Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Überlastschutz von

Überspannungsschutzgeräten, bestehend aus mindestens einem

Überspannungsabieiter mit oder ohne thermischer, im Überlastfall ansprechender Abtrennvorrichtung gemäß Anspruch 1.

Aus der DE 102013019391 AI ist eine Anordnung zum Überlastschutz von Überspannungsschutzgeräten vorbekannt.

Diese Anordnung umfasst mindestens ein spannungsbegrenzendes Element sowie mindestens ein spannungsschaltendes Element. Wahlweise ist eine Vorsicherung vorhanden. Das spannungsbegrenzende Element ist als Varistor und das spannungsschaltende Element als Funkenstrecke ausgebildet, wobei die vorstehenden Elemente in Reihe geschalten sind. Weiterhin ist zum Schutz vor unzulässigen Impulsströmen dem

spannungsbegrenzenden Element in der Reihenschaltung eine

Überwachungsfunkenstrecke, einen Bypass bildend, parallel geschalten. Zusätzlich kann eine thermische Überwachungseinrichtung vorgesehen sein, welche bei Alterungseffekten, unzulässig hohen Netzspannungen und/oder energiearmen, periodischen, hochfrequenten Überspannungen sowohl die Überwachungsfunkenstrecke als auch das spannungsschaltende Element überbrückt. Diese Anordnung schützt vor Überlastung mit hohen Impulsströmen, bietet aber auch Gewähr gegen eine unzulässig starke Erwärmung der Überspannungsbegrenzenden Elemente.

Bei dem Überspannungsabieiter mit integrierter Schutzvorrichtung nach DE 102009004318 AI ist mindestens ein Varistor und ein Kaltleiter vorhanden, welcher mit dem Varistor in thermischem Kontakt steht.

Varistor und Kaltleiter sind elektrisch in Reihe geschalten. Weiterhin ist zwischen zwei Varistorscheiben eine keramische Scheibe mit

Kaltleiterverhalten in Sandwichbauweise ausgebildet, wobei die genannten Elemente direkt miteinander mechanisch und elektrisch verbunden werden. Eine solche Schutzvorrichtung dient insbesondere dem Schutz gegen lang andauernde, netzfrequente Überspannungen.

Grundsätzlich besteht das Bedürfnis, Überspannungsabieiter mit

eigensicherem Verhalten zu schaffen. Dies bedeutet, dass der

entsprechende Überspannungsabieiter über den vollen Bereich möglicher netzfrequenter prospektiver Kurzschlussströme, z.B. von 0 bis 25 kA, lückenlos und ohne zusätzliche externe Überstromschutzeinrichtungen, z.B. Sicherungen alle Überlastfälle, aber auch interne Fehlerzustände

beherrscht.

Der eingangs geschildete Stand der Technik geht diesbezüglich von internen Sicherungen oder thermischen Abtrennvorrichtungen aus.

Derartige Mittel weisen im Fehler- oder Überlastfall Mängel auf, d.h. der gesamte Bereich größerer Leckströme bis hin zu mittleren

Kurzschlussströmen kann nicht sicher abgedeckt werden.

Alternative Schaltungskonzepte für eigensichere Überspannungsabieiter, z.B. eine Kombination von Überspannungsableitern mit

Überstromschutzeinrichtungen benötigen zusätzliche externe

Komponenten, die zum Teil sehr kostenintensiv sind, zusätzlichen

Platzbedarf in der Installation verursachen und eine sehr aufwendige Ausgestaltung nach sich ziehen. Darüber hinaus ergibt sich in vielen Fällen ein Zustand der Einschränkung der Leistungsfähigkeit bezogen auf das angestrebte Abieitvermögen.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Anordnung zum Überlastschutz von Überspannungsschutzgeräten, bestehend aus mindestens einem Typ II-Überspannungsableiter mit oder ohne thermischer, im Überlastungsfall ansprechender Abtrennvorrichtung anzugeben, welche eine lückenlose Abstimmung für alle denkbaren

Überlast- und Fehlerfälle ermöglicht und gleichzeitig sicherstellt, dass der eingesetzte Überspannungsabieiter im normalen, nicht von einer

Schutzfunktion gezeichneten Betrieb möglichst keiner alterungsrelevanten Belastung unterliegt. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Anordnung zum Überlastschutz von Überspannungsschutzgeräten gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.

Die erfindungsgemäße Anordnung zum Überlastschutz von Überspannungsschutzgeräten mit mindestens und insbesondere einem Typ II-Überspan- nungsableiter, z. B. ausgebildet als MOV, weist mit diesem baulich vereinigt eine von beweglichen Kontakten freie Schalteinheit auf.

Diese, von beweglichen Kontakten freie Schalteinheit ist mit dem

mindestens einen Überspannungsabieiter in Reihe geschalten.

Die Schalteinheit weist mindestens zwei, feststehende, in engem Abstand befindliche Schaltkontakte auf, wobei der Abstand der Schaltkontakte so vorgegeben ist, dass bei jedem Stoßstrom- oder Ableitvorgang durch den sich ausbildenden Lichtbogen die Schalteinrichtung in einen quasi geschlossenen Zustand übergeht.

Im Ruhezustand hingegen fällt die Spannung des anliegenden Netzes an der Schalteinrichtung ab, wodurch der in Reihe liegende

Überspannungsabieiter ohne Spannungsbelastung und damit leckstromfrei, d. h. ohne Belastungen bleibt und somit nicht altert.

Die baulich vereinigte Reihenschaltung zwischen Überspannungsabieiter und der speziellen Schalteinheit bildet eine neue Baueinheit, die als solche als weitergebildeter Überlastschutz die gewünschte Abstimmung für alle Überlast- und Fehlerfälle ermöglicht. Gleichzeitig ist die Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass mit dieser keine Verschlechterung der Schutzeigenschaften des eingesetzten Überspannungsabieiters einhergeht. Man kann im Gegenteil diesbezüglich die Bemessungsspannung des eingesetzten Überspannungsabieiters niedriger wählen, so dass sich ein verbessertes Schutzverhalten ergibt. In Ausgestaltung der Erfindung sind die feststehenden Schaltkontakte so realisiert, dass der im Ableitfall entstehende Lichtbogen verharrt und eine Erhöhung der Lichtbogenbrennspannung unterbleibt.

Unter feststehenden Schaltkontakten soll eine technische Lösung

verstanden werden, die zwar hersteiler- oder anmelderseitig bezogen auf den Kontaktabstand vorgebbar oder variierbar ist, jedoch kein

bewegliches, die betreffenden Kontakte überbrückendes Teil, bestehend aus einem elektrischen Leiter, umfasst.

Die Schalteinheit ist sowohl für Gleichspannungseinsatz als auch in Weiterbildung der Erfindung als ein bei Stromnulldurchgang eines

Netzfolgestroms in den geöffneten Zustand übergehender Schalter ausgebildet.

Wird der eingesetzte Überspannungsabieiter überlastet, ist die

Schalteinheit bereits aktiv, so dass der auftretende netzfrequente

Folgestrom unterbrochen wird und eine Zerstörung der Anordnung unterbleibt.

Da im Ruhezustand die Netzspannung über der Schalteinheit abfällt und damit der Überspannungsabieiter, z.B. ausgebildet als Varistor, vom Netz getrennt ist, fließt im normalen Betrieb kein Leckstrom, was die

Lebensdauer des eingesetzten Überspannungsabieiters verlängert. In diesem Fall kann sogar eine thermisch aktivierte Abtrennvorrichtung entfallen.

Wie bereits erläutert, ist der Überspannungsabieiter ein solcher vom Typ II, insbesondere ausgebildet als Varistor, hier wiederum insbesondere realisiert als Metalloxidvaristor (MOV).

Die Schalteinheit ist mit ihren feststehenden, beabstandeten Kontakten so realisiert, dass bei auftretenden Stoßströmen ein quasi Schaltvorgang mit Stromfluss über den Abieiter auslösbar ist, wobei der Abieiter dann die gewünschte Schutzfunktion erfüllt. Erfolgt der Ableitvorgang bestimmungsgemäß, verbleibt die Schalteinheit frei von der Aufgabe des Netzfolgestromlöschens.

Der Leistungsumsatz in der Schalteinheit beim Stoßstromvorgang ist durch Beschränkung der Lichtbogenspannung zwischen den Schaltkontakten begrenzbar. Dies bedeutet, dass nur ein sehr geringer und

vernachlässigbarer Abbrand bzw. Verschleiß an den feststehenden

Schaltkontakten gegeben ist.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Schalteinrichtung als eine miniaturisierte, offene Funkenstrecke bzw. nach dem Prinzip einer solchen Funkenstrecke ausgebildet.

Erfindungsgemäß ist darüber hinaus eine Baueinheit zum Überlastschutz mit Reihenschaltung aus Schalteinheit und Überspannungsabieiter, wobei selbige in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei am Gehäuse zwei

Außenanschlüsse der Reihenschaltung vorgesehen sind. Diese Baueinheit kann als eigentlicher Überspannungsabieiter, geeignet für alle denkbaren Überlast- und Fehlerfälle, zum Einsatz kommen. Das vorerwähnte externe Überstromschutzorgan und/oder eine thermische Abtrennvorrichtung zum Schutz des Überspannungsabieiters kann entfallen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der Baueinheit zum Überlastschutz, umfassend eine Reihenschaltung aus Schalteinheit sowie Überspannungsabieiter mit thermischer Abtrennvorrichtung und

Fig.2 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 1, jedoch mit einem

Überspannungsabieiter vom Typ II ohne zusätzliche thermische, im Überlastungsfall ansprechende Abtrennvorrichtung.

Bei den Figuren wird zunächst von einer Baueinheit 1 ausgegangen. Diese Baueinheit 1, die durch ein gemeinsames Gehäuse gekennzeichnet ist, weist in ihrem Inneren einen Typ II-Überspannungsableiter 2 auf.

Dieser Typ II-Überspannungsableiter 2 besitzt im Fall der Ausführungsform nach Fig. 1 eine an sich bekannte, im Überlastungsfall ansprechende thermische Abtrennvorrichtung 3.

Die Baueinheit 1 weist darüber hinaus Außenanschlüsse 4 und 5 auf.

Dem Typ II-Überspannungsableiter 2 ist intern eine Schalteinheit 6 in Reihe geschalten.

Die Schalteinheit weist zwei feststehende, nicht bewegliche Kontakt 7; 8 auf.

Die Kontakte 7; 8 befinden sich in einem engen Abstand und können Bestandteil von Anschlüssen des Überspannungsabieiters 2 sein.

Der Abstand ist so gewählt, dass bei jedem Stoßstrom- oder Ableitvorgang durch den sich ausbildenden Lichtbogen die Schalteinrichtung 6 in einen quasi geschlossenen Zustand übergeht.

Im Ruhezustand hingegen fällt die Spannung des an den Anschlüssen 4 und 5 anliegenden Netzes an der Schalteinheit 6 ab, wodurch der in Reihe liegende Überspannungsabieiter 2 leckstromfrei und damit belastungsfrei bleibt.

Die Schalteinrichtung 6 kann funktionsseitig mit einer miniaturisierten Funkenstrecke verglichen werden, die als zusätzliche Komponente in die Baueinheit 1 bzw. in den Überspannungsabieiter 2 integriert ist.

Die Ansprechcharakteristik der Schalteinheit 6 ist so ausgewählt, dass diese bei jedem Ableitvorgang ebenfalls aktiviert wird und somit für Überlast- bzw. Fehlerfälle stromseitig geschlossen ist; im Normalfall hingegen passiv bleibt. Die Schalteinheit 6 ist so ausgeführt, dass Stoßstrombelastungen zu keiner unzulässigen Alterung oder dergleichen Effekten führen.

Dies ist dadurch erreichbar, dass beim Stoßstromvorgang der entstehende Lichtbogen an einer Zündkontakt-Stelle verharrt.

Gemäß Ausführungsbeispiel ist der Abstand der Schaltkontakte 7 und 8 sehr klein gewählt. Damit wird eine Erhöhung der

Lichtbogenbrennspannung vermieden. Auch im Fall einer

Stoßstrombelastung entstehen nur Bogenspannungen im Bereich von 20 V bis 30 V. Mit einer solchen geringen Bogenspannung ist nur ein sehr kleiner Leistungsumsatz im entstehenden Lichtbogen verbunden, was den Abbrand bzw. den Verschleiß an den Schaltkontakten reduziert.

Die Darstellung nach Fig. 2 ergibt sich als Ausführungsvariante durch die Tatsache, dass aufgrund des Trennens des Überspannungsabieiters 2 vom Netz durch die offene Schalteinheit im Normalbetrieb kein Leckstrom durch den Abieiter 2 fließt. Damit kann eine thermisch aktivierte

Abtrennvorrichtung entfallen. Dadurch, dass die Schalteinheit bei jedem Ableitvorgang aktiv ist, können ohne zeitliche Verzögerungen auftretende netzfrequente Folgeströme begrenzt und unterbrochen werden. In diesem Fall wird der bei Stoßstrom entstandene Lichtbogen schnell aus dem

Bereich zwischen den Schaltkontakten weg bewegt und hierdurch

verlängert und gekühlt, so dass die Bogenspannung des Lichtbogens ansteigt und hierdurch die gewünschte Fehlerstrombegrenzung eintritt.

Da im Gegensatz zu mechanischen Schaltgeräten bei der Schalteinheit auf der Basis einer Funkenstrecke als Backupschutzorgan nicht erst eine Kontakttrennung erfolgen muss, ergeben sich keine typischen

Stoßstromprobleme wie bei kontaktbehafteten Schalteinrichtungen. Die Schalteinheit kann durch einen dritten Kontakt, der sich im Abstand zwischen den Kontakten 7 und 8 befindet, quasi getriggert werden.

Hierdurch ist beispielsweise eine Überlastanzeige realisierbar.