einem Varistorableitelement

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Überspannungsableiteranordnung mit mindestens einem Varistorableitelement sowie eine Abtrennvorrichtung, um das

mindestens eine Varistorableitelement vom Netz zu trennen, wobei die

Abtrennvorrichtung in den elektrischen Anschf usspfad der Ableiteranordnung eingebunden ist, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 602 16 984 T2 ist eine Überspannungsschutzschaltung für Kommunikationssysteme vorbekannt, wobei die Schaltung einen Metal loxid-Varistor sowie einen i n Reihe befindlichen Gasentladungsableiter umfasst.

Aufgrund des Kapazitätsunterschiedes zwischen dem Metalloxid-Varistor und der Gasentladungseinrichtung veranlasst der aus den beiden Elementen gebildete kapazitive Spannungsteiler, dass nahezu die gesamte Spannung an der Gasentladungsableitereinrichtung anliegt, so dass beim Auftreten eines Spannungsstoßes an der Stromversorgungsleitung die Gasentladungseinrichtu ng den Metalloxid-Varistor aktiviert, wobei die Spannung, die die transiente Energie absorbiert, begrenzt wird. Wenn der Spannungsstoß endet und die Spannung an der Netzleitung zu ih rem Nennwert zurückkehrt, wird der Varistor aktiviert und zwar dann, wenn die Löschspannung der Gasentiadungsableiter- einrichtung unter der Höchstspannung der angeschlossenen Leitung Hegt.

Hieraus ergibt sich eine Fehlfunktion, die bei Telekommunikationsanwendungen zu einem nicht annehmbaren Rauschen führt. Gemäß DE 602 16 984 T2 wird der Gasentladungsableiteinrichtung ein Widerstand parallel geschalten, wobei der Wert des Widerstandes derart ist, dass die Spannu ng, die vom Gasentladungsabieiter im Gleichgewichtszustand unterstützt wird, geringer ist als die erforderliche Löschspannung, um den Abieiter geöffnet zu halten .

Bei dem Überspannungsabieiter mit einem Gehäuse u nd mit mindestens einem Ableitelement gemäß DE 10 2007 051 854 AI wi rd von einem Varistor sowie einer Abtrennvorrichtung ausgegangen .

Die Abtrennvorrichtung dient dazu, das Abieitelement, näm lich den Varistor vom Netz zu tren nen, wenn eine thermische Überlastung vorliegt. Beispiels ^¬ weise ist die Abtrennvorrichtung als Lötstelle ausgebildet und in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Abieiters eingebunden .

Über die Lötsteile kann ein beweglicher Leiterabschnitt oder eine beweg liche leitende Brücke mit dem Ableitelement einerseits u nd der Leiterabschnitt oder die Brücke andererseits mit einem ersten elektrischen Außenanschluss des Abieiters verbunden werden . Im Bewegungsweg des Leiterabschnittes oder der Brücke ist ein leitfähiges Element angeordnet, dessen erstes Ende bei ausgelöster Abtrennvorrichtung mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke in Kontakt gelangt, wobei dessen zweites Ende mit einem zweiten elektrischen Außenanschluss in Verbindung steht und wobei weiterhin das leitfähige Element eine Schalteinrichtung aufweist oder als Schalteinrichtung ausgebildet ist,

Insbesondere bei Photovoltaikanlagen ist aufgrund der Charakteristik der speisenden Quelle der dortige Betriebsstrom nahezu dem Kurzschlussstrom gleich . Ein übliches Abtrennen bei Erwärmung eines Varistors und seiner Abtren nvorrichtung kann bei solchen Gleichspannu ngsanwendungen nicht zielführend sein, da die Systemspa nnung von Photovoltaikanlagen bis zu 1000 Volt beträgt und die U nterbrechung von 1000 Volt-Gleichstromkreisen nur mit einem erheb ^¬ lichen konstruktiven oder apparativen Aufwand realisierbar ist. Um dieses Problem zu lösen, wird gemäß DE 10 2007 051 854 AI die Abtrennvorrichtung so weitergebildet, dass diese in der Lage ist, einen Kurzschlussstrom zu führen. Es wird also die vorhandene Abtren nfunktion um eine Kurzschlussfunktion ergänzt, die zeitlich begrenzt den Fehlerstrom führt.

Dabei wird davon ausgegangen, dass die Abtrennvorrichtung ei ne Lötstelle aufweist, die ein bei einer entsprechenden Ansprechtemperatur schmelzendes Lot umfasst.

Bei Überspa nn ungsableitern eingesetzte Varistoren bestehen prinzipiell aus einer Vielzahl von pa ra llel und i n Reihe geschalteten bidirektional arbeitenden Dioden, die im Sperrbetrieb betrieben werden . Ein eingesetzter Sinterwerkstoff besteht überwiegend aus Zinkoxid und weiteren Metalloxiden . Der Varistoreffekt bildet sich bei der Sinterung an den Grenzen zwischen zwei Zinkoxidkörnern aus. Aus der Vielza hl von solchen Mikrova ristoren ergibt sich da nn die Gesamtwirkung des Varistors, der mit zunehmender Fläche ein größeres Abieitvermögen erreicht. Mit dicker werdenden Varistorscheiben wird der Schutzpegel und die Netzspannung höher, da sich die Zah l der in Rei he geschalteten Mikrovaristoren erhöht. Nachteilig beim Einsatz derartiger Varistoren im Überspannungsschutz ist das mittlere Absorptionsvermögen, die kaum zu beeinflussende Alterung und eine hohe relativ hohe Eigenkapazität. Sehr häufige aber auch seh r energiereiche Ableitungen bis hin zum Grenzableitstrom lassen die oben erwähnten Diodenkörner durchlegieren, so dass ohne das Ansprechen der thermischen Abtrennvorrichtung der d urchlegierte Varistor einen Kurzschl uss fü r die angeschlossene Strom- Netzversorgung bildet. In einem solchen Fall muss der fließende Strom, d. h. der Kurzschlussstrom von den inneren Verbi ndungen der Ableiteranordnung geführt und von externen Sch utzeinrichtungen abgeschalten werden.

Speziel l bei Gleichspannungsanwendungen stellt die obige Problematik sehr hohe Anforderungen an interne und externe Abtrennvorrichtungen bzw. an die einzusetzenden Schaltgeräte. Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Überspannungsableiteranordnung mit mi ndestens einem Varistorableitelement anzugeben, welche in der Lage ist, i m Überlastungs- Kurzsehl uss- zustand im Inneren des Varistorableitelementes den Kurzschlussstrom der angeschlossenen Stromversorgung bzw. des angeschlossenen Netzes zu reduzieren, um Folgeschäden, insbesondere angesch lossener Geräte und/oder interner Verbind ungen nebst Brandgefahr oder dergleichen wirksam zu reduzieren .

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Überspann ungsabl eiteranord nung gemäß der Merkmalskombi nation nach Patenta nspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbi ldungen umfassen .

Es wird demnach von einer Überspan nungsableiteranordnung mit mindestens einem Varistorableitelement sowie einer Abtrennvorrichtung ausgegangen, wobei die Abtrennvorrichtung dazu dient, das Varistorableitelement vom Netz zu tren nen . Die Abtren nvorrichtung ist in den elektrischen Anschl usspfad der Ableiteranordnung eingebunden .

Erfind ungsgem äß ist im elektrischen Anschlusspfad zum Varistorableitelement ein Strombegrenzungswiderstand in Reihe geschalten, um bei Nichta nsprechen der Abtrennvorrichtung und einem Überlastungs-Kurzschl usszustand, insbesondere bedingt durch Durchlegieren des Varistorableitelementes den Kurzschlussstrom des angeschlossenen Netzes bzw. der angeschlossenen Stromversorgu ng zu red uzieren . Der Widerstand kann ein lineares oder aber auch nichtlineares Verhalten aufweisen.

Der erwähnte Strom begrenzungswiderstand ist erfindungsgemäß nicht nur als üblicher ohmscher Widerstand realisierbar, sondern kann als integraler Baustein eines elektrischen Anschlussteiles oder Anschlusselementes ausgeführt sei n . Beispielsweise besteht die Mögl ichkeit, zu mindest einen Teil des elektri- sehen Anschlusselementes aus einem weniger gut leitfähigen Material, z. B. Stahl zu fertigen, um die gewünschte niederohmige Widerstandswirkung zu erzielen ,

Bei ei ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strombegren ^¬ zungswiderstand niederohmig ausgeführt. Der Widerstandswert liegt hier im Bereich von einigen Milliohm bis zu einigen Ohm .

Bei der Ausführungsform der Erfindung umfasst die Abtrennvorrichtung eine Einrichtung, welche im thermischen Überlastfall des Varistorableitelementes eine Sicherung in den elektrischen Anschlusspfad schaltet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist dem Strombegrenzungswiderstand eine Funkenstrecke oder ein Gasentladungsableiter parallel geschalten, u m eine Spannungsüberlastung des Strombegrenzungswiderstandes zu verhindern .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Varistorableitelement a ls Metalloxid- Varistor ausgebildet.

Die Überspannungsableiteranordnung ist weiterhin für einen Einsatz bei Anwend ungen i m Gleichspannungsbereich, insbesondere i m Bereich des Über ^¬ spannu ngsschutzes von Photovoltaikanlagen besonders geeignet.

Die Erfindu ng soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden .

Hierbei zeigen :

Fig . 1 eine Ausführu ngsform der Überspa nnungsableiteranordnung mit

Abtrennvorrichtung und Strom begrenzungswiderstand und Fig . 2 eine Ausführungsform der Überspa n nungsa bleitera nordn u ng mit

Va ristorabl eitelement sowie eine Abtrennvorrichtung, ausgebildet a ls therm ischer Umschalter zum Erhalt eines Fai l -Safe-Zusta n des bzw. zum Umschalten auf eine Sicherung Si ,

Gemäß der Darstellung nach Fig . 1 wird zwischen den äußeren Anschlüssen A und B ein Varistor 2 geschalten .

Dieser Varistor 2 ist über ei ne Abtrennvorrichtung 3, die thermisch auslösbar ist, abtrennbar,

Zwischen den Punkten a und c besteht ein Leiterabschnitt oder eine Brücke, so dass sich eine elektrische Verbi ndung im nicht ausgelösten Zustand ergibt.

Im Zustand 3' nach Fig . 2 ist die Abtrennvorrichtung ausgelöst, und es wurde eine Verbindung auf dem Weg a zu b mit H ilfe eines Kurzschlussbügels 4 hergestellt, welcher den Varistor 2 überbrückt. Alternativ kann an Stelle eines Kurzschlussbügels 4 eine Sicherung vorgesehen sein, die den Strom überni mmt und beim Erreichen ihres maximalen Belastungswertes anspricht. Der betätigte bzw. ausgelöste Zustand ist in der Fig . 2 zwischen den Punkten a und b gestrichelt dargestel lt. Die Schaltbewegung der Vorrichtung 3 kann nach dem Auslöten eines Lotmittels unter dem Einfluss einer Druckfeder ausgeführt werden.

Die Abtren nvorrichtung 3 dient also dem Erreichen definierter Zustände im Überlast- bzw. Fehlerfall des Varistors 2.

Sehr häufige oder sehr energiereiche Ableitungen bis hin zum Grenzableitstrom führen jedoch dazu, dass innerhalb des Varistorableitelementes es zu einem Durchlegieren kommt in dessen Folge das Varistorableitelement leitfähig wird. Dieser Zustand ist nicht grundsätzlich mit einer derartig starken Temperaturerhöhung verbunden, dass die Abgrenzvorrichtung 3 anspricht. Wenn diese Situation eintritt, d . h . der Fehlerzustand„Durchlegieren" gegeben ist, bildet der durchlegierter Varistor 2 q uasi einen Kurzschluss der angeschlossenen Netz- bzw. Stromversorgung zwischen den Anschlusspunkten A und B. Der fließende Strom muss dann von den internen Verbindungen der Überspan- nungsableiteranordnung geführt und von internen bzw. externen Schutzei nrichtungen abgeschälten werden. Dies stellt bei Gleichspannungsanwendungen sehr hohe Anforderungen an die internen und externen Abtrennvorrichtungen bzw. an die einzusetzenden Schaltgeräte.

Diesbezüglich erfindungsgemäß ist zum Varistorabieiter 2 ein Strombegrenzungswiderstand R in Reihe geschalten. Den Widerstandswert dieses Strombegrenzungswiderstandes R liegt im Bereich von wenigen MiMiohm bis einigen Ohm. Durch die Verwendung des Strombegrenzungswiderstandes R kann die Konstruktion des Überspannungsabieiters sowie dessen interne und externe Auslegung der notwendigen Abtrennvorrichtung bzw. der Schaltgeräte auf den durch den Widerstand strombegrenzten Fall ausgelegt werden.

Ergänzend kann dem Strombegrenzungswiderstand R ei ne Funkenstrecke 5 oder ein Gasentladungsableiter paral lel geschalten werden. Diese Parallelschaltung verhindert eine spannungsmäßige Überlastung des Widerstandes und reduziert den Schutzpegel der Gesamtanordnung .

Die erfindungsgemäße Reihenschaltung zwischen Varistorableitelement 2 und Strombegrenzungswiderstand R kann auch bei einer Schaltu ngsanordnung gemäß der Darstel lung nach Fig. 2 Verwendung finden, die eine Abtrennvorrichtung aufweist, die sich als Umschalter darstellt, um entweder gezielt den Varistor zu überbrücken u nd eine externe Sicherung zum Ansprechen zu bringen oder aber auf eine Sicherung umzuschalten, wenn die thermische Abtrennvorrichtung 3 aufgrund eines Überlastungszustandes des Varistorableitelementes 2 aktiviert wurde .