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Die Erfindung betrifft einen Überspannungsableiter mit mindestens einer Funkenstrecke und einem dazu in Reihe geschalteten elektrischen Element, welches aus einem Bauteil mit zwei Elektroden besteht, zwischen denen Bestandteile aus elektrisch leitfähigem Werkstoff angeordnet sind, die die Elektroden miteinander elektrisch leitend verbinden, wobei der die Bestandteile haltende Raum von einem temperaturfesten Gehäuse aus Isolierstoff umgeben ist, wobei ferner mindestens eine der Elektroden federnd am Boden des Gehäuses abgestützt ist.
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Im Stand der Technik sind Überspannungsableiter, insbesondere Blitzstromableiter bekannt, die eine blitzstromtragfähige Funkenstrecke mit mehreren in Reihen geschalteten Funkenstrecken aufweisen. Solche Einrichtungen werden zur Vermeidung von Schäden infolge eines Blitzeinschlages oder eines sonstigen Überspannungsfalles eingesetzt. Die Funkenstrecken werden zum transienten Potenzialausgleich eingesetzt, wobei auch der nachfolgende Netzfolgestrom gelöscht werden soll. Die bekannten 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.
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Aus der
US 1,159,205 A und der
US 2,329,085 A sind Überspannungseinrichtungen bekannt, bei denen zwischen den Elektroden ein Granulat aus Borcarbid oder aus Siliziumcarbid angeordnet ist. Das Granulat ist mittels geeigneter Einrichtungen des Überspannungsableiters in eine Isolierstoffhülle gepresst und durch die Elektroden gehalten. Dies entspricht in etwa einer Ausführungsform von Varistoren (Zinkoxyd-Ableitern), die nach heutigem Stand der Technik nicht mehr gepresst, sondern gebacken werden, so dass sie ein kompaktes Element darstellen.
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Bei solchen Varistoren erwärmt sich das Element, also beispielsweise das Granulat beziehungsweise der Varistor, im Falle einer übermäßigen Beanspruchung infolge einer entsprechenden Überspannung. Der Überspannungsableiter, beispielsweise Varistor, ist dann nicht mehr funktionstüchtig, sondern muss ausgetauscht werden.
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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 welches ein Folgestromlöschvermögen einer Mehrfachfunkenstrecke aufweist.
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Auch soll der Installationsaufwand und der Aufwand an elektrischen und elektronischen Bauteilen gemindert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Bestandteile zwischen den Elektroden durch mehrere parallel zu den plattenförmigen Elektroden ausgerichtete elektrisch leitfähige Scheiben gebildet sind, die mittels der gefederten Elektrode aneinandergedrückt sind
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähigen Scheiben aus Graphit bestehen.
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Gemäß dieser Ausgestaltung wird ein System zur Verfügung gestellt, welches möglichst nur eine Funkenstrecke aufweist, aber das Folgestromlöschvermögen einer Mehrfachfunkenstrecke hat. Dazu ist der Funkenstrecke ein Element in Reihe geschaltet, das vor dem Stromfluss im Falle eines Überspannungsereignisses und des auftretenden Folgestromes möglichst niederohmig ist und während eines Stromflusses eine möglichst hohe Gegenspannung beziehungsweise Dämpfung entwickelt, um der Einfachfunkenstrecke das Löschen des Folgestromes zu ermöglichen. Durch die Anordnung von aufeinanderliegenden leitfähigen Scheiben oder Platten, die durch eine Federkraft leicht kontaktiert zusammengehalten werden, wird ein System zur Verfügung gestellt, welches ohne Stromfluss einen relativ geringen elektrischen Widerstand aufweist. Im Ereignisfall, also im Falle eines Überspannungsereignisses, erfolgt durch den entsprechenden Impuls eine Verschiebung der Scheiben entgegen der Federkraft und es bilden sich Abstände zwischen den Scheiben durch Lichtbögen, die zwischen den Scheiben zünden.
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Die Ansprechspannung ist gering, da nur die Funkenstrecke für die Ansprechspannung von Bedeutung ist. Die Platten selbst sind leitend, wie ein entsprechender Block aus leitfähigem Material. Bei einem auftretenden Impulsstrom aber rücken die Scheiben aufgrund von Lichtbögen, die sich zwischen den Scheiben bilden auseinander. Es bilden sich somit Funkenstrecken zwischen den Scheiben. Dies hat einen großen Spannungsabfall zur Folge. Bedingt durch die Gegenspannung der Lichtbögen zwischen den Scheiben oder Platten wird eine hohe Dämpfung des Netzfolgestroms erreicht. Um eine optimale Lichtbogenausbildung zu ermöglichen sollen die Scheiben oder Platten mit einer möglichst kleinen Kraft kontaktiert werden und einen reibungsarmen Federweg zurücklegen können. Besonders vorteilhaft sind hierbei Scheiben oder Platten aus Graphit, weil bei diesem Material keine Verschmelzungen durch hohe Ströme und Erwärmung auftreten können.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überspannungsableiters ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.
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Der insgesamt mit 1 bezeichnete Überspannungsableiter ist beispielsweise zwischen einem Phasenleiter L und einem Null- oder PE-Leiter eines elektrischen Netzes geschaltet. Er weist eine Funkenstrecke 2 auf, die aus zwei Elektroden 3, 4 und einem dazwischen liegenden ringförmigen Isolator 5 besteht. Die eine Elektrode 3 ist an die Anschlussleitung L angeschlossen. In Reihe dazu ist ein elektrisches Element geschaltet, welches aus einem Bauteil mit zwei Elektroden 4, 6 besteht, zwischen denen Bestandteile aus elektrisch leitfähigem Werkstoff angeordnet sind. Der die Bestandteile haltende Raum ist von einem temperaturfesten Gehäuse 7 aus Isolierstoff umgeben. Die in der Zeichnung untere Elektrode 6 ist gegen den Gehäuseboden federnd abgestützt. Durch die Feder 8 wird die Elektrode 6 nach oben gedrückt. Die Bestandteile zwischen den Elektroden 4, 6 sind durch mehrere parallel zu den plattenförmigen Elektroden 4, 6 ausgerichtete elektrisch leitfähige Scheiben 9 gebildet, im Ausführungsbeispiel acht solcher Scheiben, die gleiche Dicke aufweisen. Diese Scheiben 9 sind mittels der gefederten Elektrode 6 gegeneinander und gegen die Elektrode 4 angedrückt. Vorzugsweise bestehen die Scheiben 9 aus Graphit.
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Im normalen Schaltungszustand befinden sich sämtliche Bestandteile in der Position, die in der Zeichnung gezeigt ist. Die Ansprechspannung des Systems ist gering, da die Ansprechspannung nur durch die Funkenstrecke 2 beeinflusst ist. Die Platten 9 sind in diesem Falle elektrisch leitend, wie ein durchgehender Block aus Graphitscheiben. Im Fall eines Überspannungsereignisses drückt der Impulsstrom die Scheiben 9 auseinander und es bilden sich Funkenstrecken zwischen den Scheiben 9. Es erfolgt also dabei eine Verschiebung auch der unteren Elektrode 6 entgegen der Federkraft 8. Bedingt durch die Gegenspannungen der Lichtbögen zwischen den Scheiben 9 erfolgt eine hohe Dämpfung des Netzfolgestromes, so dass dieser erlischt.
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Für eine optimale Lichtbogenausbildung zwischen den Platten 9 sollten die Platten 9 nur mit einer relativ kleinen Federkraft kontaktiert werden und einen reibungsarmen Weg entgegen der Kraft der Feder 8 und unter der Wirkung der Kraft der Feder 8 zurücklegen können.
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Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
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Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19742302 A1 [0003]
- US 1159205 A [0004]
- US 2329085 A [0004]