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Title:
SWITCHING DEVICE FOR OVERVOLTAGE ARRESTERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/034392
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a switching device for overvoltage arresters, consisting of mechanically prestressed first switching elements which have surge current capability and form, with the arrester(s) of the overvoltage arrester, a series circuit of a surge current path, and a fault current path connected to the series circuit. According to the invention, second switching elements are arranged in the fault current path and are mechanically coupled to the first switching elements in such a manner that, in the case of lasting impermissible loads on the arresters of the overvoltage arrester in the surge current path, the first switching element(s) is/are triggered with the consequence of DC isolation of the surge current path from the respective network.

Inventors:
WITTMANN, Georg (Lauterachstraße 17, Lauterhofen, 92283, DE)
ZÄUNER, Edmund (Wiesenhaidstraße 4, Berching/Pollanten, 92334, DE)
LANG, Christian (Leopoldstraße 4, Allersberg, 90584, DE)
HIRSCHMANN, Helmut (Im Schloss 8, Berg, 92348, DE)
Application Number:
EP2015/068781
Publication Date:
March 10, 2016
Filing Date:
August 14, 2015
Export Citation:
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Assignee:
DEHN + SÖHNE GMBH + CO. KG (Hans-Dehn-Straße 1, Neumarkt, 92318, DE)
International Classes:
H01H83/10; H01C7/12; H01T1/14
Foreign References:
EP1607995A12005-12-21
EP2278605A12011-01-26
DE102013202796A12014-08-21
DE202006020213U12007-12-20
FR2696588A11994-04-08
Attorney, Agent or Firm:
MEISSNER BOLTE & PARTNER GBR (Widenmayerstraße 47-50, München, 80538, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Schalteinrichtung für Überspannungsschutzgeräte, bestehend aus

mechanisch vorgespannten, stoßstromfähigen ersten Schaltelementen (S2), welche mit dem oder den Abieitern (ÜS1; ÜS2) des Überspannungsschutzgeräts eine Reihenschaltung eines Stoßstrompfads bilden, sowie einen an der

Reihenschaltung angeschlossenen Fehlerstrompfad,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Fehlerstrompfad zweite Schaltelemente (Sl) angeordnet und derart m it den ersten Schaltelementen (S2) mechanisch gekoppelt si nd, dass bei andauernden unzulässigen Belastungen der Abieiter (ÜS1; ÜS2) im Stoßstrompfad ein

Auslösen des oder der ersten Schaltelemente (S2) mit der Folge einer galvanischen Trennung des Stoßstrompfads vom jeweiligen Netz erfolgt.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweiten Schaftelemente ein Steuer- oder Betätigungselement (2)

aufweisen, welches mit einem ersten hebelartigen Koppelelement (8) in

Wirkverbindung steht.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste hebelartige Koppelelement (8) eine Sperrkli nke (7) aufweist, um ein zweites hebelartiges Koppelelement (6) zu entriegeln .

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das zweite hebelartige Koppelelement (6) beim Auslösen eine Sperrung (5) freigibt, welche ansonsten die mechanisch vorgespannten, stoßstromfähigen ersten Schaltelemente (S2) in einem Schließzusta nd hält.

5. Schalteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die zweiten Schaltelemente (Sl) als Kennmelder-Sicherung ausgefüh rt sind.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 2 und 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kennmelder-Sicherung einen Bolzen (2) besitzt, welcher mit dem

Schmelzen des Kennmelder-Dra hts freigegeben wird, wobei der Bolzen (2) das Steuer- oder Betätigungselement bildet.

7. Schalteinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Stoßstrompfad den Hauptstromkreis und der Fehlerstrompfad einen

Abbildungsstromkreis mit Eigenabschaltvermögen darstellt, wobei im

Abbildungsstromkreis den zweiten Schaltelementen (S l) ei ne Impedanz (Z I) in Reihe geschalten ist und diese Reihenschaltung einem Gasabieiter (ÜS1), der im Hauptstromkreis liegt, para llel geschalten ist, dera rt, dass bei

netzfrequentem Leckstrom im Abbildungsstromkreis bei Impulsbelastung der Spannungsabfall über die Reihenschaltung eine Zündung des Gasabieiters (ÜS1 ) bewirkt.

8. Schaltein richtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

im Stoßstrompfad eine thermisch gesteuerte Abtrennvorrichtung (ATV) befi ndlich ist.

9. Schalteinrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

die thermisch gesteuerte Abtrennvorrichtung (ATV) den Zustand eines im Stoßstrompfad befindlichen Varistors (ÜS2) überwacht.

Description:
Schalteinrichtung für Überspannungsschutzgeräte

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für Überspannungsschutzgeräte, bestehend aus mechanisch vorgespannten, stoßstromfähigen ersten

Schaltelementen, welche mit dem oder den Abieitern des Überspannungsschutzgeräts eine Reihenschaltung eines Stoßstrompfads bilden, sowie einen an der Reihenschaltung angeschlossenen Fehlerstrom pfad, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 10 2009 022 069 AI ist ein Überspannungsabieiter vorbekannt, der in einem Gehäuse mi ndestens ein Ableiteiement, insbesondere ausgebildet als Varistor, aufweist. Die vorbekannte Lösung umfasst darüber hinaus eine thermische Abschaltvorrichtung, ausgebildet als Sicherung. Die Sicherung weist ein bewegliches Bauteil auf, welches von einem Kennmelder-Draht fixiert und nach Schmelzen bzw. Zerstören dieses Drahtes freigegeben wird . Der bewegliche Bolzen ist also in der Lage, mit dem Schmelzen des Ken nmelder- Drahts eine Bewegung auszuführen . Infolge der Bewegung des Bolzens vom Sicherungskörper weg nach oben wird ein Führungstei l freigegeben und es kann ein dort vorhandener Schieber eine entsprechende Bewegung unter Einwirkung einer Federvorspannkraft ausführen . Die ausgeführte Bewegung wird für eine optische Schadensanzeige genutzt.

Thermisch gekoppelte Abtrennvorrichtungen für Überspannungsschutzgeräte sind auch aus der DE 10 2006 036 598 AI vorbekannt. Dort wird eine

Schaltzunge und eine zugehörige Lotstelle mit einer Vorspann-, Auslöse- und Schaltkraft beaufschlagt. Durch die notwendige thermische Kopplung und die Zeitverzögerung der notwendigen Wärmeübertragung ist eine gewünschte sch nelle Betätigung i m Störungsfall problematisch .

Eine Kombination von elektrischen Schaltein richtungen mit mechanischen Elementen zur Erhöhung des Eigenlöschvermögens zeigte die Überspannungsschutzanordnung nach DE 10 2011 018 556 AI . Es verbleibt demnach festzuhalten, dass Überspannungsschutzgeräte auf Varistorbasis üblicherweise mittels thermischer Abtren nung einer Lötstelle vor Überlastung geschützt werden . Derartige tösungsansätze weisen den Nachteil auf, dass die Abschaltung relativ träge, d .h . erst mit dem Erreichen der Schmelztemperatur des Lotes erfolgt. Ein Schutz des Überspannungselements, insbesondere des eingesetzten Varistors, ist nur in ei nem Strombereich von kleinen Leckströmen mit einigen Milliampere bis zu wenigen Ampere gegeben. Energiereiche Stoßstromim pulse oder größere netzfrequente Überlastströme (TOV) kön nen hingegen zu einem unzulässigen Ausfall im Sinne einer

Explosion und Zerstörung des Überspannungsschutzgeräts führen .

Die ebenfalls bekannt gewordene Verwendung einer integrierten Sicherung führt zwar zur Abschaltung bei auftretenden großen Kurzschl ussströmen ;

Fehlerströme, die unterhalb des Sicherungsnennwerts liegen, können den noch zu einem unzulässigen Ausfall des entsprechenden Abieiters führen .

Bekannte Ma ßnahmen, wie z. B. die Kapselung von Va ristoren mit Umschaltung auf eine Sicherung oder eine Druckkontaktierung verbessern zwar die

Abschalteigenschaften, es verbleiben aber Ausfalll ücken in dem Strombereich bestehen, der für die thermische Abtrennvorrichtung zu groß, jedoch für die Abschaltung der eigentlichen Vorrichtung noch zu geri ng ist.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Abschalteinrichtung für Überspannungsschutzgeräte anzugeben, die ein Schaltvermögen in einem erhöhten Strombereich von wenigen Ampere bis zur maximalen Schaltleistung der Schaltorgane im Stoßstrompfad aufweist. Damit soll ei n breitbandiges Gesamtschaltvermögen über den kompletten Strombereich vom Leckstrom hin bis zur maximalen Schaltleistung erreichbar werden . Darüber hinaus geht es mit der zu entwickelnden Schalteinrichtung darum, schnelle Auslösekriterien zu detektieren und auf diese Weise das eigentliche Überspa n nungsschutzgerät bei Überlast gefahrlos vom speisenden elektrischen Netz zu trennen .

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre der

Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstel len. Es wird demnach von einer Schalteinrichtung für Überspannungsschutzgeräte ausgegangen, welche aus mechanisch vorgespannten, stoßstromfähigen ersten Schaltelementen besteht. Diese ersten Schaltelemente bilden mit dem oder den Abieitern, z. B. einem Gasabieiter und/oder einem Varistor des

Überspannungsschutzgeräts eine Reihenschaltung innerhalb eines Stoßstromoder Hauptstrompfads. Weiterhin ist an der vorerwäh nten Reihenschaltung ein Fehlerstrompfad angeschlossen .

Erfindungsgemäß sind im Fehlerstrompfad zweite Scha ltelemente angeordnet, die derart mit den ersten Schaltelementen mechanisch gekoppelt sind, dass bei andauernden unzulässigen Belastungen der Abieiter im Stoßstrompfad ein Auslösen des oder der ersten Schattelemente mit der Folge einer galvanischen Trennung des Stoßstrompfads vom jeweiligen Netz erfolgt.

Die ersten Schaltelemente können als stoßstromfeste Kontaktanordnungen ausgebildet sein, die mit Hilfe eines Trennschiebers in eine geöffnete Position, d .h. in ei nen Abtrennzustand überführbar sind und i n diesem Zustand gehalten werden können . Derartige stoßstromfähige Schaltelemente gehören zum bekannten Stand der Technik und sind daher dem Fachman n hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise bekannt.

Die zweiten Schaltelemente weisen m indestens ein Steuer- oder Betätigungselement a uf, welches mit einem ersten hebelartigen Koppelelement in

Wirkverbindung steht.

Das erste hebela rtige Koppelelement weist eine Sperrklinke auf, um ein zweites hebela rtiges Koppelelement oder eine entsprechende Koppelstange zu entriegeln .

Das zweite hebelartige Koppelelement bzw. die erwähnte Koppelstange gibt beim Auslösen eine Sperrung frei, welche ansonsten die mechanisch

vorgespannten, stoßstromfähigen ersten Schaltelemente in einem Schließzustand hält, indem z.B. ein Trennschieber, der unter Federvorspannung steht, blockiert ist.

Durch die Ausbildung der hebelartigen Koppelelemente in Verbindung mit der Sperru ng kann eine relativ geringe Kraft des Steuer- oder Betätigungselements so übersetzt werden, dass ausreichend Betätigungsenergie zur Verfügung steht, um die mechanisch vorgespannten, stoßstromfähigen ersten

Schaltelemente unmittelbar oder mittelbar in den Abtrennzustand, d.h. in den geöffneten Zustand zu überführen .

Das oder die zweiten Schaltelemente sind in bevorzugter Weise als sogenannte Kennmelder-Sicherung ausgeführt.

Diese Kennmelder-Sicherung besitzt einen Bolzen, welcher mit dem Schmelzen des Kennmelder-Drahts freigegeben wird, wobei der Bolzen das Steuer- oder Betätigungselement bi ldet.

Die Anordnung der Schalteinrichtung, umfassend die Hauptbaugruppen erste Schaltelemente, zweite Schaltelemente sowie die mechanischen Koppelteile, kann in einem separaten Gehäuse angeordnet werden, das Bestandteil eines Überspannungsschutzgeräts ist oder zur Nachrüstung entsprechender Geräte Verwendung findet. Insofern sind an der diesbezüglich entstandenen

Baugruppe nur die entsprechenden Außenanschlüsse für den Fehlerstrompfad und den Stoßstrompfad vorhanden .

Alternativ kann die vorgestellte Schalteinrichtung aber auch i n klassische Überspannungsschutzgeräte zur Ertüchtigung dieser im Sinne der

erfindungsgemäßen Aufgabenstellung integriert werden .

Gemäß der Erfi ndungslehre stellt der Stoßstrompfad den Ha uptstromkreis und der Fehlerstrom pfad einen Abbildungsstromkreis mit Eigenschaltvermögen dar, wobei in bevorzugter Ausgestaltung im Abbildungsstromkreis den zweiten Schaltelementen eine Impedanz in Reihe geschalten ist und diese

Reihenschaltung einem Gasabieiter, der im Hauptstromkreis liegt, parallel geschalten ist, derart, dass bei netzfrequentem Leckstrom im Abbildungsstromkreis bei Im pulsbelastung der Spannungsabfall über die Rei henschaltung eine Zündung des Gasabieiters bewirkt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist im Stoßstrompfad ei ne thermisch gesteuerte Abtrennvorrichtung befindlich . Diese thermisch gesteuerte

Abtrennvorrichtung kann in bevorzugter Weise den Zustand eines im

Stoßstrompfad befindlichen Varistors als Abieiter überwachen . Die vorgeschlagene Lösung umfasst zusammenfassend einen Stoßstrompfad und einen diesem parallelen, nicht Stroßstrom-durchfl ossenen Fehlerstrompfad. Insofern bildet die Einrichtung eine Reihen schaltung von zwei Schaltelemente umfassende Funktionseinheiten, wobei die Funktionsei nheit im Fehlerstrompfad eine Möglichkeit der Stromerkennung aufweist beispielsweise über das Schmelzintegral I 2 t einer Sicherung, über ei ne Magnetspule oder ähnliche Einrichtung, weiterhin ein Eigenabschaltvermögen besitzt sowie ein Steuer- oder Betätigungselement umfasst.

Die im Stoßstrompfad liegende Funktionseinheit besitzt ein entsprechendes Eigenschaltvermögen, bewirkt eine sichere Trennungsfunktion und wird von der Funktionsein heit im Fehlerstrompfad indirekt, d .h . mechanisch gekoppelt betätigt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Figuren sowie eines

Ausführungsbeispiels näher erläutert werden .

Hierbei zeigen :

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung;

Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform einer konstruktiven Lösung der

Schalteinrichtung gemäß der Erfindung im nicht ausgelösten Zustand und

Fig . 3 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig . 2, jedoch im

ausgelösten, d .h . im Abtrennzustand der ersten Schaltelemente.

Die Schalteinrichtung für Überspa nn ungsschutzgeräte nach Fig . 1 verfügt über die Anschlüsse AI und A2, welche mit dem zu schützenden Netz in Verbindung gebracht werden. Weiterhin umfasst die Einrichtung i m Stoßstrompfad die Funktionseinheit S2, welche die ersten Schaltelemente darstellt. Weiterhin ist ein Überspannungsschutzelement, d .h . ein Abieiter ÜS1, vorzugsweise ausgeführt als Gasabieiter, und ein Überspannungsschutzelement ÜS2, vorzugsweise a usgeführt als Varistor, vorhanden. Im Fehlerstrompfad befindet sich die Funktionseinheit Sl, d . h. die entsprechenden zweiten Schaltelemente, die Impedanz ZI und das Überspannungsschutzelement ÜS2.

Im Ausgangszustand fließt der netzfrequente Leckstro m im Fehlerstrompfad . Führt der Spannungsabfa ll über der Funktionseinheit Sl und der Impedanz ZI bei Impulsbelastung zum Ansprechen des Gasabieiters ÜS1, kommutiert der Strom in den Stoßstrompfad,

Die Impedanz ZI bewirkt bei Impulsbelastung den nötigen Spann ungsabfali zur Zündung des Überspannungsschutzelements, d. h . des Gasabieiters ÜS1.

Erfindungsgemäß ist die Funktionseinheit Sl als Sicherung mit Kennmelder ausgeführt. Beim Auslösen der Sicherung gibt der Ken nmelder-Stößel oder -bolzen eine mechanische Entriegelung frei, welche die Funktionseinheit S2 betätigt. Dies ist mit der gestrichelten Linie angedeutet.

Die Funktionsei nheit S2 stel lt dann die galva nische Trennung des überlasteten Abieiters vom speisenden Netz nach dem Auslösevorgang sicher. Die

Funktionseinheit S2 kann zusätzlich mit einer thermischen Abtrennvorrichtung ATV kombiniert werden .

Die Ausführung der vorerwähnten mechanischen Entriegel ung kann gemäß der Darstellung nach den Fig. 2 und 3 realisiert werden .

Als Funktionseinheit Sl ist innerhalb eines Teilgehäuses 1 die erwähnte

Kennmelder-Sicherung mit Betätigungsbolzen 2 befindlich .

Im nicht a usgelösten Zustand gemäß Fig. 2 sind die Schaltelemente S2, welche stoßstromfest ausgeführt werden, elektrisch verbunden, d .h . die Schalteinrichtung ist geschlossen . Die ersten Schaltelemente S2 nebst Schieber 3 sind in einem zweiten Teilgehäuse 4 angeordnet.

Die Bewegung des Schiebers 3 wird von einer drehbaren Sperrung 5 blockiert. Die Sperrung 5 liegt an ei nem zweiten hebelartigen Koppelement 6 an, das von einer Sperrklinke 7 eines ersten hebelartigen Koppelelements 8 gehalten ist. Das der Sperrklinke 7 gegenüberliegende Ende des ersten hebelartigen

Koppelelements 8, mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet, liegt am Bolzen 2 des Kennmelders an .

Wenn, wie in Fig . 3 ersichtlich, der Bolzen 2 einer Bewegung in Pfeilrichtu ng unterliegt, wird das erste hebelartige Koppelelement 8 in Pfeilrichtung um die Achse 10 verschwenkt, so dass sich gemäß der Darstel lung nach Fig. 3 die Sperrklinge 7 nach oben bewegt und das zweite hebeiartige Koppelelement 6 frei wird .

Eine Vorspannfeder 11 beschleunigt diesbezüglich das in Pfeilrichtung gemäß Fig. 2 und 3 nach links ausgeführte Verschwenken des zweiten hebelartigen Koppelelements 6 mit der Folge einer Drehbewegung der Sperrung 5 in

Pfeilrichtung . Hierdurch wiederum kann der Schieber 3 unter Kraft einer weiteren Feder 12 sich i n Pfeilrichtung gemäß der Darstellung nach den Fig . 2 und 3 nach unten bewegen, wodurch die ersten Schaltelemente S2 in den Abtrennzustand überfüh rbar sind .

Die beispielhaft in den Fig . 2 u nd 3 gezeigte konstruktive Lösung macht deutlich, dass die ersten Schaltelemente S2 hinsichtlich ihrer erforderlichen Stoßstromtragfähigkeit optimal ausgelegt werden können . Die vom zweiten Schaltelement Sl herrührende Betätigungskraft über den Bolzen 2 muss ledigl ich ausreichend sein, um das erste hebelartige Koppelelement 8 nebst Sperrklinke 7 aus seiner Sperrposition in eine Freigabeposition zu bewegen.

Die eingesetzte Kennmelder-Sicherung ist nicht hauptstromführend und quasi lediglich mechanisch mit einem Leistungsschalter, der im Hauptstromkreis liegt, gekoppelt und in der Lage, den Leistungsschalter auszulösen . Insofern ist der Fehlerstrompfad als ein Stromkreis ausgelegt, der die Stromzustände im Hauptstromkreis abbildet.