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WO2010023193A1 - Überspannungsableiter mit mindestens einem ableitelement - Google Patents

Überspannungsableiter mit mindestens einem ableitelement Download PDF

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Publication number
WO2010023193A1
WO2010023193A1 PCT/EP2009/060900 EP2009060900W WO2010023193A1 WO 2010023193 A1 WO2010023193 A1 WO 2010023193A1 EP 2009060900 W EP2009060900 W EP 2009060900W WO 2010023193 A1 WO2010023193 A1 WO 2010023193A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bridge
movable
surge arrester
short
path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/060900
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arnd Ehrhardt
Stefanie Schreiter
Christian Burger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dehn SE and Co KG
Original Assignee
Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dehn and Soehne GmbH and Co KG filed Critical Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Priority to PL09782137T priority Critical patent/PL2319143T3/pl
Priority to SI200930586T priority patent/SI2319143T1/sl
Priority to US12/737,852 priority patent/US8861157B2/en
Priority to EP09782137A priority patent/EP2319143B1/de
Priority to CN200980133073.5A priority patent/CN102132467B/zh
Publication of WO2010023193A1 publication Critical patent/WO2010023193A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H01C7/126—Means for protecting against excessive pressure or for disconnecting in case of failure

Definitions

  • the invention relates to a surge arrester having at least one diverting element, for example a varistor, as well as a disconnecting device for disconnecting the diverter element (s) from the mains, wherein the divider device comprises a thermal separation point which is integrated in the electrical connection path inside the diverter, wherein the Trennstelle a movable conductor portion or a movable conductive bridge with the diverter on the one hand and the conductor portion or the bridge on the other hand connected to a first electrical external terminal of the arrester, and comprising a biasing force generating means, such as a spring, wherein the relevant force vector directly or indirectly via a movable separating block acts on the conductor portion or the bridge in the separation direction, further in or at the end of the path of movement of the conductor portion or the bridge, a conductive element is arranged, which is triggered when Separating device comes into contact with the conductor portion or the bridge and which is in communication with a second external electrical connection to form a short-circuiting, according to the pre
  • the low-impedance short circuit path connected in this way can be z. B. be used to actuate an upstream switching element, which is set to the short-circuit current of the relevant network, or to produce a defined continuous short circuit, which is defined in certain applications as a so-called fail-safe state.
  • an upstream switching element which is set to the short-circuit current of the relevant network
  • a defined continuous short circuit which is defined in certain applications as a so-called fail-safe state.
  • EP 0 860 927 A1 to this prior art.
  • This document describes a very complicated electromechanical device which monitors the current via a varistor and which switches the short circuit in the bypass to the varistor path via electromechanical contacts when a predetermined limit value is exceeded.
  • the switching element is a changeover contact.
  • the changeover contact closes the varistor circuit in a known manner via a soldering point. If the switching element is triggered, another contact is closed, which can be connected either as an internal or external defect indicator or just via a corresponding external connection as a short circuit.
  • the characteristic of the feeding source of the local operating current is approximately equal to the short-circuit current.
  • DE 10 2006 052 955 A1 discloses a further developed surge arrester having a housing and at least one diverting element, for example a varistor, where a disconnecting device is present and it is possible to retrofit the arrester in such a way that it ensures a short-circuit current can lead.
  • a diverting element for example a varistor
  • known separation devices for surge arresters are equipped with an additional connection, which extends the existing separation function by a short-circuit function.
  • the additional connection can be configured in various ways, so that it is also possible to activate from outside on the correspondingly realized surge arrester as required.
  • at least one conductive element is arranged in the path of movement of a spring-biased conductor or a spring-biased bridge, the first end of which comes into contact with the conductor section or the bridge when the disconnecting device is triggered.
  • the second end of the conductive element is in communication with a second external electrical connection.
  • means are provided for protecting the contact point between the conductor section or bridge and the conductive element before re-splitting Lotresten or solder material or melting material ien.
  • this route still does not have sufficient dielectric strength due to the previous arc load, it will ignite again as a result of the voltage load and an arc will again be created in the arrester. In this case, the separation device has failed.
  • the object of the invention is achieved by a surge arrester with at least one diverting element, in particular a varistor, as well as a separating device according to the feature combination according to claim 1, wherein the subclaims comprise at least expedient refinements and developments.
  • a surge arrester with at least one diverting element for example a varistor, as well as a separating device, wherein the separating device serves to separate the at least one diverting element from the network.
  • the separating device comprises a per se known thermal separation point, which is integrated into the electrical connection path within the arrester.
  • a per se known thermal separation point is integrated into the electrical connection path within the arrester.
  • a movable conductor portion or a movable conductive bridge with the diverter on the one hand and the conductor portion or the bridge on the other hand connected to a first electrical external terminal of the arrester.
  • biasing force generating means for example, at least one spring present, wherein the force vector of the spring acts directly or indirectly via a movable separating block on the conductor section or the bridge in the separation direction.
  • a conductive element is arranged, which comes into contact with the conductor portion or the bridge when triggered disconnecting device and which is in communication with a second external electrical connection to form a short-circuiter. Furthermore, means for r interruption of the short circuit in the short circuit branch, z. As a backup, be present.
  • a movable insulating part is provided, which immediately before or with the achievement of the kruz gleichands in the path of movement of the conductor portion or the bridge dips u m reignition of the arc between the conductive element and the separation point to counteract or suppress or suppress.
  • the movable insulating part may be formed as a plate whose longitudinal extent extends into the path of movement in the rest position.
  • the plate In the actual separation process, the plate is taken from the movable bridge from its rest position. Upon reaching the short-circuit position of the movable bridge, the plate jumps back to its rest position, whereby the separation distance is extended accordingly. The separation distance is securely blocked in this case by the isolation part.
  • the aforementioned wafer according to the first embodiment of the invention can be fixedly mounted at one end and have bending elastic properties.
  • the platelet can be made rigid but rotatably supported at one end.
  • the storage is preferably carried out so that the plate is held spring-assisted in its rest position.
  • the moving out of the plate from the rest position is effected by the kinetic energy of the movable bridge in the separation process, which this energy is supplied by a corresponding spring bias.
  • the movable separating block acts on the bridge in the separation case, wherein the separating block comprises the insulating part or comprises such a part.
  • the isolation trestle with insulating part may have a boomerang-like shape with two legs, wherein the biasing force generating means acts on a first leg, the second leg forms the insulating part and an axis of rotation is located between the two legs.
  • the movable separating block cooperates with a rotary valve as an insulating part, wherein the rotary Slider is taken in the separation process from the separation block and penetrates into theinciswegverlauf upon reaching the short-circuit state.
  • the rotary valve is mounted on an axis of rotation, which differs from the pivot point of the Abtrennbocks.
  • the above-described surge arrester is characterized in particular by its use in DC voltage systems with high system voltages and operating currents at short-circuit current level, in particular for photovoltaic installations.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of the first embodiment with an insulation wafer
  • FIG. Fig. 2a is an illustration of the second embodiment of the invention with a specially shaped separating block having an integral insulating member in the pre-separation condition;
  • Fig. 2b is a representation similar to that of FIG. 2a, but in the state after the separation and realization of the short circuit;
  • Fig. 3a shows a further embodiment of the invention with a rotary valve, which is at least partially entrained by a rotatable Abtrennbock, in the state before the separation;
  • Fig. 3b shows a representation similar to that of FIG. 3a, but in the state of separation and reached short circuit;
  • Fig. 4a shows a fourth embodiment of the invention with an insulating part designed as a slide in the state before the separation and
  • FIG. 4b is a diagram similar to that of FIG. 4a, but in the separated and short-circuited state.
  • the embodiments are common, for the purpose of increasing the dielectric strength of the separation distance before switching off an external switching device in the short circuit path to use an insulating part or a slider.
  • This insulating part or the slider is preferably introduced only when the movable tongue 3 has reached the short-circuit contact b. This ensures that the slider is not damaged by the arc and the arc provides a possible alternative way of reignition by burning or bridging the slider sideways. For this purpose, a timely coordinated introduction of the insulating part or the slider in conjunction with the movement of the switching tongue 3 is essential.
  • the slide or the insulating part should block the separation path as safely as possible and significantly lengthen the path between part 3 and c.
  • a varistor arrester 2 which has two connection points or connection paths A and B.
  • a movable conductor portion or a movable conductive bridge 3 is pivotally movable about the contact point a.
  • a solid varistor terminal c is connected to a corresponding end of the tongue 3 z. B. connected by a low melting solder, so that here the desired thermal separation point results.
  • this separation point melts and it moves the tongue 3 and the movable Liche conductive bridge 3 (as indicated by the arrow) in the position 3 '. Then, when the free end of the tongue 3 reaches the conductive member b, which is connected to the connection path B, the desired short circuit is achieved.
  • Fig. 1 is located in the path of movement of the movable conductive bridge 3, a z. B. elastic insulation plate 100, the z. B. at the position 101 can be fastened.
  • a fixed insulating plate 100 which is fixed in a spring-biased or resettable manner at the position 101.
  • the plate 100 is displaced or slightly bent. Shortly before or when the switching tongue releases the short-circuiter, d. H. reaches the conductive element b, the plate 100 moves at high speed back to its rest position or initial position, between the parts b and c, so that there is no direct path between these two contacts for a possible arc.
  • a separating block 13 which is pivotable about a fixed point (arrow depiction within the part 13).
  • This separation block 13 has a boomerang-like shape.
  • a first end of the Abtrennbocks 13 is standing with a spring 1 u nter bias.
  • the second end of the Abtrennbocks 13 forms the actual insulating part 102nd
  • the bridge 3 moves towards the conductive element b (position 3 '), so that the desired short-circuiting occurs.
  • the insulating part 102 dips into the path between c and b with the result of the desired blocking of the present separation line.
  • the insulating part 102 of the separation block 13 may be guided by grooves, so that no continuous sliding surfaces between the parts c and b remain.
  • the parts c and b or the bridge 3 can also be raised relative to the surface of insulating material which serves to cover the varistor 2 (not shown).
  • the achieved position of the insulating part 102 in the case of short circuiting and disconnection shows the illustration according to FIG. 2b.
  • the separating block 13 is biased by a spring, not shown there, wherein the biasing force, shown in the direction of the arrow within the part 13 results.
  • a rotary valve 103 is between the Abtrennbock 13 and the bridge 3 as an insulating part.
  • This rotary valve is rotatably supported on a rotation axis whose axis position is different from the rotation axis of the Abtrennbocks 13.
  • the bridge 3 moves from position c to position b, d. H. to the conductive element b with the result that the desired short-circuit state occurs (positional representation according to 3 ').
  • the short circuit condition and the then changed position of the rotary valve 103 is shown in FIG. 3b.
  • the rotary valve dips here again in the distance between the parts c and b and increases the separation distance.
  • the position relative to the parts 13 and 103 can also be made resettable.
  • the movement of the rotary valve 103 is coordinated to the movement of the Abtrennbocks 13 and its action on the bridge. 3
  • the rotary valve can also be designed scoop-like or U-shaped to allow lateral sealing off of the contact area.
  • Fig. 4a and 4b show an embodiment in which the insulating part is attached as a slider 104 directly on or on the bridge 3.
  • the movable part 104 is connected in a form-fitting manner to the disconnecting block 13 so that its rotational movement (arrow depiction within the part 13) is transmitted and converted into a longitudinal sliding movement.
  • the insulating member 104 When the shorting position of the bridge 3 is reached, the insulating member 104 has moved down in the figure representation, with a projecting end penetrates into the separation distance between the parts b and c and increases the separation distance.
  • the insulating member 104 may be formed as a pipe or tube with a recess which is pushed completely or only partially over the bridge 3 after the contact separation immediately or delayed in time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit mindestens einem Ableitelement, beispielsweise einem Varistor, sowie eine Abtrennvorrichtung, um das oder die Ableitelemente vom Netz zu trennen, wobei die Abtrennvorrichtung eine thermische Trennstelle umfasst, welche in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Ableiters eingebunden ist, wobei über die Trennstelle 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 eine Feder, wobei der diesbezügliche Kraftvektor unmittelbar oder mittelbar über einen beweglichen Trennbock auf den Leiterabschnitt oder die Brücke in Abtrennrichtung wirkt, weiterhin im oder am Ende des Bewegungswegs des Leiterabschnitts oder der Brücke ein leitfähiges Element angeordnet ist, das bei ausgelöster Abtrennvorrichtung mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke in Kontakt gelangt und welches mit einem zweiten elektrischen Außenanschluss in Verbindung steht, um einen Kurzschließer zu bilden. Erfindungsgemäß ist ein bewegliches Isolationsteil vorgesehen, welches unmittelbar vor oder mit dem Erreichen des Kurzschlusszustands in den Bewegungswegverlauf des Leiterabschnitts oder der Brücke eintaucht, um ein Wiederzünden des Lichtbogens zwischen dem leitfähigen Element und der Trennstelle zu verhindern oder zu unterdrücken.

Description

Überspannungsabieiter mit mindestens einem Ableitelement
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsabieiter mit mindestens einem Ableitelement, beispielsweise einem Varistor, sowie eine Abtrennvorrichtung, um das oder die Ableitelemente vom Netz zu trennen, wobei die Abtrennvorrichtung eine thermische Trennstelle umfasst, welche in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Ableiters eingebunden ist, wobei über die Trennstelle 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 eine Feder, wobei der diesbezügliche Kraftvektor unmittelbar oder mittelbar über einen beweglichen Trennbock auf den Leiterabschnitt oder die Brücke in Abtrennrichtung wirkt, weiterhin im oder am Ende des Bewegungswegs des Leiterabschnitts oder der Brücke ein leitfähiges Element angeordnet ist, das bei ausgelöster Abtrennvorrichtung mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke in Kontakt gelangt und welches mit einem zweiten elektrischen Außenanschluss in Verbindung steht, um einen Kurzschließer zu bilden, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Abtrennvorrichtungen auch mit Kurzschlussfunktion, wobei im aufgetrennten bzw. ausgelösten Schaltzustand der Abtrennvorrichtung der Strompfad über das defekte Ableiterelement sich im Kurzschluss derart befindet, dass der Strom vom Ableitelement auf einen geschalteten Bypass kommutiert, sind bekannt.
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 sogenannter Fail-Safe-Zustand definiert ist. Zu diesem Stand der Technik soll beispielsweise auf die EP 0 860 927 Al hingewiesen werden. In diesem Dokument ist eine sehr aufwendige elektromecha- nische Einrichtung beschrieben, die den Strom über einen Varistor überwacht und welche nach Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts den Kurz- schluss im Bypass zum Varistorpfad über elektromechanische Kontakte schaltet.
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. Insbesondere bei Photovoltaik-Anlagen ist aufgrund der Charakteristik der speisenden Quelle der dortige Betriebsstrom annähernd gleich dem Kurzschlussstrom. Ein klassisches Abtrennen bei Erwärmu ng 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.
Aus der DE 10 2006 052 955 Al ist ein weiterentwickelter Überspannungsablei- ter mit einem Gehäuse und mindestens einem Ableitelement, beispielsweise einem Varistor bekannt, wobei dort eine Abtrennvorrichtung vorhanden ist und die Möglichkeit besteht, auch nachrüstbar den Ableiter so auszugestalten, dass dieser einen Kurzschlussstrom sicher führen kann.
Hierfür werden an sich bekannte Abtrennvorrichtungen für Überspannungsab- leiter mit einer zusätzlichen Verbindung ausgerüstet, die die vorhandene Abtrennfunktion um eine Kurzschlussfunktion erweitert. Konkret ist vorgeschlagen, dass die zusätzliche Verbindung verschiedenartig ausgestaltet werden kann, so dass auch nach Bedarf ein Aktivieren von außen am entsprechend realisierten Überspannungsabieiter möglich ist. Hierfür ist im Bewegungsweg eines federvorgespannten Leiters oder einer 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. Außerdem sind Mittel zum Schützen der Kontaktstelle zwischen Leiterabschnitt oder Brücke und dem leitfähigen Element vor wegspratzenden Lotresten oder Lotmaterial bzw. schmelzenden Material ien vorgesehen.
Bei dieser bekannten Lehre besteht zwar grundsätzlich die Möglichkeit, den Kurzschlussstrom sicher zu führen. Beim Ansprechen und Öffnen der Abtrennvorrichtung kommt es zur Bildung eines Funkens bzw. Lichtbogens zwischen den Elementen der Trennstelle. Dieser Lichtbogen verlischt erst mit dem Erreichen des Kurzschlusskontakts durch die entsprechende Schaltzunge. Die Strecke zwischen einem festen Varistorkontakt und der Schaltzunge bzw. dem Kurzschlusskontakt besitzt aufgrund der thermischen Wirkung des Lichtbogens unmittelbar nach dem Verlöschen des Lichtbogens nur eine sehr geringe Spannungsfestigkeit, welche zeitlich betrachtet sich auch nur langsam erhöht. Wenn der Kurzschlussstrom im Kurzschlusspfad sehr schnell durch eine entsprechende Schalteinrichtung, z. B. eine Sicherung, unterbrochen werden soll, so baut diese Schalteinrichtung zügig eine hohe Spannung auf, welche die elektrische parallele Strecke zwischen Varistorkontakt u nd Schaltzunge bzw. Kurzschlusskontakt belastet.
Wenn diese Strecke aufgrund der vorangegangenen Lichtbogenbelastung noch keine ausreichende Spannungsfestigkeit besitzt, zündet diese infolge der Spannungsbelastung erneut und es entsteht wieder ein Lichtbogen im Ableiter. In diesem Falle hat die Abtrennvorrichtung versagt.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfind ung, einen weiterentwickelten Überspannungsabieiter mit mindestens einem Ableitelement und Kurzschlussfunktion anzugeben, wobei die Spannungsfestigkeit der Trennstrecke vor dem Abschalten einer Schalteinrichtung im Kurzschlusspfad erhöht ist, um einen Ausfall bzw. eine Überlastung des Ableitelements wirksam zu verhindern. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Überspannungsab- leiter mit mindestens einem Ableitelement, insbesondere einem Varistor, sowie einer Abtrennvorrichtung gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
Es wird demnach von einem Überspannungsabieiter mit mindestens einem Ableitelement, beispielsweise einem Varistor, sowie einer Abtrennvorrichtung ausgegangen, wobei die Abtrennvorrichtung dazu dient, das mindestens eine Ableitelement vom Netz zu trennen.
Die Abtrennvorrichtung umfasst eine an sich bekannte thermische Trennstelle, welche in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Ableiters eingebunden ist. Über die Trennstelle ist 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. Es sind weiterhin Vorspannkraft erzeugende Mittel, beispielsweise mindestens eine Feder, vorhanden, wobei der Kraftvektor der Feder unmittelbar oder mittelbar über einen beweglichen Trennbock auf den Leiterabschnitt oder die Brücke in Abtrennrichtung wirkt. Weiterhin ist im oder am Ende des Bewegungswegs des Leiterabschnitts oder der Brücke ein leitfähiges Element angeordnet, das bei ausgelöster Abtrennvorrichtung mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke in Kontakt gelangt und welches mit einem zweiten elektrischen Außenanschluss in Verbindung steht, um einen Kurzschließer zu bilden. Weiterhin können Mittel zu r Unterbrechung des Kurzschlusses im Kurzschlusszweig, z. B. eine Sicherung, vorhanden sein.
Erfindungsgemäß ist ein bewegliches Isolationsteil vorgesehen, welches unmittelbar vor oder mit dem Erreichen des Ku rzschlusszustands in den Bewegungswegverlauf des Leiterabschnitts oder der Brücke eintaucht, u m einem Wiederzünden des Lichtbogens zwischen dem leitfähigen Element und der Trennstelle entgegenzuwirken bzw. dieses zu verhindern oder zu unterdrücken.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung gelingt es, nach dem Verlöschen des Lichtbogens die Festigkeit der Trennstrecke deutlich zu erhöhen, und zwar bevor die vorgeschaltete Abschaltvorrichtung in Form z. B. einer Sicheru ng eine Spannung erzeugt, die ansonsten eine Wiederzündung der Trennstrecke bewirkt.
Bei einer ersten Ausführungsform kann das bewegliche Isolationsteil als Plättchen ausgebildet sein, dessen Längsausdehnung in Ruhelage in den Bewegungswegverlauf hineinreicht.
Beim eigentlichen Abtrennvorgang wird das Plättchen von der beweglichen Brücke aus seiner Ruhelage mitgenommen. Mit Erreichen der Kurzschlussposition der beweglichen Brücke springt das Plättchen in seine Ruhelage zurück, wodurch die Trennstrecke entsprechend verlängert ist. Die Trennstrecke ist in diesem Fall durch das Isolationsteil sicher blockiert.
Das vorerwähnte Plättchen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindu ng kann an einem Ende fest gelagert sein und biegeelastische Eigenschaften aufweisen.
Alternativ kann das Plättchen starr ausgeführt, jedoch an einem Ende drehbewegl ich gelagert werden. Hierbei ist die Lagerung bevorzugt so ausgeführt, dass das Plättchen federkraftunterstützt in seiner Ruhelage gehalten ist. Das Herausbewegen des Plättchens aus der Ruhelage erfolgt durch die Beweg ungsenergie der beweglichen Brücke im Abtrennvorgang, welcher diese Energie durch eine entsprechende Federvorspannung zugeführt ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform wirkt der bewegliche Trennbock auf die Brücke im Abtrennfall ein, wobei der Trennbock das Isolationsteil aufweist oder ein solches Teil umfasst.
Dabei kann der Trennbock mit Isolationsteil eine einem Bumerang ähnliche Form mit zwei Schenkeln aufweisen, wobei an einem ersten Schenkel das Vorspannkraft erzeugende Mittel angreift, der zweite Schenkel das Isolationsteil bildet und zwischen beiden Schenkeln eine Drehachse befindlich ist.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wirkt der bewegliche Abtrennbock mit einem Drehschieber als Isolationsteil zusammen, wobei der Dreh- Schieber im Abtrennvorgang vom Abtrennbock mitgenommen wird und mit Erreichen des Kurzschlusszustands in den Bewegungswegverlauf eindringt.
Der Drehschieber ist an einer Drehachse gelagert, die sich vom Drehpunkt des Abtrennbocks unterscheidet.
Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist das bewegliche Isolationsteil z. B. rohrförmig an oder auf der Brücke verschieblich gelagert, wobei das Isolationsteil vom Trennbock mitgenommen wird, um spätestens im Kurz- schlusszustand in den Bewegungswegverlauf einzutauchen bzw. einzudringen.
Der vorstehend geschilderte Überspannungsabieiter ist insbesondere gekennzeichnet durch dessen Verwendung in Gleichspannungsanlagen mit hohen Systemspannungen und Betriebsströmen auf Kurzschlussstromniveau, insbesondere für Photovoltaik-Anlagen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen :
Fig . 1 eine prinzipielle Darstellung der ersten Ausführungsform mit einem Isolationsplättchen;
Fig . 2a eine Darstel lung der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einem speziel l geformten Abtrennbock, der ein integriertes Isolationsteil aufweist, im Zustand vor dem Abtrennvorgang;
Fig . 2b eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig . 2a, jedoch im Zustand nach der Abtrennung und Realisierung des Kurzschlusses;
Fig . 3a eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Drehschieber, der von einem drehbeweglichen Abtrennbock mindestens teilweise mitgenommen wird, im Zustand vor der Abtrennung; Fig . 3b eine Darstellung ähnlich derjenigen nach Fig . 3a, jedoch im Zustand der Abtrennung und des erreichten Kurzschlusses;
Fig . 4a eine vierte Ausführungsform der Erfindung mit einem als Schieber ausgebildeten Isolationsteil im Zustand vor der Abtrennung und
Fig . 4b eine Darstel lung ähnlich derjenigen nach Fig 4a, jedoch im abgetrennten und Kurzschl usszustand .
Den Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, zum Zweck der Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Trennstrecke vor dem Abschalten einer externen Schalteinrichtung im Kurzschlusspfad ein Isolationsteil oder einen Schieber einzusetzen.
Dieser Schieber aus Isolationsmaterial wird zwischen die Trennstelle c bzw. das feste Varistoranschlussbein und den Kurzschlusskontakt b geschoben, so dass die Strecke zwischen den Kontakten c und b verlängert ist und ein Wiederzünden erschwert wird .
Dieses Isolationsteil oder der Schieber wird bevorzugt erst dann eingebracht, wenn die bewegliche Schaltzunge 3 den Kurzschlusskontakt b erreicht hat. Dies stellt sicher, dass der Schieber nicht durch den Lichtbogen geschädigt wird und der Lichtbogen durch Abbrand oder seitliches Brücken des Schiebers einen möglichen alternativen Weg für das Wiederzünden ermöglicht. Hierfür ist ein zeitlich koordiniertes Einbringen des Isolationsteils bzw. des Schiebers in Verbindung mit der Bewegung der Schaltzunge 3 wesentlich.
Vorstehender Sachverhalt unterscheidet sich von Schiebern, die unmittelbar bei der Öffnung einer Abtrennvorrichtung zwischen die Kontakte einfahren, um einen dort entstehenden Lichtbogen zu löschen. Bei derartigen Lösungen wird das Schaltvermögen von Ableitern ohne Kurzschlusspfad durch den Schieber unmittelbar erhöht. Eine solche Maßnahme ist bei geringen Überlasten und beim Einsatz in Wechselstromnetzen du rchaus angebracht. Bei hohen Überlasten oder aber auch beim Einsatz im Gleichspannungsbereich ist die direkte Lichtbogenlöschung mittels Schieber problematisch. Bei der vorliegenden Erfindung ist entscheidend, dass der Schieber möglichst nicht bzw. nur gering mit dem Lichtbogen zwischen den Teilen 3 und c in Berühru ng kommt, um diese Teile nicht zu schädigen sowie eine unnötige Verlängerung sowie Erhöhung des Energieeintrags vor dem Kurzschluss zu vermeiden.
Nach dem Herstellen des Kurzschlusses zwischen den Teilen 3 und b soll der Schieber oder das Isolationsteil die Trennstrecke möglichst sicher blockieren und den Weg zwischen Teil 3 und c deutlich verlängern.
Dies sol l zeitlich gesehen sicher vor der Abschaltung des Kurzschlussstroms im Kurzschlusspfad erfolgen, also bevor die Strecke zwischen Teil 3 und c mit der Schaltspannung des Schaltelements beaufschlagt wird .
Bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird von einem Varistorabieiter 2 ausgegangen, der zwei Anschlussstellen oder Anschlusspfade A und B aufweist.
Ein beweglicher Leiterabschnitt oder eine bewegliche leitende Brücke 3 ist um den Kontaktpunkt a verschwenkbeweglich. Ein fester Varistoranschluss c ist mit einem entsprechenden Ende der Zunge 3 z. B. durch ein niedrigschmelzendes Lot verbunden, so dass sich hier die gewünschte thermische Trennstelle ergibt.
Im Überlastfall schmilzt diese Trennstelle und es bewegt sich die Zunge 3 bzw. die beweg liche leitende Brücke 3 (wie mit der Pfeildarstellung angedeutet) in die Position 3'. Dann, wenn das freie Ende der Zunge 3 das leitfähige Element b erreicht, welches mit dem Anschlusspfad B verbunden ist, wird der gewünschte Kurzschluss erreicht.
Gemäß Fig. 1 befindet sich im Bewegungsweg der beweglichen leitenden Brücke 3 ein z. B. elastisches Isolationsplättchen 100, das z. B. an der Position 101 befestigbar ist.
Alternativ kann auch ein festes Isolationsplättchen 100 eingesetzt werden, das federvorgespannt drehbeweglich bzw. rücksetzbar an der Position 101 fixiert ist. Bei der Bewegung der Brücke 3 wird das Plättchen 100 verschoben bzw. leicht verbogen. Kurz bevor oder wenn die Schaltzunge den Kurzschließer, d . h. das leitfähige Element b erreicht, bewegt sich das Plättchen 100 mit hoher Geschwindigkeit wieder in seine Ruhelage oder Ausgangslage zurück, und zwar zwischen die Teile b und c, so dass hier kein direkter Weg mehr zwischen diesen beiden Kontakten für einen eventuellen Lichtbogen vorhanden ist.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 2a und 2b ist ein Abtrennbock 13 vorhanden, der um einen Fixpunkt verschwenkbeweglich ist (Pfeildarstellung innerhalb des Teils 13). Dieser Abtrennbock 13 weist eine Bumerang-ähnliche Form auf. Ein erstes Ende des Abtrennbocks 13 ist mit einer Feder 1 u nter Vorspannung stehend.
Das zweite Ende des Abtrennbocks 13 bildet das eigentliche Isolationsteil 102.
Wenn im Überlastfall sich die thermische Trennstelle löst, dann bewegt sich die Brücke 3 (Pfeildarstellu ng) hin zum leitfähigen Element b (Position 3'), so dass der gewünschte Kurzschlussfall eintritt. In diesem Moment taucht das Isolationsteil 102 in die Strecke zwischen c und b ein mit der Folge der gewünschten Blockierung der hier vorhandenen Trennstrecke.
Das Isolationsteil 102 des Abtrennbocks 13 kann durch Nuten geführt sein, so dass keine durchgängigen Gleitflächen zwischen den Teilen c und b bestehen bleiben. Alternativ bzw. zusätzlich können die Teile c und b bzw. die Brücke 3 auch erhöht gegenüber der Fläche aus Isolationsmaterial, welches zur Abdeckung des Varistors 2 dient (nicht gezeigt), ausgeführt sein.
Die erreichte Position des Isolationsteils 102 im Kurzschluss- und Abtrennfall zeigt die Darstellung nach Fig. 2b.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3a und 3b ist der Abtrennbock 13 durch eine dort nicht gezeigte Feder vorgespannt, wobei sich die Vorspannkraft, in Richtung des Pfeils innerhalb des Teils 13 gezeigt, ergibt. Zwischen dem Abtrennbock 13 und der Brücke 3 befindet sich ein Drehschieber 103 als Isolationsteil .
Dieser Drehschieber ist an einer Drehachse drehbeweglich gehalten, deren Achsenposition sich von der Drehachse des Abtrennbocks 13 unterscheidet.
Im thermischen Überlastfall bewegt sich die Brücke 3 von der Position c zur Position b, d . h. zum leitfähigen Element b hin mit der Folge, dass der gewünschte Kurzschlusszustand eintritt (Positionsdarstellung gemäß 3').
Der Kurzschlusszustand und die dann veränderte Lage des Drehschiebers 103 ist in der Fig. 3b gezeigt. Der Drehschieber taucht hier wiederum in die Strecke zwischen den Teilen c und b ein und vergrößert den Trennabstand.
Wenn gewünscht, kann die Position bezogen auf die Teile 13 und 103 auch rücksetzbar ausgeführt sein.
Die Bewegung des Drehschiebers 103 erfolgt koordiniert zur Bewegung des Abtrennbocks 13 und dessen Einwirkung auf die Brücke 3.
Der Drehschieber kann auch schaufelartig oder U-förmig gestaltet werden, um eine seitliche Abschottung des Kontaktbereichs zu ermöglichen.
Die Fig . 4a und 4b zeigen eine Ausführungsform, bei welcher das Isolationsteil als Schieber 104 unmittelbar an oder auf der Brücke 3 befestigt ist.
Das bewegliche Teil 104 ist dabei formschlüssig mit dem Abtrennbock 13 in Verbindung stehend, so dass sich dessen Drehbewegung (Pfeildarstellung innerhalb des Teils 13) überträgt und in eine Längsverschiebebewegung umwandelt.
Wenn die Kurzschlussposition der Brücke 3 erreicht ist, hat sich das Isolationsteil 104 in der Figurendarstellung nach unten bewegt, wobei ein vorspringendes Ende in die Trennstrecke zwischen den Teilen b und c eindringt und den Trennungsabstand erhöht. Das Isolationsteil 104 kann als Rohr oder Rohr mit Ausnehmung ausgebildet sein, welches nach der Kontakttrennung sofort oder zeitlich verzögert vollständig bzw. nur partiell über die Brücke 3 geschoben wird .
Durch die Verschiebung und die Gestaltung des Teils 104 lässt sich beeinflussen, ob eine lichtbogenlöschende Funktion bzw. eine Eindringung erst nach der Realisierung des Kurzschlusses gewünscht ist.
Bezugszeichenliste
1 Feder
2 Varistor
3 bewegliche Brücke
3' Kurzschlussposition der beweglichen Brücke a fester Anschlusspunkt der beweglichen Brücke 3 b leitfähiges Element c thermische Trennstelle bzw. fester Varistoranschluss
A; B Anschlusspfad
13 Abtrennbock
100, 102, 103, 104 bewegliches Isolationsteil
101 Festpunkt für bewegliches Isolationsteil 100 oder
Drehpunkt desselben

Claims

Patentansprüche
1. Überspannungsabieiter mit mindestens einem Ableitelement (2), beispielsweise einem Varistor, sowie eine Abtrennvorrichtung, um das oder die Ableitelemente (2) vom Netz zu trennen, wobei die Abtrennvorrichtung eine thermische Trennstelle (c) umfasst, welche in den elektrischen Anschlusspfad innerhalb des Ableiters eingebunden ist, wobei über die Trennstelle (c) ein beweglicher Leiterabschnitt oder eine bewegliche leitende Brücke (3) mit dem Ableitelement (2) einerseits und der Leiterabschnitt oder die Brücke (3) andererseits mit einem ersten elektrischen Außenanschluss (A) des Ableiters verbunden ist, sowie umfassend ein Vorspannkraft erzeugendes Mittel, beispielsweise eine Feder ( 1), wobei der diesbezügliche Kraftvektor unmittelbar oder mittelbar über einen beweglichen Trennbock (13) auf den Leiterabschnitt oder die Brücke (3) in Abtrennrichtung wirkt, weiterhin im oder am Ende des Bewegungswegs des Leiterabschnitts oder der Brücke (3) ein leitfähiges Element (b) angeordnet ist, das bei ausgelöster Abtrennvorrichtung mit dem Leiterabschnitt oder der Brücke (3) in Kontakt gelangt und welches mit einem zweiten elektrischen Außenanschluss (B) in Verbindung steht, um einen Kurzschließer zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewegliches Isolationsteil (100; 102; 103; 104) vorgesehen ist, welches unmittelbar vor oder mit dem Erreichen des Kurzschlusszustands in den Bewegungswegverlauf des Leiterabschnitts oder der Brücke (3) eintaucht, um ein Wiederzünden des Lichtbogens zwischen dem leitfähigen Element (b) und der Trennstelle (c) zu verhindern oder zu unterdrücken.
2. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Isolationsteil als Plättchen (100) ausgebildet ist, dessen Längsausdehnung in Ruhelage in den Bewegungswegverlauf hineinreicht, wobei das Plättchen (100) beim Abtrennvorgang von der beweglichen Brücke (3) aus seiner Ruhelage mitgenommen und mit Erreichen der Kurzschlussposition der beweglichen Brücke (3) in seine Ruhelage zurückkehrt.
3. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen (100) an einem Ende fest gelagert ist und biegeelastische Eigenschaften aufweist.
4. Überspannungsabieiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen (100) starr ausgeführt und an einem Ende drehbeweglich gelagert ist.
5. Überspannungsabieiter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen (100) federkraftunterstützt in seiner Ruhelage gehalten ist.
6. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Trennbock (13) auf die Brücke (3) im Abtrennfall einwirkt, wobei der Trennbock (13) das Isolationsteil (102) aufweist oder ein solches Teil umfasst.
7. Überspannungsabieiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennbock mit Isolationsteil (102) eine Bumerang-ähnliche Form mit zwei Schenkeln aufweist, wobei an einem ersten Schenkel das Vorspannkraft erzeugende Mittel angreift, der zweite Schenkel das Isolationsteil (102) bildet und zwischen beiden Schenkeln eine Drehachse befindlich ist.
8. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Abtrennbock (13) mit einem Drehschieber (103) als Isolationsteil zusammenwirkt, wobei der Drehschieber (103) im Abtrennvorgang vom Abtrennbock (13) mitgenommen wird und mit Erreichen des Kurzschlusszustands in den Bewegungswegverlauf eindringt.
9. Überspannungsabieiter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (103) an einer Drehachse gelagert ist, die sich vom Drehpunkt des Abtrennbocks (13) unterscheidet.
10.. Überspannungsabieiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Isolationsteil (104) an oder auf der Brücke (3) verschieblich gelagert ist, wobei das Isolationsteil (104) vom Trennbock (13) mitgenommen wird, um spätestens im Kurzschlusszustand in den Bewegungswegverlauf einzutauchen.
11. Überspannungsabieiter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Verwendung in Gleichspannungsanlagen mit hohen Systemspannungen und Betriebsströmen auf Kurzschlussstromniveau, insbesondere für Photo- voltaik-Anlagen.
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