[0001] Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit einem Gehäuse und mindestens
einem Ableitelement, beispielsweise einem Varistor, sowie einer Abtrennvorrichtung,
um das oder die Ableitelemente vom Netz zu trennen, wobei die Abtrennvorrichtung eine
Lötstelle umfasst, welche in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Ableiters
eingebunden ist, wobei über die Lötstelle ein beweglicher Leiterabschnitt oder eine
bewegliche leitende Brücke mit dem Ableitelement einerseits und der Leiterabschnitt
oder die Brücke andererseits mit einem ersten elektrischen Außenanschluss des Ableiters
verbunden ist, sowie umfassend ein Vorspannkraft erzeugendes Mittel, beispielsweise
Feder, wobei der diesbezügliche Kraftvektor mittelbar oder unmittelbar über einen
beweglichen Trennbock auf den Leiterabschnitt oder die Brücke in Abtrennrichtung wirkt,
gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 als Zusatz zur deutschen Patentanmeldung Nr.
10 2006 052 955.3.
[0002] Abtrennvorrichtungen auch mit Kurzschlussfunktion, wobei im aufgetrennten bzw. ausgelösten
Schaltzustand der Abtrennvorrichtung der Strompfad über das defekte Ableiterelement
sich im Kurzschluss befindet derart, dass der Strom vom Ableitelement auf einen geschalteten
Bypass kommutiert, sind bekannt.
[0003] Der so geschaltete niederohmige Kurzschlusspfad kann z.B. dazu genutzt werden, ein
vorgeschaltetes Schaltelement, welches auf den Kurzschlussstrom des betreffenden Netzes
eingestellt ist, zu betätigen, oder aber einen definierten Dauerkurzschluss zu erzeugen,
der bei bestimmten Anwendungen als so genannter Fail-Safe-Zustand definiert ist.
[0004] Zu diesem Stand der Technik soll beispielsweise auf die
EP 0 860 927 A1 hingewiesen werden. In dieser Druckschrift ist eine sehr aufwendige elektromechanische
Einrichtung beschrieben, die den Strom über einen Varistor überwacht und welche nach
Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts den Kurzschluss im Bypass zum Varistorpfad
über elektromechanische Kontakte schaltet.
[0005] Gemäß der
DE 37 34 214 C2 gehört eine thermisch auslösbare Abtrennvorrichtung zum Stand der Technik, deren
schaltendes Element einen Wechselkontakt darstellt. Der Wechselkontakt schließt den
Varistorkreis in bekannter Weise über eine Lotstelle. Wird das Schaltelement ausgelöst,
wird ein weiterer Kontakt geschlossen, der entweder als interne oder externe Defektanzeige
oder eben über eine entsprechende externe Verbindung als Kurzschluss verschaltet werden
kann.
[0006] Zum Stand der Technik gehört die Anordnung zur Ableitung von Überspannungen, wobei
mehrere überspannungsbegrenzende Elemente, wie z.B. Varistoren oder Dioden, und z.B.
durch Überhitzung oder Feststellung des Leckstroms auslösende Abschaltmittel vorgesehen
sind, gemäß
DE 41 24 321 C2. Um die Sicherheit einer derartigen Anordnung zu verbessern, insbesondere redundant
auszubilden, ist dort vorgesehen, dass zumindest zwei überspannungsbegrenzende Elemente
angeordnet werden, von denen jedes Element für sich ausreichend dimensioniert ist,
um an der betreffenden Einsatzstelle den Überspannungsschutz zu gewährleisten. Eine
thermische Abschaltung im Sinne einer Thermosicherung überwacht den Leckstrom der
überspannungsbegrenzenden Elemente, so dass z.B. ein erstes Element bei Überhitzung
abgeschaltet und ein zweites Element zugeschaltet werden kann.
[0007] Eine zusätzliche Sicherung für den Fall, dass auch der nach Ausfall eines ersten
Varistors zugeschaltete redundante Varistor ausfällt, besteht gemäß
DE 41 24 321 C2 darin, den redundanten Varistor entweder durch Öffnen eines Schalters im Querstrompfad
oder aber auch durch Öffnen des Schalters im Längsstrompfad von der Spannung zu trennen.
Hierdurch wird gleichzeitig das zu schützende System vom Netz getrennt und vor schädlichen
Überspannungen geschützt.
Alternativ soll es auch möglich sein, durch Kurzschließens eines zusätzlichen Schalters
den Querstrompfad zu überbrücken, so dass letztendlich das geschützte System kurzgeschlossen
ist. Das Öffnen dieses notwendigen Schalters kann über eine gemeinsame Betätigung
synchron erfolgen. Falls ein Abschalten und/oder Kurzschließen des zu schützenden
Systems nicht erwünscht ist, kann die Funktion des vorerwähnten Schalters durch Einsetzen
einer Überbrückung oder Entfernen eines solchen Mittels aufgehoben werden. Grundsätzlich
ist jedoch die Anordnung von zusätzlichen Schaltern für den Kurzschluss entweder im
Längs- oder Querstrompfad erforderlich, was den Aufwand beim ohnehin begrenzten Bauraum
eines in einem Gehäuse befindlichen Überspannungsableiters weiter einschränkt.
[0008] Insbesondere bei Photovoltaik-Anlagen ist aufgrund der Charakteristik der speisenden
Quelle der dortige Betriebsstrom annähernd gleich dem Kurzschlussstrom. Ein klassisches
Abtrennen bei Erwärmung eines Varistors und seiner Abtrennvorrichtung ist bei derartigen
Gleichspannungsapplikationen nicht zielführend, da die Systemspannung von Photovoltaik-Anlagen
bis zu 1000 V beträgt und die Unterbrechung von 1000 V-Gleichstromkreisen nur mit
einem erheblichen konstruktiven oder apparativen Aufwand überhaupt realisierbar ist.
[0009] Aus der gattungsbildenden
DE 91 15 238 U1 ist ein Überspannungsschutzgerät vorbekannt, welches mindestens einen Varistor und
eine mit dem Varistor in Reihe liegende Abschalteinrichtung umfasst. Die Abschalteinrichtung
spricht bei unzulässiger Erwärmung des Varistors an derart, dass infolge der Wärmebelastung
eine vorhandene Lotverbindung getrennt wird. Die Lotverbindung besteht zwischen mindestens
einem Varistoranschluss und einer vorgespannten metallischen Feder und es findet der
Wärmetransport zum Lot über den Anschlussdraht des Varistors statt.
[0010] Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten
Überspannungsableiter mit einem Gehäuse und mindestens einem Ableitelement, beispielsweise
einem Varistor, sowie einer Abtrennvorrichtung anzugeben, der auch nachrüstbar, in
der Lage ist, einen Kurzschlussstrom sicher zu führen, so dass sich neue Anwendungsbereiche
für in diesem Sinne aufrüstbare oder nachrüstbare Ableiter ergeben.
[0011] Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Überspannungsableiter gemäß
Merkmalskombination des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige
Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
[0012] Erfindungsgemäß werden an sich bekannte Abtrennvorrichtungen für Überspannungsableiter
mit einer zusätzlichen Verbindung ausgerüstet, die die vorhandene Abtrennfunktion
um eine Kurzschlussfunktion, die zeitlich begrenzt den Fehlerstrom führt, erweitert.
Hierbei wird vorgeschlagen, die zusätzliche Verbindung verschiedenartig auszugestalten,
so dass auch nach Bedarf ein Aktivieren von außen am entsprechend realisierten Überspannungsableiter
möglich wird.
[0013] In der nachstehenden Beschreibung wird bezüglich der Abtrennvorrichtung davon ausgegangen,
dass diese eine Lötstelle mit einem bei entsprechender Ansprechtemperatur schmelzenden
Lot umfasst. Selbstverständlich kann die Abtrennvorrichtung auch durch andere schmelzende
Materialien realisiert werden, die selbst keine leitenden Eigenschaften aufweisen,
und zwar dann, wenn die elektrische Verbindung zum Anschlusspfad über ein Brückenteil
vorgenommen wird, dessen mechanische Lage mit Hilfe des schmelzenden Materials gesichert
ist.
[0014] Erfindungsgemäß ist im Bewegungsweg des federvorgespannten Leiters oder der federvorgespannten
Brücke mindestens ein leitfähiges Element angeordnet, dessen erstes Ende bei ausgelöster
Abtrennvorrichtung mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke in Kontakt gelangt.
Das zweite Ende des leitfähigen Elements ist mit einem zweiten elektrischen Außenanschluss
in Verbindung stehend. Weiterhin sind Mittel zum Schützen der Kontaktstelle zwischen
Leiterabschnitt oder Brücke und dem leitfähigen Element vor wegspratzenden Lotresten
oder Lotmaterial bzw. den vorerwähnten schmelzenden Materialien vorgesehen.
[0015] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das leitfähige Element als brückenartiger
Bügel ausgeführt, dessen zweites Ende mit dem elektrischen Außenanschluss beim Anziehen
einer hierfür vorgesehenen Klemme verbindbar ist. Auf diesem Wege vereinfacht sich
die Montage, da der brückenartige Bügel nicht separat kontaktiert werden muss.
[0016] Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Ende des leitfähigen
Elements eine quasi ebene oder leicht gekrümmte Plattenform auf, wobei die Platte
eine im wesentlichen parallele Orientierung zum Leiterabschnitt oder zu der Brücke,
und zwar bezogen auf den Abtrennfall besitzt. Durch diese parallele Orientierung soll
ein möglichst großflächiges, niederohmiges Kontaktieren und Anliegen realisiert werden.
[0017] Die Platte kann an ihrer zum zweiten Ende gerichteten Unterseite eine Aussparung
oder einen Rücksprung zur Aufnahme von wegspratzendem Lot bzw. schmelzendem Material
aufweisen. Auf diesem Wege wird wirksam verhindert, dass sich Lot auf der Platte niederschlägt
und dort erhabene Stellen bildet, mit der Folge eines unerwünschten Übergangswiderstands.
Auch ist die Aussparung in der Lage, gegebenenfalls erodiertes Material des Leiterabschnitts
oder der Brücke aufzunehmen.
[0018] Im Sinne der Erfindung ist das leitfähige Element nachträglich in den Ableiter einsetzbar,
um neben einer Abtrenn- auch eine Kurzschluss-Fail-Safe-Funktion zu realisieren.
[0019] Der bevorzugt vorgesehene brückenartige Bügel als leitfähiges Element weist Mittel
zum Befestigen am oder im Ableitergehäuse auf. Das leitfähige Element ist so dimensioniert
oder ausgelegt, dass nach vorgegebener Zeit die Kurzschlussfunktion aufgehoben wird.
[0020] Die Mittel zum Befestigen können z.B. eine Nut oder eine Aussparung im Bügel sowie
eine hierzu komplementäre Nase oder eine Gegennut im Gehäuse zum Herstellen eines
Formschlusses umfassen. Fachgemäße Abwandlungen eines solches Befestigungsmittels
gehören selbstverständlich zu den denkbaren Alternativen.
[0021] Zum wahlweisen Aktivieren des leitfähigen Elements im Sinne eines im Abtrennfall
wirkenden Kurzschließers ist ein Isolierplättchen zwischen dem leitfähigen Element
und dem Leiterabschnitt oder der Brücke anordenbar. Alternativ kann das leitfähige
Element mindestens auf seinem ersten Ende mit einem lösbaren Isolierüberzug, z.B.
in Form eines Isolierschlauches versehen sein. Ebenso wie das Isolierplättchen kann
auch der Isolierüberzug über eine geeignete Öffnung im Gehäuse entfernt werden, um
die Zusatzfunktion "Kurzschluss" freizugeben.
[0022] Zum wahlweisen Aktivieren des leitfähigen Elements kann bei einer Ausführungsform
der Erfindung der relative Abstand zwischen dem leitfähigen Element und dem Leiterabschnitt
oder der Brücke eingestellt werden. Dabei gilt es in einer ersten Position zu bewerkstelligen,
dass der Leiterabschnitt oder die Brücke im Abtrennfall in ausreichenden Kontakt mit
dem leitfähigen Element gelangt. Andererseits kann durch eine Wegbegrenzung bezüglich
des Leiterabschnitts oder der Brücke verhindert werden, dass das leitfähige Element
berührt wird. Denkbar ist bei dieser Ausführungsform die Anordnung eines Weg- oder
Hub begrenzenden, verstellbaren Exzenters.
[0023] Zum wahlweisen Aktivieren des leitfähigen Elements im Sinne eines im Abtrennfall
wirkenden Kurzschließers kann bei einer ergänzenden Ausführungsform in den Bewegungsweg
des Leiterabschnitts oder der Brücke ein begrenzendes Element z.B. in Form eines Stiftes,
Bolzens oder dergleichen Anschlag eingesetzt werden.
[0024] Wie bereits dargelegt, ist vorgesehen, das Isolierplättchen oder den Stift bzw. Bolzen
von außen durch das Gehäuse hindurch zugänglich zu gestalten, insbesondere um diese
Mittel nachträglich entfernen zu können.
[0025] Die jeweils aktivierte Kurzschlussfunktion ist über eine Anzeige signalisierbar.
Dabei kann auch vorgesehen sein, den Zugang zum Entfernen des Isolierplättchens, des
Stiftes oder des Bolzens zu verplomben. Eine hier beispielsweise denkbare pfropfenartige
Plombe nimmt beim Entfernen das Isolierplättchen oder den Stift oder den Bolzen mit.
Ein derart plombenfreier Überspannungsableiter zeigt die vorgesehene zusätzliche Kurzschlussfunktion
an.
[0026] Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme
von Figuren näher erläutert werden.
[0027] Hierbei zeigen:
- Fig. 1
- ein Prinzipschaltbild eines Ableiters mit Varistoren und kombinierten Abtrenn- und
Kurzschließeigenschaften;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Abtrenn- vorrichtung mit
Schaltfunktion im Zustand nicht ausgelöst;
- Fig. 3
- eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig. 2, jedoch im Zustand ausgelöst und Kurzschluss;
- Fig. 4
- eine Ausführungsform der Schalteinrichtung mit entfernbarer Isolier- platte;
- Fig. 5a und 5b
- eine weitere Ausführungsform der Schalteinrichtung, wobei die Kurzschlussfunktion
durch exzentergesteuerte Bewegung des leit- fähigen Elements einstellbar ist;
- Fig. 6
- ein Ausführungsbeispiel eines Überspannungsableiters mit einem Ge- häuse und einem
Varistor-Ableitelement sowie thermischer Abtrenn- vorrichtung, wobei ein Abtrennbock
eine mechanische Bewegung auf die thermische Abtrennvorrichtung überträgt und im Abtrennfall
ein Kurzschließen über einen brückenartigen Bügel als leitfähiges Ele- ment erfolgt;
- Fig. 6b
- eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Figur 6 jedoch im abge- trennten Zustand
und ausgelöstem Kurzschluss;
- Fig. 6a
- eine Detaildarstellung des plattenförmigen Endes vom brückenartigen Bügel mit erkennbarer
Aussparung in Kurzschlussposition bezüglich der Schaltzunge sowie
- Fig. 7
- eine Prinzipdarstellung mit einem leitfähigen Element als Schaltein- richtung.
[0028] Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 wird zwischen den äußeren Anschlüssen A und B ein
Varistor 2 geschaltet. Dieser Varistor 2 ist über eine Abtrennvorrichtung (Schaltzunge)
3, die thermisch auslösbar ist, abtrennbar. Zwischen den Punkten a und c besteht üblicherweise
über einen Leiterabschnitt oder eine Brücke eine elektrische Verbindung, und zwar
im nicht ausgelösten Zustand. Im Zustand 3' ist die Abtrennvorrichtung 1 ausgelöst
und es wurde eine Verbindung auf dem Weg a zu b mit Hilfe eines Kurzschlussbügels
4 hergestellt, welcher den Varistor 2 überbrückt. Der betätigte bzw. ausgelöste Kurzschlusszustand
ist gemäß Figur zwischen den Punkten a und b gestrichelt dargestellt. Unter Hinweis
auf die Fig. 2 bis 5 wird die Schaltbewegung nach dem Auslöten eines Lotmittels unter
dem Einfluss einer Druckfeder 6 (Bezugszeichen 11 gemäß Fig. 6 und 6 b) ausgeführt.
[0029] Die Fig. 2 zeigt schematisch die Ausführung einer Schalteinrichtung 1 mit Abtrenn-
und Kurzschlussfunktion im nicht betätigten bzw. nicht ausgelösten Zustand.
Der betätigte, d.h. ausgelöste Kurzschlusszustand ist gemäß Fig. 2 in der Darstellung
zwischen den Punkten a und b gestrichelt dargestellt. Wie erwähnt, erfolgt die Schaltbewegung
nach dem Auslötvorgang unter dem Einfluss der Kraft der Feder 6. Die Zunge 3, welche
den Leiterabschnitt bildet, wird also gleichzeitig zur Realisierung des gewünschten
Kurzschlusses zwischen den Anschlusspunkten A und B genutzt, indem diese in Anschlag
mit dem leitfähigen Element bzw. dem Kurzschlussbügel 4 gelangt.
[0030] Mit Hilfe der Fig. 3 wird der betätigte bzw. ausgelöste Zustand, d.h. der gewünschte
Kurzschluss zwischen den Punkten A und B, deutlich, und zwar infolge der Bewegung
der Schaltzunge, die sich jetzt in der Kurzschlusslage 3' befindet.
[0031] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4 ist ein Isolierplättchen 7 so angeordnet,
dass die Schaltzunge 3 bzw. 3' nicht in Anlage zum Kurzschlussbügel 4 gelangen kann.
Dies bedeutet, dass der Bewegungsweg der Schaltzunge 3, 3' durch die Isolierplatte
7 begrenzt wird. Anstelle einer Isolierplatte 7 kann im Sinne der Erfindung auch ein
Stift oder ein Bolzen Verwendung finden oder es besteht die Möglichkeit, mindestens
das gestrichelt dargestellte Ende des Kurzschlussbügels 4 mit einem entfernbaren Isolierschlauch
zu überziehen.
[0032] Gemäß den Darstellungen nach den Fig. 5a und 5b ist bei der Schalteinrichtung 1 deren
Kurzschlussfunktion über eine manuelle Betätigung eines Mittels, insbesondere eines
Exzenters 8 zu- oder abschaltbar.
[0033] Mit Hilfe des Exzenters 8, der verschiedene Betätigungsstrecken 8', 8" ermöglicht,
kann ein beweglicher Teil 4' des Kurzschlussbügels bezüglich des starren Bügelteils
4" verändert werden, so dass, wie in der Fig. 5b angedeutet, ein Inkontaktkommen mit
der Schaltzunge 3 realisierbar ist, was in der Position des beweglichen Teils des
Kurzschlussbügels 4' nach Fig. 5a nicht möglich ist. Zum Zweck der Bewegungsbegrenzung
der Schaltzunge ist bei dieser Ausführungsform noch ein Anschlag 9 vorgesehen.
[0034] Der Exzenter 8 kann über eine Öffnung im gestrichelt dargestellten Gehäuse leicht
in seine verschiedenen Positionen gemäß den Darstellungen nach Fig. 5a und 5b verstellt
werden, wobei durch das erkennbare freie Betätigungsende des Exzenters 8 auch deutlich
wird, welcher jeweilige Zustand (Kurzschluss oder nicht) vorliegt.
[0035] In der Schalterstellung Abtrennen nach Fig. 5a befindet sich somit ein über den Drehpunkt
5 gelagerter Kurzschlussbügel 4' außerhalb des Aktionsradius und des Wirkungsbereichs
der Schaltzunge 3, so dass ein Kontakt über den Weg a/b verhindert ist.
[0036] In der Position "Kurzschließen" hingegen wird durch die über die exzenterförmige
Scheibe 8 hergestellte Verschiebung des beweglichen Kurzschlussbügels 4' in den Aktionsbereich
der Schaltzunge 3 hinein eine Verbindung über den Weg a/b ermöglicht.
[0037] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist ein Überspannungsableiter mit zusätzlicher
Kurzschlussfunktion in ein Gehäuse 10 integriert. Mit Hilfe eines verschwenkbar gelagerten
Abtrennbocks 13 und der Zugfeder 11 wirkt eine Vorspannung auf die Schaltzunge 3,
die mit Hilfe eines Lotes 14 mit einem durch die Gehäusetrennwand 15 geführten Anschluss
16 eines (nicht gezeigten) Varistors verbunden ist.
[0038] Das leitfähige Element ist gemäß der Ausführungsform nach Fig. 6 als brückenartiger
Bügel 17 ausgebildet. Dieser brückenartige Bügel 17 weist ein erstes Ende in Plattenform
18 auf. Ein zweites Ende des brückenartigen Bügels 17 steht mit einem elektrischen
Außenanschluss beim Anziehen einer hierfür vorgesehenen Klemme 19 in Verbindung.
[0039] Das plattenförmige Ende 18 des brückenartigen Bügels 17 weist an seiner zum zweiten
Ende gerichteten Unterseite eine Aussparung 20 zur Aufnahme von im Abtrennfall möglicherweise
weg spratzendem Lot vom Lotpunkt 14 auf.
[0040] Der brückenartige Bügel 17 ist über Mittel zum Befestigen 21 am oder im Ableitergehäuse
10 fixierbar. Der Abstand zwischen dem plattenförmigen Ende 18 des leitfähigen Elements
und dem Leiterabschnitt bzw. der Schaltzunge 3 kann durch Abwinkeln oder Biegen des
plattenförmigen Endes 18 eingestellt oder verändert werden. Maßgeblich ist die Winkellage
des plattenförmigen Endes 18 bezogen auf die Position der Schaltzunge 3. Auf jeden
Fall ist hier sicherzustellen, dass für den gewünschten sicheren Kurzschluss die Schaltzunge
3 großflächig und eben mit dem plattenförmigen Ende 18 in Kontakt gelangt.
[0041] Wird gemäß der Darstellung nach Fig. 6 die Schaltzunge über den Lotpunkt 14 an der
Position c ausgelötet, erfolgt eine Drehbewegung des Abtrennbocks 13 und damit eine
Schaltbewegung der Schaltzunge 3 bis in die Endstellung gemäß Position b, welche der
Kurzschlussposition entspricht.
[0042] Aus der Darstellung nach Fig. 6 wird ersichtlich, dass der weiterentwickelte Überspannungsableiter
mit Kurzschlussfunktion ohne weiteres in einem Standardgehäuse zur Hutschienenmontage
untergebracht werden kann, wobei der brückenartige Bügel 17 nach Abnahme des nicht
gezeigten Gehäusedeckels leicht zugänglich ist. Es kann hierdurch montageseitig ein
Überspannungsableiter ohne, aber auch mit Kurzschlussfunktion mit wenig Aufwand bereitgestellt
werden, wobei durch nachträgliches Einsetzen des brückenartigen Bügels 17 auch eine
spätere Kurzschlussfunktion realisierbar ist.
[0043] Figur 6b zeigt eine Darstellung der erfindungsgemäßen Abtrennvorrichtung in einem
realisierten Gerät und zwar im ausgelösten Zustand (Schalterstellung ausgelöst b).
[0044] Die Aussparung 20 im Bereich des plattenförmigen Endes 18 vom brückenartigen Bügel
17 liegt derart, dass der Lotpunkt 14 der Schaltzunge 3 nicht in Kontakt mit dem brückenartigen
Bügel 17 gelangt. Möglicherweise hier anhaftendes oder wegspratzendes Lot kann durch
den mittels der Aussparung 20 gegebenen Freiraum treten und führt nicht zu einem möglicherweise
überhöhten Übergangswiderstand.
[0045] Es ist also der mit der Lotpaste versehenen Lotpunkt 14 bzw. 14' (siehe Figur 6a)
nicht an der eigentlichen großflächigen Kontaktgabe beteiligt. Nur der Teil b der
Schaltzunge 3' liegt auf der Oberfläche des plattenförmigen Endes 18 des brückenartigen
Bügels 17 an.
[0046] Die Figur 7 zeigt eine Prinzipdarstellung mit einem leitfähigen Element, das als
Schalteinrichtung SE ausgebildet ist.
[0047] Bei einem dauerhaften Kurzschluss des Überspannungsableiters, z. B. eines MOV können
Probleme bei trafolosen Wechselrichtern in photovoltaischen Anlagen auftreten und
zwar bedingt durch den entstehenden Rückstrom.
[0048] Darüber hinaus besteht beim Auswechseln eines kurzgeschlossenen Überspannungsableiters
die Gefahr einer Lichtbogenausbildung, da sich der Ableiter im Kurzschluss befindet
und weiterhin ein Stromfluss vom photovoltaischen Generator erfolgt. Hier kann das
Wartungspersonal keine Spannung messen, da der Kurzschlussfall vorliegt. Bei dem dann
folgenden Versuch des Austausches des Ableiters entsteht ein gefährlicher Störlichtbogen.
[0049] Zur Vermeidung dieser oben erwähnten Nachteile wird in Ausgestaltung und Weiterbildung
der Erfindung vorgeschlagen, das leitfähige Element mit einer Schalteinrichtung zu
kombinieren oder dieses leitfähige Element selbst als Schalteinrichtung im Kurzschlusszweig
auszubilden.
[0050] Der durch die Schalteinrichtung im Kurzschlussfall gebildete Bypass wird hier nicht
auf Dauerstromtragfähigkeit ausgelegt. Nachdem über eine gewisse Zeit der Fehlerstrom
geflossen ist, erfolgt eine Abschaltung des Bypasses. Das leitfähige Element kann
bedingt durch die gewünschte Unterdimensionierung geringere Querschnitte der stromleitenden
Teile aufweisen und daher noch kostengünstiger gefertigt werden.
[0051] So kann das leitfähige Element als Sicherung ausgebildet sein oder aber auch einen
Leistungshalbleiter aufweisen oder mit einem Leistungshalbleiter einen Stromkreis
bilden, wobei der Leistungshalbleiter nach Führen eines Kurzschlussstromes mit Hilfe
eines Initialimpulses in den geöffneten Zustand überführt wird.
[0052] Die dem leitfähigen Element zugewiesenen Funktionen sind mit den symbolischen Darstellungen
eines Halbleiterschalters oder einer Sicherung in der Figur 7, rechte Seite dargestellt.
[0053] Die Funktionsabfolge lässt sich wie folgt darstellen. Im Zustand ① befindet sich
der Überspannungsableiter in ordnungsgemäßer Funktion.
[0054] Im Falle einer Überlastung des Überspannungsableiters MOV bewegt sich der Anschluss
der thermischen Abtrennvorrichtung zur Position ②, d. h. zum Anschlusspunkt für das
Kurzschlusselement im Bypass. Das Kurzschlusselement SE ist geschlossen. Der bei der
Öffnung der thermischen Abtrennvorrichtung entstehende Lichtbogen wird von den Kontaktelementen
geführt und verlischt selbständig bei Erreichen des Kurzschlusskontaktes. Unmittelbar
nach Erreichen des Kurzschlusskontaktes verlischt der Bogen und der Strom fließt über
den Bypass, d. h. über die Schalteinrichtung SE.
[0055] Nach einer vorgegebenen Zeit öffnet sich die Schalteinrichtung SE und es wird der
Fehlerstrom unterbrochen.
[0056] Als Schalteinrichtungen können mechanische Schaltgeräte, Sicherungen aber auch Leistungshalbleiter
angewendet werden. Auch Funkenstrecken, die für den Einsatz in Gleichspannungskreisen
ausgelegt sind, können Verwendung finden. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung kann
im Überspannungsableiter integriert werden, wobei aber auch die Kombination mit einem
externen Schaltgerät möglich ist. Nach dem Abschaltvorgang ist das defekte Überspannungsschutzgerät
aus dem Stromkreis herausgetrennt, es bleibt aber die Stromversorgung aufrechterhalten.
Um nach einer definierten Zeit den Öffnungsvorgang der Schalteinrichtung SE einzuleiten,
kann die Schalteinrichtung z. B. durch eine Querschnittsreduzierung quasi als Schmelzsicherung
ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste
[0057]
- 1
- Abtrennvorrichtung mit den Kontakten a, b und c
- 2
- Varistor
- 3
- Schaltzunge (unbetätigte Position)
- 3'
- Schaltzunge (betätigte Position)
- 4
- Kurzschlussbügel
- 4'
- beweglicher Teil des Kurzschlussbügels
- 4"
- starrer Teil des Kurzschlussbügels
- 5
- Drehpunkt
- 6
- Feder
- 7
- Isolierplatte
- 8
- Exzenter
- 8'
- kurze Betätigungsstrecke des Exzenters
- 8"
- lange Betätigungsstrecke des Exzenters
- 9
- Anschlag
- 10
- Ableitergehäuse
- 11
- Zugfeder
- 13
- Abtrennbock
- A
- erster äußerer Anschluss
- B
- zweiter äußerer Anschluss
- a
- Varistorkontaktierung / Anschluss an Schaltzunge
- b
- Schalterstellung ... ausgelöst
- c
- Schalterstellung nicht ausgelört
- b'
- zweite Varistorkontaktierung
- 14
- Lotpunkt
- 15
- Trennwand
- 16
- Varistoranschluss am Lotpunkt
- 17
- brückenartiger Bügel
- 18
- plattenförmiges Ende
- 19
- Klemme
- 20
- Aussparung
- 21
- Mittel zur Befestigung
- SE
- Schalteinrichtung
1. Überspannungsableiter mit einem Gehäuse (10) und mindestens einem Ableitelement, beispielsweise
einem Varistor, sowie eine Abtrennvorrichtung, um das oder die Ableitelemente vom
Netz zu trennen, wobei die Abtrennvorrichtung eine Lötstelle (14) umfasst, welche
in den elektrischen Anschlusspfad (A; B) innerhalb des Ableiters eingebunden ist,
wobei über die Lötstelle (14) ein beweglicher Leiterabschnitt oder eine bewegliche
leitende Brücke (3) mit dem Ableitelement einerseits und der Leiterabschnitt oder
die Brücke andererseits mit einem ersten elektrischen Außenanschluss des Ableiters
verbunden ist, sowie umfassend ein Vorspannkraft erzeugendes Mittel, beispielsweise
eine Feder (6; 11), wobei der diesbezügliche Kraftvektor mittelbar oder unmittelbar
über einen beweglichen Trennbock (13) auf den Leiterabschnitt oder die Brücke (3)
in Abtrennrichtung wirkt, im Bewegungsweg des Leiterabschnitts oder der Brücke (3)
ein leitfähiges Element (4; 17) angeordnet ist, dessen erstes Ende bei ausgelöster
Abtrennvorrichtung mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke (3) in Kontakt gelangt,
wobei dessen zweites Ende mit einem zweiten elektrischen Außenanschluss in Verbindung
steht dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Element eine Schalteinrichtung umfasst oder als Schalteinrichtung
ausgebildet ist.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leitfähige Element ein brückenartiger Bügel (17) ist, dessen zweites Ende mit
dem elektrischen Außenanschluss beim Anziehen einer hierfür vorgesehenen Klemme (19)
verbindbar ist.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Ende des leitfähigen Elements (4; 17) eine Plattenform (18) aufweist, wobei
die Platte eine parallele Orientierung zum Leiterabschnitt oder der Brücke (3) bezogen
auf den Abtrennfall besitzt und die Platte oder das plattenförmige Ende (18) an ihrer
zum zweiten Ende des brückenartigen Bügels (17) gerichteten Unterseite eine Aussparung
(20) zur Aufnahme von wegspratzendem Lot aufweist.
4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leitfähige Element (4; 17) nachträglich in den Ableiter einsetzbar ist, um neben
einer Abtrenn- auch eine Kurzschluss-Fail-Safe-Funktion zu realisieren.
5. Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum wahlweisen Aktivieren des leitfähigen Elements (4; 17) im Sinne eines im Abtrennfall
wirkenden Kurzschließers ein Isolierplättchen (7) zwischen dem leitfähigen Element
(4; 17) und dem Leiterabschnitt oder der Brücke 3) anordenbar ist oder das leitfähige
Element (4; 17) mindestens auf seinem ersten Ende einen lösbaren Isolierüberzug aufweist.
6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum wahlweisen Aktivieren des leitfähigen Elements im Sinne eines im Abtrennfall wirkenden
Kurzschließers der relative Abstand zwischen dem leitfä higen Element (4; 17) und
dem Leiterabschnitt oder der Brücke (3) einstellbar ist.
7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum wahlweisen Aktivieren des leitfähigen Elements (4; 17) im Sinne eines im Abtrennfall
wirkenden Kurzschließers ein den Bewegungsweg des Leiterabschnitts oder der Brücke
(3) begrenzendes Element als Stift, Bolzen oder dergleichen Anordnung einsetzbar ist.
8. Überspannungsableiter nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolierplättchen (7) oder der Stift bzw. Bolzen von außen durch das Gehäuse (10)
hindurch entfernbar ist.
9. Überspannungsableiter nach einem der vorangegangen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leitfähige Element als Sicherung ausgebildet ist.
10. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leitfähige Element einen Leistungshalbleiter aufweist oder mit einem Leistungshalbleiter
einen Stromkreis bildet, wobei der Leistungshalbleiter nach Führen eines Kurzschlussstromes
mit Hilfe eines Initialimpulses in den geöffneten Zustand überführt wird.
11. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leitfähige Element im Querschnitt derart dimensioniert ist, dass nach einem Führen
eines Kurzschlussstromes ein Auftrennen der leitfähigen Verbindung erfolgt.
12. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das leitfähige Element nicht kurzschlussdauerstromtragfähig ausgebildet ist.
13. Überspannungsableiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Verwendung in Gleichspannungsanlagen mit hohen Systemspannungen und Betriebsströmen
auf Kurzschlussstromniveau, insbesondere für Photovoltaik-Anlagen.
1. Surge arrester having a housing (10) and at least one arrester element, such as a
varistor, and a disconnection device for disconnecting the arrester element(s) from
the mains, the disconnection device comprising a soldering joint (14) which is incorporated
in the electrical connection path (A; B) inside the arrester, wherein a movable conductor
section or a movable conductive bridge (3) is connected via the soldering joint (14),
on the one hand, to the arrester element and, on the other hand, the conductor section
or the bridge is connected to a first electrical outer terminal of the arrester, and
comprising a means for generating a prestressing force, such as a spring (6; 11),
wherein the force vector in this regard acts indirectly or directly via a movable
disconnection bracket (13) on the conductor section or the bridge in the disconnecting
direction, a conductive element (4; 7) is disposed in the movement path of the conductor
section or the bridge (3), whose first end comes into contact with the conductor section
or the bridge (3) if the disconnection device is released and whose second end is
connected to a second electrical outer terminal,
characterized in that
the conductive element comprises a switching device or is configured as a switching
device.
2. Surge arrester according to claim 1,
characterized in that
the conductive element is a bridge-like bracket (17) whose second end can be connected
to the electrical outer terminal upon tightening a clamp (19) provided therefor.
3. Surge arrester according to claim 1 or 2,
characterized in that
the first end of the conductive element (4; 17) is plate-shaped (18), the plate being
oriented in parallel with respect to the conductor section or the bridge (3) relative
to the case of disconnection, and the plate or plate shaped end (18) having a recess
(20) to receive solder sputtering away at its lower side directed towards the second
end of the bridge-like bracket (17).
4. Surge arrester according to one of claims 1 to 3
characterized in that
the conductive element (4; 17) can be inserted into the arrester subsequently in order
to realize a short-circuit fail-safe function in addition to a disconnection function.
5. Surge arrester according to one of the preceding claims,
characterized in that
for optionally activating the conductive element (4; 17) in terms of a short-circuiting
device acting in the case of disconnection a small insulating plate (7) can be arranged
between the conductive element (4; 17) and the conductor section or the bridge (3),
or the conductive element (4; 17) has a removable insulating coating at least on its
first end.
6. Surge arrester according to one of claims 1 to 4
characterized in that
for optionally activating the conductive element (4; 17) in terms of a short-circuiting
device acting in the case of disconnection the relative distance between the conductive
element (4; 17) and the conductor section or the bridge (3) is adjustable.
7. Surge arrester according to one of claims 1 to 4
characterized in that
for optionally activating the conductive element (4; 17) in terms of a short-circuiting
device acting in the case of disconnection an element in the form of a pin, bolt or
the like means can be inserted for limiting the movement path of the conductor section
or the bridge (3).
8. Surge arrester according to claim 6 or 7,
characterized in that
the small insulating plate (7) or the pin or bolt, respectively, can be removed through
the housing (10) from outside.
9. Surge arrester according to one of the preceding claims,
characterized in that
the conductive element is designed as a fuse.
10. Surge arrester according to one of claims 1 to 9,
characterized in that
the conductive element comprises a power semiconductor or forms an electric circuit
with a power semiconductor, wherein the power semiconductor, upon carrying a short-circuit
current, is transferred with the aid of an initial impulse into the opened state.
11. Surge arrester according to one of claims 1 to 9,
characterized in that
in the cross section the conductive element is dimensioned to disconnect the conductive
connection upon carrying a short-circuit current.
12. Surge arrester according to one of claims 1 to 9 or 11,
characterized in that
the conductive element is configured to have no current-carrying capacity during the
short circuit.
13. Surge arrester according to one of the preceding claims,
characterized by the use thereof in direct voltage systems having high system voltages and operating
currents on a short-circuit current level, especially for photovoltaic systems.
1. Dispositif dérivateur de surtensions, comprenant un boîtier (10) et au moins un élément
dérivateur, par exemple un varistor, ainsi qu'un dispositif de coupure, afin de séparer
le ou les éléments dérivateurs vis-à-vis du réseau, dans lequel le dispositif de coupure
comprend un emplacement de brasage (14) qui est intégré dans le trajet de connexion
électrique (A ; B) à l'intérieur du dispositif dérivateur, dans lequel via l'emplacement
de brasage (14) un tronçon conducteur mobile ou un pont conducteur mobile (3) est
relié à l'élément dérivateur d'une part, et le tronçon conducteur ou le pont conducteur
d'autre part est relié à une première borne extérieure électrique du dispositif dérivateur,
et comprenant un organe qui engendre une force de précontrainte, par exemple un ressort
(6 ; 11), tel que le vecteur de force relatif à cet organe agit directement ou indirectement
via un bloc de coupure mobile (13) sur le tronçon conducteur ou sur le pont (3) en
direction de coupure,
dans le trajet de déplacement du tronçon de conducteur ou du pont conducteur (3) est
agencé un élément conducteur (4 ; 17) dont la première extrémité vient en contact
avec le tronçon conducteur ou avec le pont conducteur (3) lorsque le dispositif de
coupure est déclenché, et dont la seconde extrémité est connectée à une seconde borne
extérieure électrique,
caractérisé en ce que l'élément conducteur comprend un moyen commutateur ou est réalisé sous forme de moyen
commutateur.
2. Dispositif dérivateur de surtensions selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément conducteur est une crosse (17) semblable à un pont, dont la seconde extrémité
est susceptible d'être reliée à la borne extérieure électrique lors du serrage d'une
pince (19) prévue à cet effet.
3. Dispositif dérivateur de surtensions selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première extrémité de l'élément conducteur (4 ; 17) présente une forme en plaque
(18), ladite plaque possédant une orientation parallèle au tronçon conducteur ou au
pont conducteur (3), par référence à la situation de séparation, et la plaque ou l'extrémité
en forme de plaque (18) comporte, sur sa face inférieure orientée vers la seconde
extrémité de la crosse (17) semblable à un pont, un évidement (20) pour la réception
d'agent de brasage chassé.
4. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que l'élément conducteur (4 ; 17) peut être mis en place postérieurement dans le dispositif
dérivateur, afin de réaliser, outre une fonction de coupure, également une fonction
de sécurité en cas de court-circuit.
5. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que, pour activer sélectivement l'élément conducteur (4 ; 17) dans le sens d'un court-circuit
agissant dans la situation de coupure, une plaquette isolante (7) peut être agencée
entre l'élément conducteur (4 ; 17) et le tronçon conducteur ou le pont conducteur
(3), ou bien l'élément conducteur (4 ; 17) comprend un revêtement isolant amovible
au moins sur sa première extrémité.
6. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que, pour activer sélectivement l'élément conducteur, dans le sens d'un court-circuit
agissant dans la situation de coupure, la distance relative entre l'élément conducteur
(4 ; 17) et le tronçon conducteur ou le pont conducteur (3) est réglable.
7. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que, pour activer sélectivement l'élément conducteur (4 ; 17) dans le sens d'un court-circuit
agissant dans la situation de coupure, un élément, comme une tige, un goujon ou un
agencement similaire, est susceptible d'être mis en place pour limiter le trajet de
déplacement du tronçon conducteur ou du pont conducteur (3).
8. Dispositif dérivateur de surtensions selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la plaquette isolante (7) ou la tige ou le goujon, est susceptible d'être enlevé(e)
de l'extérieur en traversant le boîtier (10).
9. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'élément conducteur est réalisé sous forme de fusible.
10. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que l'élément conducteur comprend un semi-conducteur de puissance ou forme un circuit
électrique avec un semi-conducteur de puissance, ledit semi-conducteur de puissance
étant transféré, après passage d'un courant de court-circuit, vers l'état ouvert à
l'aide d'une impulsion initiale.
11. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que l'élément conducteur présente en section transversale une dimension telle qu'après
un passage d'un courant de court-circuit il se produit une coupure de la liaison conductrice.
12. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications 1 à 9 ou 11,
caractérisé en ce que l'élément conducteur est réalisé de manière à ne pas supporter un courant de court-circuit
en permanence.
13. Dispositif dérivateur de surtensions selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé par son utilisation dans des installations à courant continu présentant des tensions
systémiques élevées et des courants de fonctionnement présentant un niveau de courant
de court-circuit, en particulier pour des installations photovoltaïques.