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Bezeichnung: Niederspannungs-Ventilableiter
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Die Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Ventilableiter, bei dem
zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen eine Abschaltvorrichtung, ein Varistor
und eine Funkenstrecke in Reihe geschaltet sind.
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Derartige Ventilableiter waren früher zur Sicherung von häuslichen
elektrischen Anlagen vorzugsweise bei Freileitungen zu dem entsprechenden Gebäude
üblich. In zunehmendem Maße werden auch für Häuser mit Kabelanschluß derartige Ventilableiter
verwendet, weil sich gezeigt hat, daß auch in reinen Kabelnetzen ebenso wie in gemischten
Kabel-Freileitungsnetzen Uberspannungen auftreten können und weil in zunehmendem
Maße elektrische Geräte in den Haushalten Verwendung finden, die besonders empfindlich
gegen Überspannungen sind.
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Ixür den Schutz von Verbraucheranlagen sind Innenraum-Ventilableiter
zweckmäßig, die eine einfache Montage auf der Hausanschluß-Verteileranlage erlauben.
Sie können,ähnlich wie Leitungsschutzschalterrauf Trägerschienen aufgeklemmt bzw.
angereiht werden.
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Der Einsatz von Niederspannungs-Ventilableitern ist insbesondere bei
Bürogebäuden mit elektrischen Einrichtungen, bei Krankenhäusern, bei Beleuchtungsmasten
sowie bei Installationen, die über Fehlerstromschutzschalter geschützt werden, unerläßlich.
Hier werden Fehlauslösungen der Schalter, die durch eine Uberspannung ausgelöst
werden, weitgehend vermieden.
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Bei den bisher bekannten Niederspannungs-Ventilableitern ist die Schutzfunktion
nur unvollkommen. Das liegt daran, daß die Ansprechspannung sehr hoch über der Nennspannung
liegt, wodurch nur extreme Überspannungen aus dem häuslichen Netz ferngehalten werden.
Ursache für die recht hoch liegende Ansprechspannung ist die Ausbildung der Funkenstrecke,
insbesondere der große Toleranzbereich der in ihr verwandten Bauteile. Die Funkenstrecke
besteht aus zwei Elektroden und einem dazwischenliegenden -Dielektrikum, dle unqeh3ndert
äußeren Einflüssen ausgesetzt ist, so daß TemI>era tu ränder ungen, Luftdruck
schwankungen oder Änderungen der Iuftfetchtigkeit auch die Ansprechspannung verändern.
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Es muß daher sichergestellt werden, daß auch unter ungünstigen äußeren
Bedingungen die Funkenstrecke nicht schon bei Nennspannung, sondern erst bei einer
Überspannung durchschlägt. Unter normalen Verhältnissen liegt dann zwangsläufig
die Ansprechspannung so weit über der Nennspannung, daß die Schutzwirkung, z.B.
für elektronische
Geräte, nicht mehr ausreichend ist.
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Die Schutzfunktion der bisher bekannten Niederspannungs-Ventilableiter
ist jedoch nicht nur im unteren Bereich der Uberspannungen unvollkommen, sondern
auch bei hohen Stromstärken nicht immer gewährleistet. Es kann nämlich vorkommen,
daß die Abtrennvorrichtung extreme Kurzschlußströme nicht abzuschalten vermag, sondern
sich zwischen den sich trennenden Komponenten ein Lichtbogen ausbildet, der trotz
des sich während des Trennvorganges vergrößernden Abstandes nicht von selbst erlischt.
Auf diese Weise werden zwar sehr hohe Kurzschlußströme abgeleitet, die fehlende
Abschaltung bedeutet hingegen ein erhebliches Sicherheitsrisiko.
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Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, einen Niederspannungs-Ventilableiter
zu schaffen, dessen Schutzfunktion bei einer Ansprechspannung unmittelbar oberhalb
der Nennspannung bis hin zu extremen Kurzschlußströmen voll gewährleistet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die cindung vor, daß die Funkenstrecke
als gekapselter Gasentladungsableiter ausgebildet ist; unabhängig davon oder zusätzlich
können in Verbindung mit einer Abschaltvorrichtung, die aus einer unter mechanischer
Vorspannung stehenden Lötverbindung zwischen einem Stempel und einer durch den Varistor
beheizbaren Scheibe besteht, zur Überbrückung der Lötverbindung die Enden einer
Schmelz sicherung mit dem Stempel bzw. der Scheibe verbunden sein.
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Unter Gasentladungsableiter ist im Rahmen der Erfindung ein gekapselter,
handelsüblicher Ableiter zu verstehen, der auch als Knopfableiter bezeichnet wird.
Er besteht im wesentlichen aus einem ringförmigen Keramikkörper, dessen einander
gegenüberliegende Seiten metallisiert und anschließend mit jeweils einer Elektrode
zugelötet sind. Das Innere eines derartigen Gasentladungs- oder Knopfableiters ist
mit einem inerten Gas gefüllt, beispielsweise mit Argon. Eine in dieser Weise gekapselte
Funkenstrecke ist weitgehend unempfindlich gegen äußere Einflüsse, so daß die durch
äußere Parameter vorgewählte Ansprechspannung in der Praxis unter allen Umständen
erhalten bleibt. Die Größe des Elektrodenabstandes, die ç ffi1 lung und andere hauliche
Merkmale entscheiden über die Höhe llölle der Ansprechspannung, die dann einmal
festgelegt ist und nicht mehr verändert wird.
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In den bisher bekannten Niederspannungs-Ventilableitern besteht die
Funkenstrecke aus zwei Kupfer- oder Messingscheiben, zwischen die eine Glimmerscheibe
gelegt ist.
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Diese ist den äußeren Einflüssen ungehindert ausgesetzt.
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Bei dem Ventilableiter gemäß der Erfindung ist die aus den Elektroden
und der eingeschlossenen Glimmerscheibe gebildete Einheit durch den Knopfableiter
ersetzt.
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Aufgrund der konstanten Eigenschaften bezüglich des Ansprechverhaltens
eines Knopfableiters kann je nach Wahl der Parameter die Ansprechspannung sehr nahe
an die Nennspannung herangebracht werden, ohne daß befürchtet werden muß, daß der
Niederspannungs-Ventilableiter unbeabsichtigt schon bei Nennspannung anspricht.
Damit kann im unteren Bereich ein außerordentliches Maß an Sicherheit verwirklicht
werden, da nun bereits geringe Überspannungen
aus dem häuslichen
Netz ferngehalten werden können. Der gebotene Schutz ist bei dieser Form der Uberlastung
zuverlässig und ausreichend.
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Bei höheren Uberspannungen in Verbindung mit extremen Kurzschlußströmen
ergeben sich Schwierigkeiten weniger bezüglich des Ansprechverhaltens als vielmehr
bezüg]ich des Abschaltvermögens, also der Fähigkeit des Niederspannungs-Ventilableiters,
einen extremen Kurzschlußstrom in der Größenordnung von z.B. 6,5 KA zu unterbrechen.
Hier schafft die Erfindung durch den Einsatz einer an sich bekannten, handelsüblichen
Schmelzsicherung Abhilfe. Derartige Sicherungen vermögen insbesondere bei Sandfüllungen
Kurzschlußströme von 6 bis 10 KA zu schalten.
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Ein Abschaltvorgang unter extremen Bedingungen läuft etwa folgendermaßen
ab: Nachdem die Funkenstrecke aufgrund von Verschweißungen ständig leitend geworden
ist, heizt der Varistor progressiv die unmittelbar an ihm anliegende Scheibe so
weit auf, daß die Lötverbindung zu dem daran gelöteten und unter mechanischer Vorspannung
stehenden Stempel aufgehoben wird, worauf sich der Stempel um einen vorgegebenen
Betrag von der Scheibe entfernt. Bis zu dem Trennvorgang der Lötverbindung fließtder
gesamte Kurzschlußstrom über die Lötverbindung, während nur ein sehr geringer Teilstrom
- die zu der Lötverbindung parallel geschaltete Schmelzsicherung weist einen zehnfachen
oder noch höheren Widerstand als die Lötverbindung auf - seinen Weg über die Schmelzsicherung
nimmt. Im Augenblick der Trennung der Lötverbindung steigt die Belastung der Schmelzsicherung
schlagartig an, mit der Folge, daß ihr Schmelzdraht explosions-
U0ti(J
vc'rdarnpft. Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Stempel von der Scheibe aufgrund der
mechanischen Vorspannung schon so weit entfernt, daß nun kein Durchschlag zwischen
der Scheibe und dem Stempel mehr vorkommen kann, im Gegenteil sorgt der sich rasch
vergrößernde Abstand noch dafür, daß ein derartiger Durchschlag immer unwahrscheinlicher
wird. Mit Hilfe der Schmelzsicherung gelingt es also, in der kritischen Phase, in
der der Stempel von der Scheibe abhebt, die Strombelastung an dieser Stelle infolge
des Ausweges über die Schmelzsicherung kurzfristig so weit abzusenken, daß kein
Lichtbogen zwischen dem Stempel und der Scheibe gezogen werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt; die
Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Innenansicht des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Ventilableiters,
teilweise im Schnitt.
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Der in der Figur dargestellte Niederspannungs-Ventilableiter besteht
im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, an dessen Seiten zwei Anschlüsse 2 und 3 angeordnet
sind.
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Dabei ist der Anschluß 3 für die Verbindung mit der Zuleitung beispielsweise
zu einem Haus vorgesehen, während der Anschluß 2 mit einer Erdleitung verbunden
wird.
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Im Innern des Gehäuses 1 führt eine Zuleitung 4 von dem Anschluß 3
zu einem Trennstempel 6, der aus einer Platte 7 und einer Hülse 8 besteht. Eine
weitere Zuleitung 5 schafft eine elektrische Verbindung zwischen der einen
20
Endkappe einer Schmelzsicherung und der Platte 7. Der Trennstempel 6 sowie die Schmelzsicherung
20 sind Bestandteil einer Abschaltvorrichtung, die immer dann den Stromweg durch
den Ventilableiter während eines Durchschlages unterbricht, wenn die Belastung so
groß war, daß die Funkenstrecke durch Verschweißung dauernd leitend geworden ist.
Zu dieser Abschaltvorrichtung gehört eine Feder 9, die auf einer Schale 11 aufsteht
und mit Vorspannung von unten an der Platte 7 anliegt. Die Hülse 8 ist mit Hilfe
von Lot 13 zentrisch auf eine Scheibe 12 aufgelötet, unter der ein Varistor 14 angeordnet
ist. Weiterhin ist an der Scheibe 12 die andere Endkappe der Schmelzsicherung 20
elektrisch angeschlossen, beispielsweise durch eine Klemmung (nicht dargestellt),
eine Kaltpreßschweißung oder eine Punktschweißung.
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Im Falle einer dauernden Oberlastung erwärmt der Varistor 14 die darüberliegende
Scheibe 12 so weit, daß das Lot 13 schmilzt und die Feder 9 den Trennstempel 6 von
der Scheibe 12 abhebt. Durch die Trennung des Trennstempels 6 von der Scheibe 12
verbleibt dem abzuleitenden Kurzschlußstrom nur noch der Weg über die Schmelzsicherung
20, die er in kürzester Zeit zum Abschmelzen bringt. Sie besitzt einen zehnfachen
oder noch höheren Widerstand als die restlichen Bestandteile der Abtrennvorrichtung,
womit sichergestellt ist, daß sie erst nach der Trennung der Lötverbindung, also
nach dem Schmelzen des Lotes 13 anspricht. Obwohl das Abschmelzen der Schmelz sicherung
20 innerhalb von Mill sekunden erfolgt, genügt diese Zeit, um zwischen dem Trennstempel
6, also dem unteren Rand der Hülse 8,und der Oberseite der Scheibe 12 eine so große
Schaltstrecke entstehen zu lasse, die ein erneutes
Durchschlagen
des Stromes unmöglich macht. Mit Hilfe der Schmelzsicherung 20 ist der Abschaltvorgang
quasi in zwei Stufen zuverlässig erfolgt, wobei das Abschmelzen der Schmelzsicherung
20 in der Regel so heftig erfolgt, daß auc innerhalb der Sicherung bzw. zwischen
ihren Endkappen kein Lichtbogen mehr entstehen kann.
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Unterhalb des Varistors 14 ist eine weitere Scheibe 16 angeordnet,
die ungefähr oder exakt im Durchmesser dem Varistor 14 entspricht und gegen die
von unten ein Knopfableiter 17 gedrückt wird. Zur Zentrierung des Knopfableiters
17 sind aus der Ebene der Scheibe 16 Laschen 15 vorgebogen, in deren Zentrum Raum
für die eine Elektrode des Knopfableiters vorhanden ist. An der gegenüberliegenden
Elektrode des Knopfableiters liegt eine Trogscheibe 18 an, die von einer Feder 19
emporgedrückt wird. Die Feder 19 liegt auf der Verlängerung des Anschlusses 2 auf.
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Falls die Abschaltvorrichtung den Stromfluß durch den N i!CLcrsp,nnunyn-Vcntil
ableitcr unterbrochen hat, ist der Trennstempel 6 von der Feder 9 in dem Gehäuse
1 so weit nach oben verschoben, daß die Platte 7 des Trennstempels 6 von außen durch
ein Fenster 21 gut sichtbar ist. Zur Verbesserung der Sichtbarkeit kann die Platte
7 z.B. rot eingefärbt sein. Sobald sie unmittelbar hinter dem Fenster 21 sichtbar
ist, muß der gesamte Niederspannungs-Ventilableiter ausgetauscht werden.
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Die Einzelheiten der Anschlüsse 2 und 3 sind in der Figur nicht dargestellt;
hier können übliche Klemmen oder gleichen verwendet werden.