DE3049094A1 - Niederspannungs-ventilableiter - Google Patents

Niederspannungs-ventilableiter

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DE3049094A1
DE3049094A1 DE19803049094 DE3049094A DE3049094A1 DE 3049094 A1 DE3049094 A1 DE 3049094A1 DE 19803049094 DE19803049094 DE 19803049094 DE 3049094 A DE3049094 A DE 3049094A DE 3049094 A1 DE3049094 A1 DE 3049094A1
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DE
Germany
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fuse
varistor
arrester
low
voltage
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Withdrawn
Application number
DE19803049094
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English (en)
Inventor
Georg 4300 Essen Fellerhoff
Egon Dipl.-Ing. 4400 Münster Wessing
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Wickmann Werke GmbH
Original Assignee
Wickmann Werke GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00Details of spark gaps
    • H01T1/14Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02Details
    • H01H85/44Structural association with a spark-gap arrester

Landscapes

  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • Bezeichnung: Niederspannungs-Ventilableiter
  • Die Erfindung betrifft einen Niederspannungs-Ventilableiter, bei dem zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen eine Abschaltvorrichtung, ein Varistor und eine Funkenstrecke in Reihe geschaltet sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In den bisher bekannten Niederspannungs-Ventilableitern besteht die Funkenstrecke aus zwei Kupfer- oder Messingscheiben, zwischen die eine Glimmerscheibe gelegt ist.
  • Diese ist den äußeren Einflüssen ungehindert ausgesetzt.
  • Bei dem Ventilableiter gemäß der Erfindung ist die aus den Elektroden und der eingeschlossenen Glimmerscheibe gebildete Einheit durch den Knopfableiter ersetzt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt; die Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Innenansicht des erfindungsgemäßen Niederspannungs-Ventilableiters, teilweise im Schnitt.
  • Der in der Figur dargestellte Niederspannungs-Ventilableiter besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, an dessen Seiten zwei Anschlüsse 2 und 3 angeordnet sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Einzelheiten der Anschlüsse 2 und 3 sind in der Figur nicht dargestellt; hier können übliche Klemmen oder gleichen verwendet werden.

Claims (5)

  1. Patentansprüche Niederspannungs-Ventilableiter, bei dem zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen eine Abschaltvorrichtung, ein Varistor und eine Funkenstrecke, die aus zwei Elektroden und einem dazwischen befindlichen Dielektrikum besteht, in Reihe geschaltet sind, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Funkenstrecke als gekapselter Gasentladungsableiter (17) ausgebildet ist.
  2. 2. Niederspannungs-Ventilableiter, bei dem zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen eine Abschaltvorrichtung, ein Varistor und eine Funkenstrecke in Reihe geschaltet sind, wobei die Abschaltvorrichtung aus einer unter mechanischer Vor spannung stehenden Lötverbindung zwischen einem Stempel und einer durch den Varistor beheizbaren Scheibe besteht, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß zur Uberbrückung der Lötverbindung (13) dic Inden einer Schmelzsicherung (20) mit dem Stempel (6) bzw. der Scheibe (12) verbunden sind.
  3. 3. Niederspannungs-Ventilableiter nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Funkenstrecke als gekapselter Gasentladungsableiter (17) ausgebildet ist.
  4. 4. Niederspannungs-Ventilableiter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Gasentladungsableiter (17) und dem Varistor (14) eine Scheibe (1G) im wesentlichen vom Durchmesser des Varistors angeordnet ist, die wahlweise mit aus ihrer Ebene hervorstehenden Laschen (15) zur Zentrierung des Gasentladungsableiters (17) versehen ist.
  5. 5. Niederspannungs-Ventilableiter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schmelzsicherung (20) einen ca. 10-fachen oder noch höheren Widerstand als die Lötverbindung (13) aufweist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2760564A1 (fr) * 1997-03-06 1998-09-11 Pouyet Sa Module de protection enfichable sur une reglette
EP4258318A1 (de) * 2022-04-08 2023-10-11 RIPD IP Development Ltd Sicherungsanordnungen und schutzschaltungen sowie verfahren damit
US12020883B2 (en) 2020-11-09 2024-06-25 Ripd Ip Development Ltd. Surge protective device including bimetallic fuse element

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