingeschaltet wird, kann z.B. durch den Ausfall der Gefrier-, Pumpen- oder Heizungs anlagen u.dgl. beträchtlicher Schaden entstehen.

Unter diesen Gesichtspunkten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für Hausinstallationsanlagen anstelle der, wenn überhaupt, im Hausanschlußkasten nach den Hauptsicherungen fest in die stationären Klemmanschlußblöcke eingebauten überspannungsschutzvorrichtung eine weniger aufwendige und praktikablere Möglichkeit zu schaffen, um die Stromkreise der vorhandenen Anlage nachträglich auf einfache Weise wirksam gegen die Gefährdung durch Überspannungen abzusichern.

Zur Lösung dieser Aufgabe bildet die Erfindung eine derartige Überspannungsschutzvorrichtung gemäß dem verwendeten Stecksystem in Perm eines Zwischensteckers oder Adapters und nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dahingehend aus, daß die in dem Gehäuse eines solchen Steckverbindungsstücks angeordneten Schaltglieder der Schutzkombination aus einem gasgefüllten Ableiter und einem Zinkoxyd-Varistor unmittelbar mit den (geräteseitigen) Steckkontaktbuchsen verbunden sind und mit den (netzseitigen) Steckerstiften einerseits direkt sowie andererseits über ein in die jeweilige Gehäuseform einbezogenes Schmelzsicherungselement in leitender Verbindung stehen. Für den Steckanschluß einphasiger Elektrogeräte mit Schutzleiter wird die Schutzkombination jeweils von dem Phasenleiter und dem Nulleiter gegen den geerdeten Schutzleiter geschaltet.

In einer derartigen Ausbildung begrenzt die einfach zwischen Netzanschluß und Verbraucher eingesteckte Vorrichtung infolge ihres großen Ableitvermögens extrem schnell ansprechend sowohl die energieschwachen Spannungsspitzen als auch die energiereichen Überspannungen durch atmosphärische Entladungen. Hinzu bewirkt die der Schutzkombination netzanschlußseitig vorgeschaltete Schmelzsicherung gegebenenfalls eine Abschaltung der Netzspannung, wenn der Ableiter gezündet hat. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß nach dem Abklingen der Überspannung unter Einfluß der weiter anliegenden Netzspannung und entsprechend der Netzimpedanz am jeweiligen Einsatzort noch ein sog. Polgestrom durch den Abieiter fließen kann und dessen sicheres Löschen verwehrt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung setzt sich das in Längsrichtung geteilte Gehäuse der Überspannungsschutzvorrichtung aus zwei gleichförmigen Kunststoff-Hohlschalen zusammen, die in ihrem Inneren zur mechanischen Verbindung miteinander quer von den ihnen angeformten Teilen der von außen her zugänglichen Halterung für das Schmelzsicherungselement durchgriffen werden. Diese Ausgestaltung erlaubt es einerseits, die beiden Halbschalen des Isolierstoffgehäuses auf geeignete Weise gebrauchsfertig miteinander zu koppeln; andererseits ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, die zusammen mit den anderen Schaltgliedern innerhalb des Gehäuses untergebrachte Schmelzsicherung im Defektfall von außen her auswechseln zu können.

Mit entsprechendem Aufwand ist es natürlich auch möglich, den Abieiter und den Varistor einsatzbedingt in ihrer AnsprechCharakteristik genau aufeinander abzustimmen, um dadurch allein den notwendigen Schutz zu erreichen. Wenn man dann diese spezifizierte Schutzkombination zwischen die unmittelbar (und mechanisch) miteinander verbundenen Steckerstifte und Steckkontaktbuchsen einsetzt, bietet sich als Weiterbildung an, den beiden Hohlschalen des Gehäuses an ihrer Innenwandung statt der Sicherungshalterung lediglich einen durchbohrten Ansatzzapfen für den Durchgriff eines Befestigungsniets anzuformen.

Nach diesen Erfindungsgedanken sind die Überspannungsschutz vorrichtungen in jedem Anwendungsfall für sich selbständige Elemente, die sich einfach und ohne Abänderung bzw. Ergänzung der bereits vorhandenen Einrichtungen einer Hausinstallationsanlage gegen die entsprechenden Elemente in ungeschützter Ausführung, wie u.a. normale Schutzkontakt-Zwischenstecker oder Mehrfach-Adapter u.dgl., austauschen lassen. Dabei wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Schutzelemente in vorteilhafter Weise erreicht, daß sich die von anderer Stelle durch Belastungsänderungen oder atmosphärische Entladungen von außen her in das Verbraucherstromnetz gelangenden gefährlichen Überspannungen innerhalb dieser Schutzelemente zwischen den betreffenden Leitungsadem ausgleichen und abbauen» Infolge dessen kann es auch in der näheren Umgebung der Einsatzstelle dieser Schutzelemente an den gefährdeten Stellen nicht mehr zu Funkenüberschlägen und einer unbeabsichtigten Auslösung der Berührungsεchutzorgane einer Anlage kommen. Darüber hinaus gewährleistet die erfindungsgemäße Vorrichtung auch unter extremen Belastungen genügende Eigensicherheit durch die eingebaute Schmelzsicherung, um den gezündeten Überspannungsableiter nicht durch den Netzfolgestrom weiterbrennen zu lassen.

In der anliegenden Zeichnung ist als typisches Ausführungsbeispiel ein mit der erfindungsgemäßen Überspannungsschutz¬Vorrichtung ausgerüstetes Mehrfach-Steckverbindungsstück zum Einsetzen von zwei 2-poligen Flachsteckern in eine Schutzkontaktsteckdose dargestellt.

Wie aus dem Längsschnitt durch dieses Steckverbindungsstück und darunter aus der jeweils zur Hälfte in der Draufsicht und im Querschnitt dargestellten Ansicht zu entnehmen ist, werden die beiden Steckbuchsenpaare 1 im Inneren des Isolierstoffgehäuses 2 an ihren Anschlußstellen von dem Überspannungsableiter 3 und dem Zinkoxyd-Varistor 4 in Parallelschaltung überbrückt. Dabei ist eine dieser Anschlußstellen unmittelbar mit dem einen der Steckerstifte 5 verbunden, z.B. vernietet, während die elektrische Verbindung von dem anderen Steckbuchsenpaar 1, wie in der Zeichnung lediglich mit der Trennungslinie "x" angedeutet, über. die euer im Gehäuse 2 mittig zwischen den vier Steckkontaktbuchsen 1 angeordnete und von außen her, beispielsweise über einen Schraub- oder Bajonettverschluß, auswechselbare. Schmelzsicherung 6 zu dem anderen Steckerstift 5 verläuft. Für eine solche Anordnung steht hier, wie bei allen gebräuchlichen Betriebsmitteln dieser Art, im Gehäuseinneren stets genügend Leerraum zur Verfügung, um die beiden an sich kleinen Schaltglieder 3, 4 mitsamt der Feinsicherung 6 und sogar einer dafür vorgesehenen Halterung auf sichere Weise unterzubringen und mit den infrage kommenden Anschlußstellen zu verdrahten.

Auf gleiche Weise läßt sich, wie hier das Mehrfach-Steckverbindungsstück, praktisch jedes dafür in Betracht kommende Betriebsmittel gemäß der Erfindung nachträglich bzw. ergänzend mit der abgesicherten Schutzkombination ausrüsten und dadurch mit geringem Aufwand der Netzeingang empfindlicher Geräte unter Einbeziehung des Leitungsnetzes im Nahbereich vor Überspannungen schützen, wie sie mitunter durch Belastungsänderungen im Netz und bei atmosphärischen Entladungen auftreten.

Claims

Patentansprüche

1. Überspannungsschutzvorrichtung für elektrische Hausinstallationsanlagen in Form eines Zwischensteckers für gleichartige oder eines Adapters für unterschiedliche Stecksyateire, unter Verwendung der Parallelschaltung eines gasgefüllten Abieiters und eines Zinkoxyd-Varistor zwischen den zu schützenden Leitungsanschlüssen, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Gehäuse (2) eines SteckVerbindungsstücks angeordneten Schaltglieder (3, 4) der Schutzkombination unmittelbar mit den (geräteseitigen) Steckkontaktbuchsen (1) verbunden sind und mit den (netzseitigen) Steckerstiften (5) einerseits direkt sowie andererseits über ein in die jeweilige Gehäuseform einbezogenes Schmelzsicherungselement (6) in leitender Verbindung stehen.

2. Überspannungsschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkombination (3, 4) für einphasig betriebene Elektrogeräte mit Schutzleiter jeweils von dem (abgesicherten) Polkontakt des Phasenleiters und von dem des Nulleiters gegen den Polkontakt des geerdeten Schutzleiters geschaltet ist.

3. Überspannungsschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das in Längsrichtung geteilte Gehäuse (2) aus zwei gleichförmigen Kunststoff-Hohlschalen zusammensetzt, die in ihrem Inneren zur mechanischen Verbindung miteinander quer von den ihnen angeformten Teilen der von außen her zugänglichen Halterung für die Feinsicherung (6) durchgriffen werden.

4. Überspannungsschutzvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Hohlschalen des Gehäuses (2) an ihrer Innenwandung anstelle der Feinsicherungs-Halterung (6) ein durchbohrter Ansatzzapfen für den Durchgriff eines Befestigungsniets angeformt ist.