EP2151026A1 - Kurzschliesseinrichtung für überspannungsableiter - Google Patents

Kurzschliesseinrichtung für überspannungsableiter

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EP2151026A1
EP2151026A1 EP08749655A EP08749655A EP2151026A1 EP 2151026 A1 EP2151026 A1 EP 2151026A1 EP 08749655 A EP08749655 A EP 08749655A EP 08749655 A EP08749655 A EP 08749655A EP 2151026 A1 EP2151026 A1 EP 2151026A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
short
contact
fixing device
circuiting
circuiting device
Prior art date
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Granted
Application number
EP08749655A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2151026B1 (de
Inventor
Arnd Ehrhardt
Stefanie Schreiter
Raimund König
Wilhelm Hohenwaldt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Publication of EP2151026A1 publication Critical patent/EP2151026A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2151026B1 publication Critical patent/EP2151026B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a short-circuiting device for Studentsnapssabieiter as varistors, spark gaps or the like means comprising a movable conductive or conductive sections having short-circuiter, which is held under mechanical bias standing by a fixing device, wherein the fixing device when heated, the short-circuiter is free, so that the Surge arrester connection contacts bridged or connected, according to the preamble of patent claim 1.
  • surge arresters can also be short-circuited in the event of overload. Both disconnection and short-circuiting serve to protect the surge arrester from overloading. For low voltage applications, the separation is dominant.
  • the advantage of this known protection method is that in the most common cases of overload, the separating device separates the varistor from the mains, wherein the mains supply remains.
  • the switching capacity of the separating device can be exceeded.
  • the resulting arc between the switching tongue and the fixed terminal of a varistor can not be deleted.
  • the resulting long-lasting energy input into the surge arrester This can lead to burnup of the connection parts and ultimately to the destruction of the arrester, but also to consequential damage in the system to be protected.
  • the realization of a short circuit of the arrester is advantageous because the upstream overcurrent protection devices have a much higher switching capacity.
  • a thermal separation device which via a running changeover contact a short circuit in a Parallel path can realize.
  • this separation device the separation of the varistor via a Lotstelle in the supply path. The heat dissipation and thus the delay time are very high.
  • a thermally sensitive separation point of a conventional separation device as shown in FIG. 1, which represents the state of the art in the most general way, can in principle also be used for a short-circuiter.
  • the soldering point here connects two metal parts, which have a high heat conduction and a high heat capacity, since these metal parts forcibly have to control all current loads in the work area of the arrester.
  • the solder joint itself must meet the requirements of the pulse current carrying capacity.
  • the solder joint is permanently exposed to the mechanical stress of the spring bias acting on the moving part of the feeder. An optimization to the actual function, namely the separation of the varistor during its heating is not possible according to the prior art.
  • Thermal separation devices of the known type have a considerable inertia, which is based in particular on the thermal conductivity of the materials used, the necessary connection cross-sections and the resulting large heat capacity.
  • the short-circuiting device should also be suitable for combination with known separation devices.
  • surge arresters e.g. B. Varistors
  • the material structure, the geometry and the contacting of the pads and the power distribution areas of different heating have.
  • the point or region of greatest heating for the positioning of the thermally sensitive part i. H. the fixing device to select.
  • the thermally sensitive part should also have the lowest possible heat capacity and have a low heat dissipation.
  • a movable contact piece of the supply line to the surge arrester is subjected to a spring preload. The connection of this movable contact piece with the Kochnapssabieiter via a contact point. It is favorable for the execution of such a contact point if the direction of the current forces occurring during surge current load does not act against the contact force.
  • only one further current-carrying contact with corresponding counterpotential is to be provided.
  • This contact is arranged so that between the various potentials a sufficient separation distance is present and that the moving portion, which is moved up to the further contact, has a sufficient continuous current carrying capacity.
  • a thermally sensitive part is attached as a fixing device.
  • This fixing device should have a low heat capacity.
  • Waxes, adhesives, solders or suitable materials having a melting point or a softening temperature just above the usual operating temperature of the surge arrester are suitable for connection to the surge arrester. These materials then hold either directly or in conjunction with spacers the actual moving part of the short-circuiting device.
  • the temperature-sensitive fixing device can not be attached directly to the varistor. In this case, however, it must be ensured that the heat conduction between the point with the strongest expected heating and the fixing device is sufficient, with a per se to be minimized heat capacity.
  • the short-circuiting bar moves toward the additional contact, with the result of the desired rapid short-circuiting of the relevant surge arrester.
  • the short circuit can also be realized on two separate opposite pole contacts by moving a corresponding contact piece towards these contacts.
  • the short-circuiting device according to the invention d. H. the fixing device, to be arranged in a region of an additional housing of the surge arrester, this area in the case of a resulting arc collects or bundles temperature and / or gas effects of the arc. That is, the resulting hot gas, which is present in the event of damage, is passed directly to the fixing device and to the thermally sensitive area provided there.
  • the surge arrester is completely enclosed except for the area of contact of the temperature-sensitive material.
  • the hot gas or plasma can be guided to a chimney-like channel, in which a wire or a thread of the fixing device is located.
  • a wire or a thread of the fixing device As temperature sensitive in this case the contact point of the triggering device with the varistor and in the case of a thread of insulating material, the material of the thread is considered, which can melt in the case of the arc or prolong it.
  • the pressure development for the short circuit can additionally be used. Too much affects the pressure, z. B. in the form of a piston system, directly to the short-circuit contact.
  • the mechanical strength of the holding system (contact point, strength of the wire) is overloaded even at low pressures.
  • the short-circuiting device of the invention is connected via a thermal separation point with the actual element to be monitored, d. H. a varistor or a spark gap, and connected when exceeding a certain amount of heat z. B. triggered or triggered by changing the viscosity of an adhesive.
  • a short-circuit path is closed in a parallel path to the element concerned, without the actual Liehe overvoltage protection element is disconnected. Since the parallel path is in each case lower impedance than the defective arrester, an almost complete commutation of the current takes place via the bypass thus created, as a result of which the power conversion in the defective arrester element can be reduced to a negligibly lower value. It is essential that the current commutation already takes place before z. B. a varistor is alloyed due to its degree of destruction. This requires a fast switching device, which according to the invention is characterized by a loss-free heat transfer from the surge arrester to the thermal separation point and from there to the actual short-circuiting switch.
  • the thermal separation point is thermally decoupled from the actual switching device, wherein the short-circuiting device is floating in the normal state.
  • the short-circuiting device consists of a device in which a wire applied directly to a varistor is biased by a spring force.
  • the wire has a preferably circular contact plate which, on the one hand, tensions the spring in the untripped state with its underside and, on the other hand, establishes a short-circuit connection between two contact clips in the tripped state.
  • These contact bars are in turn connected to the respective connection potentials of the varistor and thus to the outer terminals, so that the contact plate triggers the connection of the bypass and thus the intended current commutation.
  • the contact plate preferably consists of a mechanically and thermally highly resilient insulation material, for. B. of glass fiber reinforced epoxy resin.
  • a circular metallic coating At the outer edge area there is a circular metallic coating. This metallic coating or a solution dissolved thereon In the tripped condition, the metallic short-circuit ring produces the intended short-circuit connection between the aforementioned contact clips.
  • the wire can also be replaced by a plastic thread, which melts in place of the Lotstelle under heat through the varistor and thus releases the bias of the contact plate on the spring force.
  • the contact plate has the aforementioned circular, annular or ring-shaped contact, which is separated by an insulating distance on the contact plate of the optionally potential-carrying wire and thus both thermally and electrically isolated from this, the contact plate in the untripped state leads no potential , As a result, the creepage distances and creepage distances can be reduced to potential-carrying parts, which reduces the switching path and extremely shortens the arc duration of the switching arc.
  • the ring contact bridges the two differently potentialed contact clips, so that there is a very good heat dissipation via the contact clips or the adjoining clamping connections. This means that the device can also carry very high short-circuit currents permanently.
  • the invention is not limited only to the application in connection with varistors. Due to the fact that due to the function in the untripped state, in contrast to a disconnecting device, there is no load on the surge current to be dissipated via the overvoltage protection element and no corresponding design is necessary. B. also lightning current-carrying spark gaps are provided with a fixing device according to the invention by z. B. whose jacket tube serves as a heat indicator, with a metallic wire or a plastic thread on a Lotstelle or other separation point is connected. This can be prevented even with spark gaps in case of overload thermal destruction of the local insulation distances.
  • a short-circuiting device comprises a movable conductive or conductive sections having short-circuiter, which is held under mechanical bias standing by a fixing device, the fixing when heating the short-circuiter releases so that it bridges the Gönapsab- conductor connection contacts or connects.
  • the fixing device is arranged at a location with determined strongest warming in case of overload directly on or on the surge arrester and has a minimized heat capacity. Neither the short-circuiter nor the fixing device are parts of the current-carrying elements in normal operation, d. H. in the case of operation potential-free.
  • the fixing device is in a first embodiment held with a solder or a heat-soluble adhesive blocking element.
  • the fixing device is a wire or thread held with a solder or heat-soluble adhesive.
  • the fixing device is a variable-length, temperature-variable, melting or dissolving wire or thread.
  • Figure 1 is a block diagram and a schematic diagram of a thermal separation device of the prior art, which is a series circuit of the separation device 2 with a varistor 1.
  • 2a and 2b are schematic diagrams of a first embodiment of the invention with a movable tongue as an element of the short-circuiting device;
  • FIG. 3 representations of an embodiment with a movable
  • FIG. 4 shows an embodiment in which a varistor is provided with a conventional disconnecting device analogous to the prior art and wherein additionally a short-circuit device is analogous to the solution according to FIG. 3;
  • FIG. 5 shows an embodiment in which a Matternapssabieiter is provided in the form of a varistor with an additional housing and wherein the fixing device is located in an area in which accumulate or bundle in the event of a resulting arc temperature and / or gas effects of the arc;
  • FIG. 6 shows a concrete example of a short-circuiting device with a fixing device biased by a helical spring, together with contact straps and contact plate in the untripped state;
  • Fig. 7 is a view similar to that of Fig. 6, but in the tripped condition
  • Fig. 8 is a plan view of the ring contact and the anchorage for the wire of the fixing device according to the illustrations of FIGS. 6 and 7 and
  • FIG. 9 shows an embodiment similar to the principle of FIG. 6 and 7 but adapted for use with a surge arrester in the form of an encapsulated spark gap.
  • a surge arrester in the form of an encapsulated spark gap.
  • prior art thermal separation devices are previously known from FIG.
  • the actual separation device 2 is connected in series with the varistor 1, which forms the surge arrester.
  • a separating strip 3 in the form of a movable switching tongue is under the force of a symbolically indicated spring F.
  • a connection 6 of the varistor 1 is connected via a soldering point 5 to one end of the separating strip 3, wherein the separating strip 3 is in contact with the second varistor connection 7.
  • a constriction 4 in the course of the separation strip 3 is present, which acts as a current fuse.
  • this device of the prior art can be developed according to the invention.
  • a thermally sensitive part or material 11 is attached on the area of the most intense heating varistor 1.
  • the part 11 can be fixed to it either by a wax, by glue or solders whose melting point is slightly above the operating temperature of the varistor. But it may also be the part 11 itself consist of such a material.
  • the part or the material 11 hold directly or in conjunction with spacers, z. B. in the form of a clamping pocket 10, the movable part 3 of the short-circuiting device.
  • the connection with the varistor connection 6 and the movable part 3 (separating strip according to FIG. 1) is produced loosely and without soldering at the point indicated by the reference numeral 8.
  • FIG. 2b shows a perspective view of the solution as in FIG. 2a shown in principle, with a clamping pocket 10 for the movable part 3 and a fixing device in the form of a retaining pin 11.
  • the additional permanent current carrying contact 18 has been omitted in the illustration.
  • a movable contact piece 15 is provided, which can bridge two separate opposite pole contact pieces 16.
  • the separate contact pieces 16 are each connected to one terminal of the varistor 1 (terminals 6 and 7).
  • the movable contact piece 15 is held by means of a spring 14 under bias.
  • the bias state is fixed by providing a wire 13 with a low heat capacity, which can be fixed by means of a temperature-sensitive material 12 such as solder or wax at a position of the varistor, which is subject to the strongest heat in case of overload.
  • the wire or thread 13 is released and the movable contact piece 15 can move on the opposite-pole contact pieces 16 so that the desired short circuit and current commutation to the short-circuit bypass (FIG. right picture).
  • the embodiment according to FIG. 3 can, as shown in FIG. 4, also be provided in addition to a thermal separation device known per se, as explained with reference to FIG. H. be combined.
  • FIG. 4 is a prior art separation device of the prior art incorporating the invention Short-circuiter combined and thus increases the functional range of the arrangement.
  • the separating device responds after a few seconds or a longer time and the arrester is disconnected from the mains as usual.
  • the varistor is bridged by the short-circuiting device and separated by the upstream overcurrent protection device.
  • This can be z. B. be realized in that the melting temperature of the solder of the separation device is below the reaction temperature of the temperature-sensitive material of the short-circuiting device.
  • an implementation can also be made via a corresponding vote of the heat capacities.
  • FIG. 5 In the case of very steep and high overvoltages or surge currents, in which the varistor 1 can be overloaded within a few microseconds, no heating takes place before the destruction of the varistor 1 as a rule. In these cases, a solution according to FIG. 5 is proposed.
  • the varistor 1 is surrounded by a jacket 17.
  • a erosion-resistant contact plate 20 of the varistor 1 leads to a first varistor terminal 7, which communicates with one of the opposite-pole contact pieces 16.
  • the second varistor terminal 6 leads to the second of the opposite-pole contact pieces 16.
  • the hot gas or plasma follows the arrow-symbolized way along a chimney 21.
  • the temperature-sensitive material 12 can be heated and a triggering movement of the movable contact piece 15 done in this case.
  • the movable contact piece 15 can also be formed as a lid, wherein a bellows 14 may be provided which closes the space below the lid 15 almost tight.
  • the lid is then virtually inverted with lateral overhangs over the chimney 21 and it is created a piston which responds to the pressure effect of the arc. Due to the pressure, the mechanical strength of the wire or thread 13 or the connection point is exceeded even without an elevated temperature and the short-circuiter is triggered purely mechanically. This is particularly advantageous for a very rapid potential destruction of the varistor, since a detour over the heating is no longer needed.
  • the wire 13 does not have to be formed as an electrode. However, it is of advantage that the wire has a potential if necessary, so as to represent a lucrative way for the arc, so that the wire can be burned by the action of arcing and thus releases the actual short-circuiter.
  • the wire is not necessarily to be regarded as a power supply to the varistor and is also not in the main current path.
  • the illustrated embodiments are characterized in that the function-bearing parts of the thermal tripping function are separated from the current-carrying connection parts both physically and functionally and thus can be optimized in their respective function.
  • connection points 800 "and 900" are fixed on the connections 800 and 900 on a support plate 500 by means of screw connections.
  • the fixing device is in the embodiments of FIG. 6 to 9 of a wire 300th
  • One end of the wire 300 is fixed with a solder or a heat-soluble adhesive 400 on the varistor 100 and the corresponding contact surface, respectively.
  • the other end of the wire 300 is held to a contact plate 600 via an anchor 101.
  • the compression spring 200 is cocked, d. H. it acts a bias on the contact plate 600 with thereon Ringcard 700th
  • the contact plate 600 consists in the example shown of a mechanically and thermally highly resilient insulating material, preferably glass fiber reinforced epoxy resin and has at its outer edge region an annular metallic coating, d. H. the ring contact 700.
  • This metallic coating or the metallic short-circuit ring soldered thereto represents the intended short-circuit connection to the contact bars 900 'and 800 "in the tripped state.
  • the distance between the ring contact 700 and the opposing short-circuit bars 900' and 800 ' is indicated as the switching path S.
  • the wire 300 can also be replaced by a plastic thread, which melts in place of the soldering point under the action of heat by the varistor 100 and thus releases the biasing force of the contact plate 600.
  • the embodiment of the contact plate 600 with the ring contact 700 and the wire 300 fixed in the center via the anchorage 101 creates, as shown in FIG. 8, a sufficiently large insulation distance Is in both electrical and thermal respects.
  • the ring contact 700 bridges the two differently potentialed contact clips or shorting bars 800 'and 900'. This results in a very good heat dissipation over the contact clip and the adjoining clamp connections, so that the inventive solution is able to permanently lead very high short-circuit currents.
  • Another advantage of the presented short-circuiting device is that it is not limited to the application in connection with varistors. Due to the fact that the device in the untripped state, in contrast to a separating device, is not loaded with the surge current to be dissipated via the overvoltage protection element and, consequently, does not have to be designed for this, it is possible, for example.
  • B. also lightning current carrying spark gaps 120 (Fig. 9) are provided with the elements of the invention by z. B. on the spark gap 120, a copper sleeve is applied and the corresponding solder joint 400 is created. So here it serves the jacket tube of the spark gap as a heat indicator.
  • the contact plate 600 receives not only the ring contact 700, but an additional optical signaling device 110, z. B. in the form of a signal button. If the short-circuiting device is active, the signal button also moves upward in the illustration shown in FIG. 9 and thus enters the region of a viewing window 130. This is an optical visualization of the given short circuit.
  • the viewing window 130 may form the upper end of an installation housing 140 (series connection housing).

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kurzschließeinrichtung für Überspannungsableiter wie Variatoren, Funkenstrecken oder dergleichen Mittel, umfassend einen beweglichen leitfähigen oder leitfähige Abschnitte aufweisenden Kurzschließer, welcher unter mechanischer Vorspannung stehend durch eine Fixiereinrichtung gehalten ist, wobei die Fixiereinrichtung bei Erwärmung den Kurzschließer frei gibt, so dass dieser die Überspannungsableiter-Anschlusskontakte überbrückt oder verbindet. Erfindungsgemäß ist die Fixiereinrichtung an einer Stelle mit ermittelter stärkster Erwärmung im Überlastfall unmittelbar am oder auf dem Überspannungsableiter angeordnet und über eine minimierte Wärmekapazität verfügend ausgestaltet, wobei weder der Kurzschließer noch die Fixiereinrichtung Teile der im Normalbetriebsfall stromführenden Elemente des Überspannungsableiters sind.

Description

Kurzschließeinrichtung für Überspannungsabieiter
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kurzschließeinrichtung für Überspannungsabieiter wie Varistoren, Funkenstrecken oder dergleichen Mittel, umfassend einen beweglichen leitfähigen oder leitfähige Abschnitte aufweisenden Kurzschließer, welcher unter mechanischer Vorspannung stehend durch eine Fixiereinrichtung gehalten ist, wobei die Fixiereinrichtung bei Erwärmung den Kurzschließer frei gibt, so dass dieser die Überspannungsableiter-Anschluss- kontakte überbrückt oder verbindet, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Nach dem Stand der Technik werden zur Überwachung von Varistoren als Überspannungsabieiter einfache Abtrenneinrichtungen verwendet, die z. B. eine unter mechanischer Vorspannung stehende Schaltzunge aufweisen, die durch thermisches Auftrennen einer Lotverbindung eine Schaltbewegung ausübt und somit den Strompfad unterbricht. Derartige thermische Abtrennvorrichtungen, die auch mit einer Sollbruchstelle für hohe Ströme kombiniert sein können, sind beispielsweise in der DE 42 41 311 Al oder der DE 38 05 889 Al erläutert.
Alternativ zur Abtrennung können Überspannungsabieiter bei Überlastgefahr auch kurzgeschlossen werden. Sowohl das Abtrennen als auch das Kurzschließen dienen dem Schutz des Überspannungsabieiters vor Überlastung . Bei Anwendungen im Niederspannungsbereich ist die Abtrennung dominierend. Der Vorteil dieser bekannten Schutzmethode besteht darin, dass bei den häufigsten Überlastfällen die Abtrennvorrichtung den Varistor vom Netz trennt, wobei die Netzversorgung bestehen bleibt.
In einigen Überlastfällen, bei denen ein hoher Fehlerstrom durch die Abtrennvorrichtung unterbrochen werden soll bzw. die Versorgungsspannung stark erhöht ist, kann das Schaltvermögen der Abtrennvorrichtung überschritten werden. Der entstehende Lichtbogen zwischen der Schaltzunge und dem festen Anschlussstück eines Varistors kann nicht gelöscht werden. Der hier entstehende lang dauernde Energieeintrag in den Überspannungsabieiter kann zum Abbrand der Anschlussteile sowie letztendlich zur Zerstörung des Ableiters, aber auch zu Folgeschäden in der zu schützenden Anlage führen. In derartigen Fällen ist das Realisieren eines Kurzschlusses des Ableiters von Vorteil, da die vorgeordneten Überstromschutzeinrichtungen ein vielfach höheres Schaltvermögen besitzen. Hinsichtlich der Realisierung von Kurzschließeinrichtungen für Varistoren sei z. B. auf die DE 33 18 588 Al, DE 37 34 214 Al oder die DE 26 34 479 verwiesen.
Aus der US 4,068,281 oder der EP 0 860 927 Al sind Schutzeinrichtungen vorbekannt, die über eine elektronische Auswertung der Belastung einen Kurzschlusspfad aktivieren.
Bei der DE 33 18 588 Al wird ein Varistor mit Kurzschlussmöglichkeit offenbart. Bei Erwärmung des Varistors wird ein unter Federvorspannung stehendes Anschlussbein direkt oder nach Deformation eines Isolationsteils gegen einen Kurzschlusskontakt bewegt. Nachteilig ist hier, dass das temperatursensible Material entweder direkt im Stromkreis eingebunden ist und somit durch die metallischen Anschlussleitungen gekühlt wird oder dass zwischen dem Varistor und dem temperatursensiblen Material über die Zuleitung Wärme abgeführt wird. Dies erhöht erheblich die Verzögerungszeit zwischen dem Erreichen der kritischen Temperatur am Varistor und dem Ansprechen der temperatursensiblen Materialien. Bei einer sehr schnellen Erwärmung des Varistors kann dieser nicht ausreichend vor einer Überlastung und Zerstörung geschützt werden.
Die DE 26 34 479 Al zeigt einen Varistor mit einem federvorgespannten Kurzschlussbügel . Dort ist zwar der Federbügel nicht unmittelbar in den Zuleitungspfad eingebunden, jedoch führt seine unmittelbare Kontaktierung mit dem temperatursensiblen Material zu einer relevanten Kühlung desselben, wodurch auch bei dieser Lösung des Standes der Technik eine erhebliche Verzögerungszeit resultiert. Außerdem besitzt die vorbeschriebene Lösung einen erheblichen Platzbedarf und es ist die Kurzschlussstromtragfähigkeit begrenzt.
Gemäß DE 37 34 214 Al ist eine thermische Abtrennvorrichtung bekannt, welche über einen ausgeführten Wechselkontakt einen Kurzschluss in einem Parallelpfad realisieren kann. Bei dieser Abtrennvorrichtung erfolgt das Abtrennen des Varistors über eine Lotstelle im Zuleitungspfad . Die Wärmeabführung und somit auch die Verzugszeit sind sehr hoch.
Eine thermisch sensible Trennstelle einer üblichen Abtrennvorrichtung, wie sie in der Fig . 1, die den Stand der Technik in allgemeinster Art repräsentiert, dargestellt ist, kann prinzipiell auch für einen Kurzschließer genutzt werden. Die Lotstelle verbindet hier zwei Metallteile, welche eine hohe Wärmeleitung und eine hohe Wärmekapazität besitzen, da diese Metallteile zwangsweise alle Strombelastungen im Arbeitsbereich des Ableiters zu beherrschen haben. Die Lotverbindung selber muss den Anforderungen der Impulsstromtragfähigkeit gerecht werden. Zusätzlich wird die Lotverbindung permanent der mechanischen Belastung durch die Federvorspannung, welche auf den beweglichen Teil der Zuführung wirkt, ausgesetzt. Eine Optimierung auf die eigentliche Funktion, nämlich das Abtrennen des Varistors bei dessen Erwärmung ist gemäß dem Stand der Technik nicht möglich. Thermische Abtrennvorrichtungen der bekannten Art besitzen eine erhebliche Trägheit, welche insbesondere auf der Wärmeleitfähigkeit der verwendeten Materialien, den notwendigen Anschlussquerschnitten und der resultierenden großen Wärmekapazität beruht.
Im Überlastfall, also insbesondere bei der Erwärmung des Varistors infolge von lang andauernden Überspannungen oder der Alterung des Varistors wird die Lotstelle der Abtrennvorrichtung aufgrund der erläuterten Verhältnisse nur allmählich erwärmt. Das heißt, selbst nach Erreichen einer für den Varistor kritischen Temperatur vergeht noch eine geraume Zeit, bis die Lotstelle die notwendige Schmelztemperatur erreicht. Häufig erfolgt hierdurch eine Überlastung des Varistors, bevor eine thermische Abtrennung erfolgen kann. Eine Überlastung des Varistors kann auch zu Undefinierten Verhältnissen hinsichtlich des resultierenden Fehlerstroms und somit zu einer Vielzahl unterschiedlicher weiterer Fehler und Schäden führen.
Wie bereits erwähnt, gehören Lösungen zum Stand der Technik, bei welchen eine Trennung des thermisch sensiblen Teils vom Hauptstrompfad erfolgt. Bei den bisher bekannt gewordenen Lösungen konnte jedoch das Problem der großen Wärmekapazität bzw. der starken Kühlung des thermisch sensiblen Teils nicht beseitigt werden, wodurch insbesondere bei einer schnellen Erwärmung des Varistors kein ausreichender Schutz erzielt werden konnte. Die unter anderem aus diesem Grund entwickelten Schutzeinrichtungen auf der Basis von elektronischen oder elektromechanischen Wirksystemen zielen ebenfalls auf einen verbesserten Schutz der Varistoren bei schnellen Erwärmungsvorgängen ab, sind jedoch sehr aufwendig, kostenintensiv und störanfällig .
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Kurzschließeinrichtung für Überspannungsabieiter, wie Varistoren, Funkenstrecken oder dergleichen Mittel, anzugeben, deren Wirkprinzip darin besteht, im ausgelösten Zustand einen Kurzschlusspfad in einen Parallelpfad zu dem defekten Ableiter zu schalten, so dass der ursprüngliche Strom als Kurzschlussstrom in den Parallelpfad kommutiert. Die zu schaffende Kurzschließeinrichtung soll eine möglichst geringe Verzugszeit besitzen, so dass eine unerwünschte Zerstörung des Überspannungsabieiters vermieden werden kann bzw. der Schaden infolge einer Lichtbogenbildung begrenzbar ist. Die zu schaffende Lösung soll außerdem einfach, platzsparend und kostengünstig sein.
Außerdem soll die Kurzschließeinrichtung auch zur Kombination mit an sich bekannten Abtrennvorrichtungen geeignet sein.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Kurzschließeinrichtung für Überspannungsabieiter gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wurde erkannt, dass Überspannungsabieiter, z. B. Varistoren, aufgrund der Einbausituation, des Materialaufbaus, der Geometrie und der Kontaktierung der Anschlussflächen sowie der Stromverteilung Bereiche unterschiedlicher Erwärmung besitzen. Demnach ist entsprechend der gegebenen Verhältnisse der Punkt oder der Bereich der stärksten Erwärmung für die Positionierung des thermisch sensiblen Teils, d . h. der Fixiereinrichtung, auszuwählen. Das thermisch sensible Teil soll darüber hinaus über eine möglichst geringe Wärmekapazität verfügen und eine geringe Wärmeabfuhr besitzen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein bewegliches Kontaktstück der Zuleitung zum Überspannungsabieiter mit einer Federvorspannung beaufschlagt. Die Verbindung dieses derart beweglichen Kontaktstücks mit dem Überspannungsabieiter erfolgt über eine Kontaktstelle. Günstig für die Ausführung einer solchen Kontaktstelle ist es, wenn die Richtung der bei Stoßstrombelastung auftretenden Stromkräfte nicht gegen die Kontaktkraft wirkt.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist lediglich ein weiterer dauer- stromtragfähiger Kontakt mit entsprechendem Gegenpotential vorzusehen. Dieser Kontakt wird so angeordnet, dass zwischen den verschiedenen Potentialen eine ausreichende Trennstrecke vorhanden ist und dass das bewegte Teilstück, welches an den weiteren Kontakt heranbewegt wird, eine ausreichende Dauerstromtragfähigkeit besitzt.
Auf den Bereich des Varistors mit der stärksten Erwärmung wird ein thermisch sensibles Teil als Fixiereinrichtung angebracht. Diese Fixiereinrichtung soll über eine geringe Wärmekapazität verfügen. Zum Verbinden mit dem Überspannungsabieiter bieten sich Wachse, Kleber, Lote oder geeignete Materialien mit einem Schmelzpunkt oder einer Erweichungstemperatur knapp oberhalb der üblichen Betriebstemperatur des Überspannungsabieiters an. Diese Materialien halten dann entweder direkt oder in Verbindung mit Zwischenstücken das eigentliche bewegliche Teil der Kurzschließeinrichtung.
Wenn aus konstruktiven Gründen notwendig, kann die temperatursensible Fixiereinrichtung auch nicht unmittelbar am Varistor befestigt werden. In diesem Fall muss jedoch dafür gesorgt werden, dass die Wärmeleitung zwischen der Stelle mit der stärksten erwarteten Erwärmung und der Fixiereinrichtung ausreichend ist, und zwar bei einer an sich zu minimierenden Wärmekapazität.
Dann, wenn die Schmelztemperatur des temperatursensiblen Bereichs bzw. der Fixiereinrichtung erreicht ist, bewegt sich der Kurzschlussbügel auf den zusätzlichen Kontakt zu mit der Folge des erwünschten schnellen Kurzschlie- ßens des betreffenden Überspannungsabieiters. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Kurzschluss auch an zwei separaten gegenpoligen Kontakten durch Bewegung eines entsprechenden Kontaktstücks hin zu diesen Kontakten realisiert werden.
Bei sehr steilen und hohen Überspannungen oder Stoßströmen, bei welchen der Überspannungsabieiter, insbesondere ein Varistor, innerhalb von wenigen Mikrosekunden überlastet wird, findet vor der Zerstörung des Varistors nahezu keine Erwärmung statt. In diesen Fällen ist vorgeschlagen, die erfindungsgemäße Kurzschließeinrichtung, d . h. die Fixiereinrichtung, in einem Bereich einer zusätzlichen Umhausung des Überspannungsabieiters anzuordnen, wobei dieser Bereich im Falle eines entstehenden Lichtbogens Temperatur- und/oder Gaswirkungen des Lichtbogens sammelt oder bündelt. Das heißt, das entstehende heiße Gas, welches im Schadensfall vorliegt, wird direkt zur Fixiereinrichtung und zu dem dort vorgesehenen thermisch sensiblen Bereich geleitet. Dies kann im einfachsten Fall dadurch realisiert werden, dass der Überspannungsabieiter bis auf den Bereich der Kontaktierung des temperatursensiblen Materials vollständig umschlossen ist. Hierbei kann das heiße Gas oder Plasma zu einem kaminartigen Kanal geführt werden, in welchem ein Draht oder ein Faden der Fixiereinrichtung befindlich ist. Als temperatursensibel wird hierbei die Kontaktstelle der Auslöseeinrichtung mit dem Varistor sowie im Falle eines Fadens aus Isolationsmaterial auch das Material des Fadens angesehen, welches im Falle der Lichtbogeneinwirkung schmelzen oder sich verlängern kann.
Bei einer umhüllten Ausführung des Überspannungsabieiters kann zusätzlich auch die Druckentwicklung für den Kurzschluss genutzt werden. H ierzu wirkt der Druck, z. B. in Form eines Kolbensystems, direkt auf den Kurzschlusskontakt ein. Die mechanische Festigkeit des Haltesystems (Kontaktstelle, Festigkeit des Drahtes) wird hierbei bereits bei geringen Drücken überlastet.
Die Kurzschließeinrichtung der Erfindung ist über eine thermische Trennstelle mit dem eigentlichen zu überwachenden Element, d . h. einem Varistor oder einer Funkenstrecke, verbunden und wird beim Überschreiten einer bestimmten Wärmemenge z. B. ausgelötet oder durch Veränderung der Viskosität eines Klebers ausgelöst. Als Folge davon wird in einem Parallelpfad zum betroffenen Element ein Kurzschlusspfad geschlossen, ohne dass das eigent- liehe Überspannungsschutzelement abgetrennt wird . Da der Parallelpfad in jedem Fall niederohmiger als der defekte Ableiter ist, erfolgt eine nahezu vollständige Kommutierung des Stroms über den so geschaffenen Bypass, wodurch der Leistungsumsatz im defekten Ableiterelement auf einen vernachlässigbar geringeren Wert reduzierbar ist. Wesentlich ist, dass die Stromkommutierung bereits erfolgt, bevor z. B. ein Varistor aufgrund seines Zerstörungsgrads durchlegiert ist. Dies erfordert eine schnelle Schalteinrichtung, die erfindungsgemäß durch eine verlustfreie Wärmeübertragung vom Über- spannungsableiter an die thermische Trennstelle und von dort auf den eigentlichen Kurzschlussschalter gekennzeichnet ist.
Wie bereits erläutert, besteht ein direkter Wärmekontakt der Fixiereinrichtung bzw. der thermischen Trennstelle mit dem Überspannungsabieiter oder Schutzelement, insbesondere einem Varistor oder einer Funkenstrecke. Die thermische Trennstelle ist von der eigentlichen Schalteinrichtung thermisch entkoppelt, wobei die Kurzschließeinrichtung im Normalzustand potentialfrei ist. Bei einer Ausgestaltung liegt ein potentialfreier Kurzschlusskontakt mit hoher Kurzschluss- und Dauerstrombelastung durch Wärmeabführung von der Kontaktstelle vor.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht die Kurzschließeinrichtung aus einer Vorrichtung, bei der ein direkt auf einen Varistor aufgebrachter Draht über eine Federkraft vorgespannt ist. Am gegenüberliegenden Ende weist der Draht eine bevorzugt kreisförmige Kontaktplatte auf, die zum einen mit ihrer Unterseite die Feder im nicht ausgelösten Zustand spannt und die zum anderen im ausgelösten Zustand mit ihrer Oberseite eine Kurzschlussverbindung zwischen zwei Kontaktbügeln herstellt. Diese Kontaktbügel sind wiederum mit den jeweiligen Anschlusspotentialen des Varistors und so mit den äußeren Anschlüssen verbunden, so dass die Kontaktplatte die Zuschaltung des Bypasses und damit die beabsichtigte Stromkommutierung auslöst.
Dabei besteht die Kontaktplatte bevorzugt aus einem mechanisch und thermisch hoch belastbaren Isolationsmaterial, z. B. aus glasfaserverstärktem Epoxidharz. Am äußeren Randbereich ist eine kreisförmige metallische Be- schichtung vorhanden. Diese metallische Beschichtung oder ein darauf gelö- teter metallischer Kurzschlussring stellt im ausgelösten Zustand die beabsichtigte Kurzschlussverbindung zwischen den vorerwähnten Kontaktbügeln her.
Durch die Auslegung der Kontaktplatte erfolgt im Zustand „thermisches Trennen" die Wärmeabführung ausschließlich über den Draht mit geringem Durchmesser, was jedoch durch dessen geringe Wärmeleitfähigkeit und die vorhandene geringe Masse vernachlässigbar ist.
Der Draht kann auch durch einen Kunststofffaden ersetzt werden, der anstelle der Lotstelle unter Wärmeeinwirkung durch den Varistor aufschmilzt und so die Vorspannung der Kontaktplatte über die Federkraft frei gibt.
Wenn die Kontaktplatte den vorerwähnten kreis-, kreisring- oder ringförmig ausgebildeten Kontakt aufweist, der über eine Isolierstrecke auf der Kontaktplatte von dem gegebenenfalls potentialführenden Draht getrennt und somit sowohl thermisch als auch elektrisch von diesem isoliert ist, führt die Kontaktplatte im nicht ausgelösten Zustand kein Potential . Hierdurch können die Luft- und Kriechstrecken zu potentialführenden Teilen verringert werden, was den Schaltweg verkleinert und die Lichtbogendauer das Schaltlichtbogens extrem verkürzt.
Im abgetrennten Zustand überbrückt der Ringkontakt die beiden unterschiedlich potentialbehafteten Kontaktbügel, so dass eine sehr gute Wärmeabführung über die Kontaktbügel bzw. der daran anschließenden Klemmverbindungen vorliegt. Damit kann die Einrichtung auch sehr hohe Kurzschlussströme dauerhaft führen.
Die Erfindung ist nicht nur auf die Anwendung im Zusammenhang mit Varistoren beschränkt. Dadurch, dass funktionsbedingt im nicht ausgelösten Zustand im Gegensatz zu einer Abtrennvorrichtung keine Belastung mit dem über das Überspannungsschutzelement abzuleitenden Stossstrom vorliegt und keine entsprechende Auslegung notwendig wird, können z. B. auch blitzstrom- tragfähige Funkenstrecken mit einer erfindungsgemäßen Fixiereinrichtung versehen werden, indem z. B. deren Mantelrohr als Wärmeindikator dient, der mit einem metallischen Draht oder einem Kunststofffaden über eine Lotstelle oder sonstige Trennstelle verbunden ist. Damit kann auch bei Funkenstrecken im Überlastfall eine thermische Zerstörung der dortigen Isolationsstrecken verhindert werden.
Zusammenfassend wird also von einer Kurzschließeinrichtung ausgegangen, die einen beweglichen leitfähigen oder leitfähige Abschnitte aufweisenden Kurzschließer umfasst, welcher unter mechanischer Vorspannung stehend durch eine Fixiereinrichtung gehalten ist, wobei die Fixiereinrichtung bei Erwärmung den Kurzschließer frei gibt, so dass dieser die Überspannungsab- leiter-Anschlusskontakte überbrückt oder verbindet. Erfindungsgemäß ist die Fixiereinrichtung an einer Stelle mit ermittelter stärkster Erwärmung im Überlastfall unmittelbar am oder auf dem Überspannungsabieiter angeordnet und verfügt über eine minimierte Wärmekapazität. Weder der Kurzschließer noch die Fixiereinrichtung sind Teile der im Normalbetriebsfall stromführenden Elemente, d. h. im Betriebsfall potentialfrei.
Die Fixiereinrichtung ist bei einer ersten Ausführungsform ein mit einem Lot oder einem wärmelöslichen Kleber gehaltenes Blockierelement. Bei einer zweiten Ausführungsform ist die Fixiereinrichtung ein mit einem Lot oder einem wärmelöslichen Kleber gehaltener Draht oder Faden.
Bei einer dritten Ausführungsform ist die Fixiereinrichtung ein bei Temperaturbelastung längenveränderlicher, schmelzender oder sich auflösender Draht oder Faden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen :
Fig. 1 ein Blockschaltbild sowie eine Prinzipdarstellung einer thermischen Abtrennvorrichtung des Standes der Technik, wobei sich diese als Reihenschaltung der Abtrennvorrichtung 2 mit einem Varistor 1 darstellt; Fig. 2a und 2b Prinzipdarstellungen einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer beweglichen Schaltzunge als Element der Kurzschließeinrichtung;
Fig. 3 Darstellungen einer Ausführungsform mit einem beweglichen
Kontaktstück für den Kurzschließer, welches unter Federvorspannung steht und durch einen Draht oder Faden mit Hilfe eines temperatursensiblen Materials direkt oder indirekt am Überspannungsabieiter befestigt ist, und zwar im Zustand nicht ausgelöst (rechtsseitig) sowie ausgelöst (linksseitig);
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Varistor mit einer üblichen Abtrennvorrichtung analog des Standes der Technik versehen ist und wobei zusätzlich eine Kurzschlusseinrichtung analog der Lösung nach Fig. 3 vorliegt;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Überspannungsabieiter in Form eines Varistors mit einer zusätzlichen Umhausung versehen ist und wobei die Fixiereinrichtung sich in einem Bereich befindet, in dem sich im Falle eines entstehenden Lichtbogens Temperatur- und/oder Gaswirkungen des Lichtbogens sammeln oder bündeln;
Fig. 6 ein konkretes Beispiel einer Kurzschließeinrichtung mit über eine Schraubenfeder vorgespannter Fixiereinrichtung nebst Kontaktbügeln und Kontaktplatte im nicht ausgelösten Zustand;
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 6, jedoch im ausgelösten Zustand;
Fig. 8 eine Draufsicht auf den Ringkontakt sowie die Verankerung für den Draht der Fixiereinrichtung gemäß den Darstellungen nach Fig. 6 und 7 und
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel ähnlich des Prinzips nach Fig . 6 und 7, jedoch angepasst für die Verwendung bei einem Überspannungsabieiter in Form einer gekapselten Funkenstrecke. Wie in der Beschreibungseinleitung dargelegt, sind aus dem Stand der Technik thermische Abtrennvorrichtungen gemäß Fig. 1 vorbekannt. Hierbei steht die eigentliche Abtrennvorrichtung 2 in Reihenschaltung zum Varistor 1, der den Überspannungsabieiter bildet.
Ein Abtrennstreifen 3 in Form einer beweglichen Schaltzunge steht unter der Kraft einer symbolisch angedeuteten Feder F. Ein Anschluss 6 des Varistors 1 ist über eine Lotstelle 5 mit einem Ende des Abtrennstreifens 3 verbunden, wobei der Abtrennstreifen 3 mit dem zweiten Varistoranschluss 7 in Kontakt steht. Darüber hinaus ist eine Engstelle 4 im Verlauf des Abtrennstreifens 3 vorhanden, die als Stromsicherung wirkt.
Bei einer Erwärmung des Varistors 1 im Bereich der Lotstelle 5 schmilzt das Lot mit der Folge einer entsprechenden Bewegung des unter Federvorspannung stehenden Abtrennstreifens 3 vom Varistoranschluss 6 weg .
Wie in der Fig . 2a dargestellt, kann diese Vorrichtung des Standes der Technik erfindungsgemäß weitergebildet werden.
Hier ist lediglich ein weiterer dauerstromtragfähiger Kontakt 18 vorhanden, der mit einem entsprechenden Pol des Varistors 1 in Verbindung steht. Der Kontakt 18 ist so angeordnet, dass zwischen den verschiedenen Potentialen eine ausreichende Trennstrecke vorhanden ist.
Auf den Bereich des Varistors 1 mit der stärksten Erwärmung ist ein thermisch sensibles Teil oder Material 11 angebracht. Das Teil 11 kann entweder durch ein Wachs, durch Kleber oder Lote, deren Schmelzpunkt etwas über der Betriebstemperatur des Varistors liegt, auf diesem fixiert werden. Es kann aber auch das Teil 11 selbst aus einem derartigen Material bestehen. Das Teil bzw. das Material 11 halten direkt oder in Verbindung mit Zwischenstücken, z. B. in Form einer Klemmtasche 10, das bewegliche Teil 3 der Kurzschließeinrichtung. Die Verbindung mit dem Varistoranschluss 6 und dem beweglichen Teil 3 (Abtrennstreifen nach Fig. 1) wird lose und lotfrei an der mit dem Bezugzeichen 8 gekennzeichneten Stelle hergestellt. Im Falle einer entsprechenden Erwärmung der Fixiereinrichtung, bestehend aus dem Teil 11, wird letzteres durch die Federkraft des Abtrennstreifens 3 (bewegliches Teil) weggeschoben und es stellt sich ein Kurzschluss zwischen dem beweglichen Teil 3 und dem zusätzlichen Kontakt 18 her (siehe Fig. 2a, rechter Bildteil).
Die Fig . 2b zeigt eine perspektivische Darstellung der Lösung wie in der Fig . 2a im Prinzip dargestellt, und zwar mit einer Klemmtasche 10 für das bewegliche Teil 3 und eine Fixiereinrichtung in Form eines Haltebolzens 11. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde der zusätzliche dauerstromtragfähige Kontakt 18 in der Darstellung weggelassen.
Wie in der Fig . 3 erkennbar, ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein bewegliches Kontaktstück 15 vorhanden, das zwei separate gegenpolige Kontaktstücke 16 überbrücken kann. Die separaten Kontaktstücke 16 stehen mit jeweils einem Anschluss des Varistors 1 (Anschluss 6 und 7) in Verbindung.
Das bewegliche Kontaktstück 15 wird mit Hilfe einer Feder 14 unter Vorspannung gehalten. Der Vorspannzustand wird dadurch fixiert, dass ein Draht 13 mit geringer Wärmekapazität vorhanden ist, welcher mit Hilfe eines temperatursensiblen Materials 12 wie Lot oder Wachs an einer Stelle des Varistors fixierbar ist, welcher einer stärksten Erwärmung im Überlastfall unterliegt.
Wenn die Schmelztemperatur des Materials 12 erreicht ist, löst sich der Draht oder der Faden 13 und es kann sich das bewegliche Kontaktstück 15 auf die gegenpoligen Kontaktstücke 16 bewegen, so dass sich der gewünschte Kurzschluss und eine Stromkommutierung zum Kurzschluss-Bypass (Fig . 3, rechtes Bild) einstellt.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 kann, wie in der Fig. 4 gezeigt, auch zusätzlich zu einer an sich bekannten thermischen Abtrennvorrichtung, wie zur Fig. 1 erläutert, vorgesehen sein, d . h. kombiniert werden.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig . 4 wird eine an sich bekannte Abtrennvorrichtung des Standes der Technik mit einem erfindungsgemäßen Kurzschließer kombiniert und somit der Funktionsbereich der Anordnung erhöht. Bei einer allmählichen Alterung bzw. einer leicht überhöhten Netzspannung spricht die Abtrennvorrichtung nach wenigen Sekunden bzw. einer längeren Zeit an und der Ableiter wird wie üblich vom Netz getrennt. Bei starker Überlastung, bei welcher die Gefahr einer Zerstörung des Varistors innerhalb eines sehr kurzen Zeitbereichs z. B. < 1 s besteht, wird der Varistor über die Kurzschlusseinrichtung gebrückt und durch die vorgeschaltete Überstrom- schutzeinrichtung abgetrennt. Dies kann z. B. dadurch realisiert werden, dass die Schmelztemperatur des Lotes der Abtrennvorrichtung unterhalb der Reaktionstemperatur des temperatursensiblen Materials der Kurzschlusseinrichtung liegt. Darüber hinaus kann eine Realisierung auch über eine entsprechende Abstimmung der Wärmekapazitäten vorgenommen werden.
Bei sehr steilen und hohen Überspannungen bzw. Stossströmen, bei welchen der Varistor 1 innerhalb von wenigen Mikrosekunden überlastet werden kann, findet vor der Zerstörung des Varistors 1 im Regelfall keine Erwärmung statt. In diesen Fällen wird eine Lösung gemäß Fig. 5 vorgeschlagen. H ierfür wird der Varistor 1 mit einer Ummantelung 17 umgeben. Eine abbrandfeste Kontaktplatte 20 des Varistors 1 führt zu einem ersten Varistoranschluss 7, der mit einem der gegenpoligen Kontaktstücke 16 in Verbindung steht. Der zweite Varistoranschluss 6 führt zum zweiten der gegenpoligen Kontaktstücke 16. Das temperatursensible Material 12, welches den Draht oder Faden 13 als Fixiereinrichtung sichert, hält die Spannung der Feder 14 aufrecht, so dass sich im nicht ausgelösten Zustand das bewegliche Kontaktstück 15 in ausreichender Entfernung von den gegenpoligen Kontaktstücken 16 befindet.
Kommt es zum Entstehen eines Lichtbogens 19, folgt das heiße Gas oder Plasma dem mit Pfeildarstellung symbolisierten Weg entlang eines Kamins 21. Damit kann auch in diesem Fall das temperatursensible Material 12 erwärmt werden und eine auslösende Bewegung des beweglichen Kontaktstücks 15 erfolgen.
Alternativ besteht die Möglichkeit, das Material des Drahtes oder Fadens 13 so auszugestalten, dass dieses im Falle einer Lichtbogeneinwirkung schmilzt oder sich derart verlängert, dass eine elektrische Überbrückung der gegen- poligen Kontaktstücke 16 unter Wirkung des beweglichen Kontaktstücks 15 möglich wird .
Bei der in der Fig . 5 gezeigten Ausführungsform ist das bewegliche Kontaktstück 15 auch als Deckel ausbildbar, wobei ein Federbalg 14 vorgesehen sein kann, der den Raum unterhalb des Deckels 15 nahezu dicht abschließt. Der Deckel ist dann quasi mit seitlichen Überhängen über den Kamin 21 gestülpt und es wird ein Kolben geschaffen, der auf die Druckwirkung des Lichtbogens reagiert. Durch den Druck wird die mechanische Festigkeit des Drahtes oder Fadens 13 bzw. der Verbindungsstelle auch ohne erhöhte Temperatur überschritten und es wird der Kurzschließer rein mechanisch ausgelöst. Dies ist insbesondere bei einer sehr schnellen potentiellen Zerstörung des Varistors von Vorteil, da ein Umweg über die Erwärmung nicht mehr benötigt wird .
Der Draht 13 muss nicht als Elektrode ausgebildet sein. Es ist allerdings von Vorteil, dass der Draht bei Bedarf mit einem Potential behaftet ist, um so für den Lichtbogen einen lukrativen Weg darzustellen, so dass der Draht durch die Lichtbogeneinwirkung abgebrannt werden kann und somit den eigentlichen Kurzschließer frei gibt. Dabei ist der Draht nicht zwingend als Stromzuführung zu dem Varistor anzusehen und befindet sich auch nicht im Hauptstrompfad .
Die erläuterten Ausführungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, dass die funktionstragenden Teile der thermischen Auslösefunktion von den stromführenden Anschlussteilen sowohl körperlich als auch funktional getrennt sind und somit in ihrer jeweiligen Funktion optimiert werden können.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig . 6 bis 8 wird von einem zu sichernden Varistor 100 ausgegangen, welcher einen ersten Anschlusspunkt 800" und einen zweiten Anschlusspunkt 900" umfasst. Beide Anschlusspunkte 800" und 900" sind über die Anschlüsse 800 und 900 auf einer Trägerplatte 500 mit Hilfe von Schraubverbindungen fixiert.
Die Fixiereinrichtung besteht bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 bis 9 aus einem Draht 300. Ein Ende des Drahtes 300 ist mit einem Lot oder einem wärmelöslichen Kleber 400 auf dem Varistor 100 bzw. der entsprechenden Kontaktfläche fixiert. Das andere Ende des Drahtes 300 ist über eine Verankerung 101 an einer Kontaktplatte 600 gehalten. In diesem Zustand (Fig . 6) ist die Druckfeder 200 gespannt, d . h. es wirkt eine Vorspannung auf die Kontaktplatte 600 mit darauf befindlichem Ringkontakt 700.
Die Kontaktplatte 600 besteht beim gezeigten Beispiel aus einem mechanisch und thermisch hoch belastbaren Isolierstoff, vorzugsweise glasfaserverstärktem Epoxidharz und weist an seinem äußeren Randbereich eine kreisringförmige metallische Beschichtung, d . h. den Ringkontakt 700 auf. Diese metallische Beschichtung bzw. der darauf gelötete metallische Kurzschlussring stellt im ausgelösten Zustand die beabsichtigte Kurzschlussverbindung zu den Kontaktbügeln 900' und 800" dar. Der Abstand zwischen dem Ringkontakt 700 und der gegenüberliegenden Kurzschlussbügel 900' und 800' ist als Schaltweg S angegeben.
Durch die Auslegung der Kontaktplatte 600 erfolgt die Wärmeabführung nur über den Draht 300, was aber durch dessen geringe Wärmeleitfähigkeit und die bestehende geringe Masse vernachlässigbar ist. Der Draht 300 kann auch durch einen Kunststofffaden ersetzt werden, der anstelle der Lotstelle unter Wärmeeinwirkung durch den Varistor 100 aufschmilzt und so die Vorspannkraft der Kontaktplatte 600 frei gibt.
Die Ausführung der Kontaktplatte 600 mit dem Ringkontakt 700 und dem im Zentrum fixierten Draht 300 über die Verankerung 101 schafft, wie in der Fig. 8 gezeigt, eine ausreichend große Isolationsstrecke Is sowohl in elektrischer als auch thermischer Hinsicht.
Im ausgelösten Zustand überbrückt der Ringkontakt 700 die beiden unterschiedlich potentialbehafteten Kontaktbügel bzw. Kurzschlussbügel 800' und 900'. Hierdurch ergibt sich eine sehr gute Wärmeabführung über die Kontaktbügel und die sich daran anschließenden Klemmverbindungen, so dass die erfindungsgemäße Lösung in der Lage ist, sehr hohe Kurzschlussströme dauerhaft zu führen. Ein weiterer Vorteil der vorgestellten Kurzschließeinrichtung besteht darin, dass diese nicht nur auf die Anwendung im Zusammenhang mit Varistoren beschränkt ist. Dadurch, dass die Einrichtung im nicht ausgelösten Zustand im Gegensatz zu einer Abtrennvorrichtung nicht mit dem über das Überspannungsschutzelement abzuleitenden Stossstrom belastet wird und demzufolge auch nicht dafür ausgelegt werden muss, können z. B. auch blitzstromtrag- fähige Funkenstrecken 120 (Fig . 9) mit den erfindungsgemäßen Elementen versehen werden, indem z. B. auf die Funkenstrecke 120 eine Kupfermanschette aufgebracht wird und die entsprechende Lotverbindung 400 geschaffen wird. Es dient also hier das Mantelrohr der Funkenstrecke als Wärmeindikator.
Bei der Darstellung nach Fig . 9 bezüglich einer Kurzschließeinrichtung für eine Funkenstrecke 120 sind noch weitere erfindungsrelevante Ideen verkörpert. So nimmt die Kontaktplatte 600 nicht nur den Ringkontakt 700 auf, sondern eine zusätzliche optische Signalisierungseinrichtung 110, z. B. in Form eines Signalknopfes. Wird die Kurzschließeinrichtung aktiv, bewegt sich ebenfalls der Signalknopf in der gezeigten Darstellung nach Fig. 9 nach oben und tritt somit in den Bereich eines Sichtfensters 130 ein. Damit erfolgt eine optische Visualisierung des gegebenen Kurzschlusses. Das Sichtfenster 130 kann den oberen Abschluss eines Installationsgehäuses 140 (Reihenanschlussgehäuse) bilden.
Bezugszeichenliste
1; 100 Varistor
2 Abtrennvorrichtung
3 Abtrennstreifen; bewegliches Teil
4 Engstelle
5 Lotstelle
6, 7 Varistoranschluss
8 lose, lotfreie Verbindung
9 Verbindung zwischen Varistoranschluss 7 und Abtrennstreifen 3
10 Klemmtasche
11 Haltebolzen 12 temperatursensibles Material wie Lot, Wachs oder dergleichen
13 Draht
14 Feder
15 bewegliches Kontaktstück
16 separate gegenpolige Kontaktstücke
17 druckfeste Ummantelung
18 Kontaktstück
19 Lichtbogen
20 abbrandfeste Kontaktplatte
21 Kamin
200 Druckfeder
300 Draht
400 Lot-Trennstelle; Lot-Auslöseeinrichtung
500 Leiter- und/oder Trägerplatte
600 Kontaktplatte
700 Ringkontakt
800 erster äußerer Anschluss
800' erster Kurzschlussbügel
800" erster Anschlusspunkt Varistor / Funkenstrecke
900 zweiter äußerer Anschluss
900' zweiter Kurzschlussbügel
900" zweiter Anschlusspunkt Varistor / Funkenstrecke
101 Verankerung für Draht oder Faden
110 Signalknopf
120 Funkenstrecke mit Kupfermanschette
130 Sichtfenster
140 Installationsgehäuse
F Kraftwirkung einer Feder
Is Isolationsstrecke
S Schaltweg / Schaltstrecke

Claims

Patentansprüche
1. Kurzschließeinrichtung für Überspannungsabieiter wie Varistoren, Funkenstrecken oder dergleichen Mittel, umfassend einen beweglichen leitfähigen oder leitfähige Abschnitte aufweisenden Kurzschließer, welcher unter mechanischer Vorspannung stehend durch eine Fixiereinrichtung gehalten ist, wobei die Fixiereinrichtung bei Erwärmung den Kurzschließer frei gibt, so dass dieser die Überspannungsableiter-Anschlusskontakte überbrückt oder verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung an einer Stelle mit ermittelter oder stärkster zu erwartender Erwärmung im Überlastfall unmittelbar am oder auf dem Überspan- nungsableiter angeordnet ist und über eine minimierte Wärmekapazität verfügt.
2. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung ein mit einem Lot, einem wärmelöslichen Kleber oder Wachs gehaltenes Blockierelement ist.
3. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung ein mit einem Lot, einem wärmelöslichen Kleber oder Wachs gehaltener Draht oder Faden ist.
4. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinrichtung ein bei Temperaturbelastung längenveränderlicher, schmelzender oder sich auflösender Draht oder Faden ist.
5. Kurzschließeinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fixiereinrichtung im Bereich einer zusätzlichen Umhausung des Über- spannungsableiters befindet, wobei dieser Bereich im Falle eines entstehenden Lichtbogens Temperatur- und/oder Gaswirkungen des Lichtbogens sammelt oder bündelt.
6. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die draht- oder fadenförmige Fixiereinrichtung mit ihrem ersten Ende an der Oberfläche des Überspannungsabieiters gehalten ist und mit ihrem zweiten, gegenüberliegenden Ende mit einer Kontaktplatte in Verbindung steht sowie im Inneren einer Vorspannfeder verläuft.
7. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des ersten Endes der Fixiereinrichtung mit der Oberfläche des Überspannungsabieiters durch den wärmelöslichen Kleber, das Lot oder Wachs erfolgt.
8. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche aus einem mechanisch und thermisch belastbaren Isolationsstoff besteht, auf dessen freier außenseitiger Oberfläche ein Kontaktstreifen oder Kontaktring aus leitfähigem Material befindlich ist.
9. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente des Überspannungsabieiters mit je einem Kontaktbügel in Verbindung stehen, welche sich in Richtung des Kontaktstreifens oder Kontaktrings der Kontaktplatte erstrecken.
10. Kurzschließeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weder der Kurzschließer noch die Fixiereinrichtung Teile der im Normalbetriebsfall stromführenden Elemente des Überspannungsabieiters sind .
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