[0001] Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit mindestens einer Funkenstrecke
und einem dazu in Reihe geschalteten elektrischen Element.
[0002] Im Stand der Technik sind Überspannungsableiter, insbesondere Blitzstromableiter
bekannt, die eine blitzstromtragfähige Funkenstrecke mit mehreren in Reihe geschalteten
Funkenstrecken aufweisen. Solche Einrichtungen werden zur Vermeidung von Schäden infolge
eines Blitzeinschlages oder eines sonstigen Überspannungsfalles eingesetzt. Die Funkenstrecken
werden zum transienten Potentialausgleich eingesetzt, wobei auch der nachfolgende
Netzfolgestrom gelöscht werden soll. Die bisherigen Lösungen beruhen darauf, dass
mehrere Funkenstrecken in Reihe geschaltet werden, um das Folgestrom-Löschvermögen
zu verbessern. Daraus resultiert aber eine unerwünschte Erhöhung der Ansprechspannung.
Je mehr Funkenstrecken in Reihe geschaltet werden, desto größer ist die Ansprechspannung
des Systems.
[0003] Um die Ansprechspannung und damit den Schutzpegel zu reduzieren kann beispielsweise
eine kapazitive Steuerung der Funkenstrecken eingesetzt werden. Auch hierbei sind
technische Grenzbedingungen gegeben, die bei einer Erhöhung der Funkenstreckenanzahl
ebenfalls die Ansprechspannung erhöhen. Zudem ist der schaltungstechnische Aufwand
durch die Vielzahl der Funkenstrecken und die gegebenenfalls erforderlichen zusätzlichen
Schaltungsmaßnahmen, wie beispielsweise kapazitive Steuerungen, aufwendig.
[0004] Bei den bekannten Funkenstrecken wird ebenso, wie bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsableiter
bei einem Blitzeinschlag zunächst durch die Überspannung zwischen PE (Erdleiter) und
den spannungsführenden Leitern die Funkenstrecke gezündet, wenn die Ansprechspannung
der Funkenstrecke erreicht ist.
[0005] Bei den bekannten Systemen wird die erste Funkenstrecke, die also direkt an den spannungsführenden
Leiter angeschlossen ist, so ausgebildet und deren durch die Elektroden gebildete
Anode und Kathode derart beabstandet, dass eine entsprechende Ansprechspannung erreicht
wird. Je geringer der Abstand der Elektroden, desto geringer ist die Ansprechspannung.
Bei dem bekannten System fließt nach dem Zünden ein Kurzschlussstrom und an jeder
folgenden Funkenstrecke baut sich ein hoher Spannungsabfall auf, der sich durch die
Vielzahl der Funkenstrecken aufsummiert, so dass entsprechend der Anzahl der Funkenstrecken
die Lichtbogenbrennspannung größer als die Netzspannung ist, so dass kein Netzfolgestrom
entsteht.
[0006] Zum Stand der Technik wird beispielsweise auf die
DE 197 42 302 A1 verwiesen.
[0007] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Überspannungsableiter zu schaffen, der ein System mit möglichst nur einer Funkenstrecke
und damit entsprechendem Ansprechverhalten bildet und das Folgestromlöschvermögen
einer Mehrfachfunkenstrecke aufweist.
[0008] Zudem soll der Installationsaufwand und der Aufwand an elektrischen und elektronischen
Bauteilen gemindert werden.
[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass das elektrische Element
aus einem Bauteil mit zwei Elektroden besteht, zwischen denen ein Granulat aus elektrisch
leitfähigem Werkstoff angeordnet ist, welches die Elektroden elektrisch leitend miteinander
verbindet, wobei der das Granulat haltende Raum von einer temperaturfesten Isolierstoffhülle
umgeben ist.
[0010] Das Bauteil mit den beiden Elektroden und dem dazwischen befindlichen Granulat aus
elektrisch leitfähigem Werkstoff ist vor dem Stromfluss im Falle eines Überspannungsereignisses
sehr niederohmig. Im Falle eines Überspannungsereignisses, beispielsweise eines Blitzeinschlages,
werden zwischen den Granulatkörnern viele kleine Funkenstrecken gezündet, so dass
bei der entsprechenden Strombelastung, bedingt durch die Gegenspannungen der zahlreichen
Übergänge zwischen den Granulatkörpern eine hohe Dämpfung des Netzfolgestroms erreicht
wird, so dass der Netzfolgestrom erlischt.
[0011] Um den Zusammenhalt des Bauteiles, gebildet aus den Elektroden und dem leitfähigen
Granulat, zu gewährleisten, ist die entsprechend temperaturfeste Isolierstoffhülle
vorgesehen. In der einfachsten Form ist ein solches Bauteil in Reihe zu einer Funkenstrecke
mit entsprechend niedrigem Ansprechpegel, beispielsweise zwischen den Phasenleiter
und den PE-Leiter eines geschützten Systems, anzuschließen. Durch diese Ausbildung
wird die Aufgabe vollständig gelöst, da der Einfach-Funkenstrecke ein Element in Form
des Bauteiles in Reihe geschaltet ist, das vor dem Stromfluss sehr niederohmig ist
und während des Stromflusses eine hohe Gegenspannung bzw. Dämpfung entwickelt, um
der Einfach-Funkenstrecke das Löschen des Folgestroms zu ermöglichen.
[0012] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Granulat in loser Schüttung in dem zwischen den
Elektroden und der Isolierstoffhülle ausgebildeten Raum angeordnet ist.
[0013] Eine lose Schüttung ist erforderlich, um einen Abstand zwischen den Granulatkörpern
sicherzustellen, der die Ausbildung von kleinen Lichtbögen zwischen den Granulatkörnern
ermöglicht. Die Schüttung muss aber innerhalb des Raumes, der von der Isolierstoffhülle
umgeben ist, ausreichend sein, um bei unterschiedlichen Lagen des Elementes eine Kontaktierung
des Granulates mit den Elektroden sicherzustellen.
[0014] Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Elektroden in den Raum hineinragende
Vorsprünge aufweisen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Granulat aus kugeligen
Teilchen besteht.
[0015] Auch kann vorgesehen sein, dass das Granulat aus körnigen Teilchen besteht.
[0016] Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Granulat aus Graphitkörnern oder -kugeln besteht.
[0017] Der Einsatz von Graphit ist bevorzugt, weil bei diesem Material keine Verschmelzungen
durch hohe Ströme und/oder Erwärmung auftreten können.
[0018] Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass das Granulat eine Körnung von 0,4 - 1,6 mm aufweist.
[0019] Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Isolierstoffhülle aus Keramik oder
Glas besteht.
[0020] Bezüglich der Bemessung der Körnung ist wesentlich, dass eine untere Grenze dadurch
gegeben ist, dass dann, wenn die Körnung sehr fein ist, sehr wenig Luft zwischen den
Partikeln verbleibt, so dass der gewünschte Effekt möglicherweise nicht oder nur in
unzureichendem Maße erreicht wird. Eine obere Grenze ist dadurch gegeben, dass eine
möglichst große Anzahl von Granulatkörnern in dem entsprechenden Raum angeordnet sein
soll.
[0021] Weitere Parameter zur Einstellung der Löschwirkung sind der Durchmesser bzw. der
Querschnitt der Isolierstoffhülle, die Länge der Isolierstoffhülle samt Granulatfüllung.
Je nach Größe, also Dicke und/oder Länge der Isolierstoffhülle samt Granulat, wird
durch dieses Bauteil eine kleinere oder größere Gegenspannung aufgebaut.
[0022] Es ist auch denkbar, den Überspannungsableiter mit mehreren in Reihe geschalteten
Funkenstrecken auszubilden und diese mit einem elektrischen Element angegebener Bauart
in Reihenschaltung zu komplettieren.
[0023] Vorzugsweise ist zudem vorgesehen, dass die Elektroden aus Graphit bestehen.
[0024] Um eine besonders kompakte Bauform der gesamten Funktionseinheit zu realisieren,
kann vorgesehen sein, dass die eine Elektrode des Bauteiles eine Elektrode der Funkenstrecke
bildet.
[0025] Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass auf die Elektroden, die die eine Elektrode
der Funkenstrecke bildet, ein ringförmiger Isolator aufgebracht ist, auf den die zweite
Elektrode der Funkenstrecke aufgesetzt ist.
[0026] Zudem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Elektroden des Bauteiles und der Funkenstrecke
zylindrisch sind und die Isolierstoffhülle ein Rohr ist, welches an die Elektroden
des Bauteils angeschlossen ist.
[0027] Der ringförmige Isolator zwischen den Elektroden der Funkenstrecke besteht aus wärmebeständigem
Material, insbesondere PTFE oder auch Keramik.
[0028] Die besonders einfache Bauform des erfindungsgemäßen Überspannungsableiters ist in
der Zeichnung verdeutlicht.
[0029] Die Figur 1 zeigt einen entsprechenden Überspannungsableiter im Mittellängsschnitt
gesehen.
[0030] Dieser Überspannungsableiter besteht aus einer Funkenstrecke 1, die über Anschlussleiter
an beispielsweise einen Phasenleiter bei I und einen PE-Leiter bei II eines Wechselspannungsnetzes
angeschlossen ist. In Reihe zu der Funkenstrecke ist ein elektrisches Element geschaltet.
Dieses Element besteht aus einem Bauteil 2 mit zwei Elektroden 3,4, zwischen denen
ein Granulat 5 aus elektrisch leitfähigem Werkstoff angeordnet ist, durch welches
die Elektroden 3,4 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der das Granulat
5 haltende Raum ist von einer temperaturfesten Isolierstoffhülle 6 umgeben.
[0031] Das Granulat 5 ist in loser Schüttung in dem zwischen den Elektroden 3,4 und der
Isolierstoffhülle 6 ausgebildeten Raum angeordnet. Vorzugsweise weisen die Elektroden
3,4 in den Raum hineinragende Vorsprünge 7,8 auf, um in jeder Gebrauchslage des Elementes
eine Kontaktierung der Elektroden 3,4 mit den Bestandteilen des Granulates 5 sicherzustellen.
Das Granulat besteht aus kugeligen oder körnigen Teilchen, vorzugsweise Graphitkörnern
oder Graphitkugeln, wobei eine Körnung in der Größenordnung von 0,4 - 1,6 mm bevorzugt
ist. Die Isolierstoffhülle 6 besteht aus Keramik oder Glas, während die Elektroden
3,4 aus Graphit bestehen. Im Ausführungsbeispiel bildet die eine Elektrode 3 des Bauteiles
2 eine Elektrode der Funkenstrecke, deren anderer Elektrode bei 9 angegeben ist. Zwischen
der Elektrode 3, die sowohl eine Elektrode des Bauteiles 2 bildet, als auch eine Elektrode
der Funkenstrecke 1, und der Elektrode 9 ist ein vorzugsweise ringförmiger Isolator
10, beispielsweise aus PTFE angeordnet. Durch den Abstand zwischen den Elektroden
9 und 3 kann das Zündverhalten der Funkenstrecke 1 auf das gewünschte Maß eingestellt
werden. Das Löschverhalten wird allein durch das Bauteil 2 bestimmt, welches entsprechend
seiner Bestimmung im Durchmesser und/oder in der Länge bei einem Löschverhalten angepasst
werden kann, so dass eine entsprechende Menge und Verteilung von Granulat 5 erreicht
wird.
[0032] Auch die Elektrode 9 besteht vorzugsweise aus Graphit.
[0033] Im Ausführungsbeispiel bilden die Elektroden 3 und 4 mit der Isolierstoffhülle 6
ein miteinander verbundenes geschlossenes Element, welches das Granulat 5 beinhaltet
bzw. umfasst.
[0034] Der erfindungsgemäße Überspannungsableiter hat eine geringe Ansprechspannung, wobei
beim Durchzünden eine hohe Gegenspannung aufgebaut wird, weil an den Granulatkörnern
des Granulates 5 viele kleine Funkenstrecken durch Funkenüberschläge gebildet werden.
Hierdurch wird aber die Ansprechspannung der Funkenstrecke 1 nicht beeinträchtigt
oder angehoben.
[0035] Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen
der Offenbarung vielfach variabel.
[0036] Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale
werden als erfindungswesentlich angesehen.
1. Überspannungsableiter mit mindestens einer Funkenstrecke (1) und einem dazu in Reihe
geschalteten elektrischen Element,
dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Element aus einem Bauteil (2) mit zwei Elektroden (3,4) besteht,
zwischen denen ein Granulat (5) aus elektrisch leitfähigem Werkstoff angeordnet ist,
welches die Elektroden (3,4) elektrisch leitend miteinander verbindet, wobei der das
Granulat (5) haltende Raum von einer temperaturfesten Isolierstoffhülle (6) umgeben
ist.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) in loser Schüttung in dem zwischen den Elektroden (3,4) und der
Isolierstoffhülle (6) ausgebildeten Raum angeordnet ist.
3. Überspannungsableiter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,4) in den Raum hineinragende Vorsprünge (7,8) aufweisen.
4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus kugeligen Teilchen besteht.
5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus körnigen Teilchen besteht.
6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus Graphitkörnern oder -kugeln besteht.
7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) eine Körnung von 0,4 - 1,6 mm aufweist.
8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffhülle (6) aus Keramik oder Glas besteht.
9. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,4) aus Graphit bestehen.
10. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektrode (3) des Bauteiles (2) eine Elektrode der Funkenstrecke (1) bildet.
11. Überspannungsableiter nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass auf die Elektroden (3), die die eine Elektrode der Funkenstrecke (1) bildet, ein
ringförmiger Isolator (10) aufgebracht ist, auf den die zweite Elektrode (9) der Funkenstrecke
(1) aufgesetzt ist.
12. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,4,9) des Bauteiles (2) und der Funkenstrecke (1) zylindrisch sind
und die Isolierstoffhülle (6) ein Rohr ist, welches an die Elektroden (3,4) des Bauteils
angeschlossen ist.
Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.
1. Überspannungsableiter mit mindestens einer Funkenstrecke (1) und einem dazu in Reihe
geschalteten elektrischen Element, wobei das elektrische Element aus einem Bauteil
(2) mit zwei Elektroden (3,4) besteht, zwischen denen ein Granulat (5) aus elektrisch
leitfähigem Werkstoff angeordnet ist, welches die Elektroden (3,4) elektrisch leitend
miteinander verbindet, wobei der das Granulat (5) haltende Raum von einer temperaturfesten
Isolierstoffhülle (6) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) in loser Schüttung in dem zwischen den Elektroden (3,4) und der
Isolierstoffhülle (6) ausgebildeten Raum angeordnet ist, und dass das Granulat (5)
aus Graphitkörnern oder -kugeln besteht.
2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,4) in den Raum hineinragende Vorsprünge (7,8) aufweisen.
3. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus kugeligen Teilchen besteht.
4. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) aus körnigen Teilchen besteht.
5. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat (5) eine Körnung von 0,4 - 1,6 mm aufweist.
6. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffhülle (6) aus Keramik oder Glas besteht.
7. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,4) aus Graphit bestehen.
8. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektrode (3) des Bauteiles (2) eine Elektrode der Funkenstrecke (1) bildet.
9. Überspannungsableiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Elektroden (3), die die eine Elektrode der Funkenstrecke (1) bildet, ein
ringförmiger Isolator (10) aufgebracht ist, auf den die zweite Elektrode (9) der Funkenstrecke
(1) aufgesetzt ist.
10. Überspannungsableiter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3,4,9) des Bauteiles (2) und der Funkenstrecke (1) zylindrisch sind
und die Isolierstoffhülle (6) ein Rohr ist, welches an die Elektroden (3,4) des Bauteils
angeschlossen ist.