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Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung für elektrische Endgeräte, welche neben einer mindestens einphasigen Netzanbindung über mindestens einen Steuersignalanschluss verfügen, wobei über den Steuersignalanschluss eine Änderung des Betriebszustands des jeweiligen Endgeräts vorgebbar ist.
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Aus der
DE 20 2011 051 074 U1 ist eine Überspannungsableiteranordnung für Endgeräte vorbekannt, wobei dort konkret auf LED-Leuchten in Straßenbeleuchtungen Bezug genommen wird. Demnach werden nach der
DE 20 2011 051 074 U1 Überspannungsableiter eingesetzt, um LED-Leuchten für die Straßenbeleuchtung vor Spannungsspitzen aus dem Straßenbeleuchtungsnetz, die z. B. durch Vorschaltgeräte entstehen, zu schützen. Bei derartigen bekannten Überspannungsableitern dient eine elektrische Funktionseinheit der Ableitung einer Überspannung, beispielsweise an einen Nullleiter. Da die Überspannungsableiter bei Wartungsarbeiten abgeklemmt werden müssen, ist der Einbau in einen Leuchtenkopf nicht zweckmäßig und insofern der Einbau in einen Sicherungskasten zu bevorzugen, wie es die
DE 20 2011 051 074 U1 zeigt. Der dortige Überspannungsableiter weist eine Isolierkomponente auf, durch welche die eigentliche Funktionseinheit zum Überspannungsschutz zumindest abschnittsweise elektrisch isoliert ist. Der Überspannungsableiter selbst ist vollständig innerhalb bestückter Straßenbeleuchtungs-Sicherungskästen anordenbar dimensioniert.
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Die vorerwähnte Isolierkomponente soll bei einer Ausführungsform die Funktionseinheit des Überspannungsableiters vollständig elektrisch isolieren und gleichzeitig mechanisch stabilisieren. Gemäß einer dortigen vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Funktionseinheit zumindest teilweise in ein isolierendes Material eingegossen. Diesbezüglich wird auf einen Kunststoff, insbesondere ein Kunstharz verwiesen. Auch wird die endgültige Form des Überspannungsableiters durch die Gussform bestimmt. Dabei soll die endgültige Form des Überspannungsableiters an die Gegebenheiten in einem speziellen Typ von Sicherungskästen angepasst werden. Zur Zustandssignalisierung des Überspannungsableiters kommt ein Marker, insbesondere ein Folienmarker zum Einsatz, der dem Benutzer eine Temperaturüberschreitung und damit eine Zerstörung des Überspannungsableiters visuell darstellt. Verwiesen wird insofern auf einen Marker, der bei Temperaturüberschreitung die Farbe ändert, oder einen Marker, der bei Temperaturüberschreitung eine Änderung der Reflexionseigenschaften aufweist. Zum Erkennen des Zustands des Überspannungsableiters ist dafür Sorge getragen, den Marker in direkten thermischen Kontakt mit einem Varistor zu bringen.
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Aus der Veröffentlichung OBO-Bettermann, Lightning and surge protection for LED lighting, 08/2014, ist es bekannt, eine kompakte Überspannungsschutz-Baugruppe in einen Sicherungsanschlusskasten innerhalb eines Straßenbeleuchtungsmastes zu integrieren. Ein mehrstufiger Schutz von LED-Straßenbeleuchtungen wird dadurch bewirkt, dass im Lampenkopf vor dem LED-Treiber ein Typ 2-Ableiter befindlich ist. Im Anschlussbereich innerhalb des Mastes befindet sich dann ein Kombinationsabteiler vom Typ 1 und 2. In Verteilerkästen können weitere Ableiter vom Typ 1 und 2 vorgesehen sein. Mit einer solchen mehrstufigen Überspannungsschutzeinrichtung sollen Schäden an den eigentlichen Leuchtmitteln, d. h. den LEDs, aber auch an den Treiberschaltungen vermieden werden. Weiterhin weisen die in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung gezeigten Überspannungsschutzableiter eine Anzeigeeinheit in Form einer lichtemittierenden Diode auf, die einen ordnungsgemäßen Funktionszustand signalisiert.
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Zum Stand der Technik sei noch auf festverdrahtete Überspannungsschutzgeräte bevorzugt zum Schutz von einphasig versorgten Endgeräten, beispielsweise auf den Überspannungsschutz vom Typ MLPC1-230L-V der Citel Electronics GmbH aufmerksam gemacht. Der dort gezeigte Überspannungsschutz ist auch für Endstromkreise einer LED-Beleuchtung geeignet.
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Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, eine neuentwickelte Überspannungsschutzeinrichtung für elektrische Endgeräte anzugeben, wobei es hier um Endgeräte geht, die neben einer mindestens einphasigen Netzanbindung auch noch einen Steuersignalanschluss aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass ein Überspannungsschutz ausschließlich im Bereich der Netzanbindung unzureichend ist, da unzulässige Spannungsbelastungen auch über eine Steuerleitung eingekoppelt bzw. eingetragen werden können, mit der Folge einer Einschränkung der Funktionsfähigkeit eines entsprechenden Endgeräts bis hin zur vollständigen Zerstörung desselben.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
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Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung für elektrische Endgeräte, die neben einer mindestens einphasigen Netzanbindung über mindestens einen Steuersignalanschluss verfügen, wobei über den Steuersignalanschluss eine Änderung des Betriebszustands des jeweiligen Endgeräts vorgebbar ist, wird so realisiert, dass zunächst eine Anordnung von Überspannungsableitern, insbesondere Varistoren, vorgesehen ist, denen jeweils eine thermische Abtrennvorrichtung und eine optische Funktionsanzeige zugeordnet wird. Die thermische Abtrennvorrichtung ist so ausgebildet, dass bei einer Überlastung des jeweils eingesetzten Überspannungsableiters, insbesondere Varistors, eine elektrische Trennung im Sinne des Auslösens einer Sicherung erfolgt.
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Weiterhin ist mindestens ein Gasableiter vorhanden, der zwischen der Netzanbindung und einem Schutzleiter geschaltet ist. Weiterhin ist ein erster Varistor mit thermischer Abtrennvorrichtung zwischen der Netzanbindung und einem Neutralleiter und ein zweiter Varistor mit thermischer Abtrennvorrichtung zwischen dem Steuersignalanschluss und dem Neutralleiter angeordnet. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung in unmittelbarer Nähe des elektrischen Endgeräts, insbesondere in einem Anschlusskasten desselben ausgebildet.
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Die Überspannungsschutzeinrichtung, welche sich bevorzugt innerhalb eines elektrisch leitfähigen Objekts, insbesondere in einem Mast befindet, ist ausgestaltend so weitergebildet, dass bei einer Speisung aus einem TNS-Netz mit getrenntem Neutralleiter und Schutzleiter zwischen dem Schutzleiter und dem leitfähigen Objekt eine elektrische Verbindung hergestellt ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Überspannungsschutzeinrichtung innerhalb eines elektrisch leitfähigen Objekts, insbesondere in einem Mast befindlich, wobei bei einer Speisung aus einem TNC-Netz mit einem PEN-Leiter, der gleichzeitig Schutzleiter und Neutralleiter ist, der Gasableiter zwischen der Netzanbindung und dem leitfähigen Objekt geschaltet ist.
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Bei einer diesbezüglich dritten Ausführungsform mit einer Überspannungsschutzeinrichtung innerhalb eines elektrischen leitfähigen Objekts, insbesondere einem Mast, und bei einer Speisung aus einem TT-Netz ist der Gasableiter zwischen der Netzanbindung und dem leitfähigen Objekt geschaltet, welches geerdet ist.
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Mit den vorstehenden Maßnahmen wird auch bei Netzausläufern und schlechten Erdungsverhältnissen sichergestellt, dass keine Berührungsspannungsprobleme auftreten und somit die erforderliche Personensicherheit gewährleistet ist.
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Die jeweilige optische Funktionsanzeige weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Reihenschaltung eines ersten Widerstands und einer lichtemittierenden Diode auf, wobei diese Reihenschaltung parallel zur thermischen Abtrennvorrichtung angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Reihenschaltung einen zweiten Widerstand, welcher mit dem Neutralleiter in Verbindung steht.
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Die Überspannungsschutzeinrichtung gemäß der Erfindung ist auswechselbar ausgebildet. Das heißt, bei einer Zerstörung der Einrichtung infolge eines Überspannungsereignisses kann diese im Bedarfsfall ausgetauscht und durch eine funktionstüchtige Einrichtung ersetzt werden.
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Zum Zweck des schnellen Auswechselns weist die Überspannungsschutzeinrichtung Anschlusskabel zum lösbaren Verbinden mit an sich bekannten Klemmen auf, wobei diese Anschlusskabel an einer Vorzugsseite eines Gehäuses herausgeführt sind, wobei das Gehäuse alle relevanten elektrischen Komponenten der Überspannungsschutzeinrichtung isolierend umschließt.
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Zusätzlich kann die Überspannungsschutzeinrichtung über eine integrierte Überstromsicherung im Netzanbindungspfad verfügen.
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Die optischen Funktionsanzeigen sind so ausgebildet, dass diese für eine separate Signalisierung von Überspannungsereignissen der Netzanbindung oder des Steuersignalanschlusses geeignet sind.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 ein Schaltbild der Überspannungsschutzeinrichtung für Endgeräte mit einphasiger Niederspannungs-Netzanbindung;
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2 eine Realisierungsform der Überspannungsschutzeinrichtung mit den erforderlichen elektronischen Komponenten, die sich auf einer Leiterplatte befinden, nebst Anschlussdrähten;
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3 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 2, jedoch mit einem isolierenden Gehäuse und den an einer Vorzugsseite des Gehäuses herausgeführten Anschlusskabeln;
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4 eine prinzipielle Möglichkeit der Anordnung der Überspannungsschutzeinrichtung in einem an sich bekannten, genormten Anschlusskasten;
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5 ein Blockschaltbild der Anordnung der Überspannungsschutzeinrichtung in oder an einem leitfähigen Objekt, insbesondere einem Mast, mit angedeuteter elektrischer Verbindung zum nicht näher dargestellten Verbraucher nebst niederspannungsseitiger Anbindung in einem TNS-Netz mit vier Anschlüssen einschließlich Steuerleitung Lst und einer Erdverbindung zwischen dem PE-Anschluss der Überspannungsschutzeinrichtung und dem Mast;
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6 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 5, jedoch für ein TNC-Netz mit einem PEN-Leiter, der gleichzeitig Schutzleiter PE und Neutralleiter N ist, wiederum mit einer Erdverbindung zwischen der Überspannungsschutzeinrichtung und einem Mast als beispielhaften elektrisch leitfähigen Objekt und
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7 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach den 5 und 6, jedoch in einer Verschaltung bei einem TT-Netz und einer Erdverbindung des leitfähigen Objekts.
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Die Überspannungsschutzeinrichtung gemäß dem Schaltbild nach 1 geht von einer einphasigen Niederspannungs-Netzanbindung L aus. Der Anschluss L' führt zum Verbraucher, beispielsweise zu einer Mobilfunkstation, einer Leuchtmittelanordnung in einer Straßenbeleuchtung oder dergleichen. Ein weiterer Eingang Lsteu stellt einen Steuereingang zum beispielsweisen Ein- und Ausschalten einer Straßenbeleuchtung dar.
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Mit N ist der Neutralleiter- und PE der Schutzleitereingang bezeichnet. An der Netzanbindung L, geschaltet zwischen L und N, liegt ein Überspannungsableiter, ausgebildet als Varistor V an, der über eine thermische Abtrennvorrichtung ATV verfügt. Die thermische Abtrennvorrichtung wird bei einer Überlast geöffnet, wobei diese Überlast zu einer solchen Erwärmung des Varistors V führt, dass z. B. eine stoffschlüssige Verbindung, d. h. ein Lot schmilzt und ein entsprechend federbelasteter Bügel von einer geschlossenen in eine offene, d. h. Abtrennposition gelangt (nicht gezeigt).
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Parallel zur thermischen Abtrennvorrichtung ATV befindet sich eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R1 und einer lichtemittierenden Diode D. Diese Reihenschaltung umfasst weiterhin einen Widerstand R2, der am Neutralleiter N angeschlossen ist. Der lichtemittierenden Diode D ist eine weitere Diode DAP antiparallel geschalten.
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Eine vergleichbare Anordnung findet sich zum Schutz des Steuersignalanschlusses Lsteu. Weiterhin ist zwischen N und PE ein Gasableiter G vorhanden.
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Durch die Anzeigeeinrichtungen mit Hilfe der LEDs D im Schutzkreis der Netzanbindung LL' und im Schutzkreis des Steuersignalanschlusses Lsteu bzw. Lst sind Fehlerzustände und Überspannungsereignisse getrennt signalisierbar.
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Wie die 2 zeigt, sind alle relevanten elektrischen Komponenten der Überspannungsschutzeinrichtung gemäß Schaltbild nach 1 auf einer Leiterplatte LP angeordnet. Insbesondere umfasst die Leiterplatte LP die Varistoren V mit entsprechend integrierter thermischer Abtrennvorrichtung ATV, die lichtemittierenden Dioden D sowie den Gasableiter G und die entsprechenden Widerstände R1 und R2. Darüber hinaus sind von der Leiterplatte die entsprechenden Anschlüsse in Form von Anschlusskabeln AK geführt.
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Die entsprechend vorgefertigte Baugruppe gemäß 3 ist von einem kompakten Gehäuse KG umgeben, wobei das Gehäuse KG Öffnungen oder Durchbrüche DB aufweist, so dass die entsprechenden Zustände der lichtemittierenden Dioden D erkennbar sind.
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Eine beispielhafte Anordnung einer kompakt ausgebildeten Überspannungsschutzeinrichtung KÜG innerhalb eines Anschlusskastens HAK zeigt die 4, wobei im Anschlusskasten HAK noch an sich bekannte Schraubsicherungen Si untergebracht sein können.
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Mit Hilfe der Anschlusskabel AK besteht die Möglichkeit, die entsprechend abisolierten Enden dieser Anschlusskabel AK in bekannte Federklemmen in einfacher Weise einzustecken, um die gewünschten elektrischen Verbindungen herzustellen
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Die 5 und 6 zeigen prinzipielle Möglichkeiten des elektrischen Anschlusses der Überspannungsschutzeinrichtung KÜG mit den dort enthaltenen Überspannungsschutzmitteln SPD, welche im jeweiligen Blockschaltbild nur symbolisch und ohne die optische Funktionsanzeige dargestellt wurden.
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Gemäß 5 wird bei einer Anwendung in einem TNS-Netz zwischen dem PE-Anschluss und der Überspannungsschutzeinrichtung KÜG noch eine Mastverbindung hergestellt.
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Bei einem TNC-Netz gemäß 6 mit kombiniertem Schutz- und Neutralleiter PEN liegt quasi eine Auftrennung vor. Die Ausgangsseite des Gasableiters G innerhalb der Überspannungsschutzeinrichtung KÜG bildet einen Potentialausgleich PA durch eine entsprechende Verbindung zum elektrisch leitfähigen Mast.
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Bei einer Anordnung der Überspannungsschutzeinrichtung KÜG in einem TT-Netz wird von einer Masterdung ausgegangen, wobei der PE-Anschluss der Überspannungsschutzeinrichtung KÜG mit dem elektrisch leitfähigen Mast in Verbindung steht, wie dies auch bei der Ausführung für ein TNC-Netz nach 6 der Fall ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011051074 U1 [0002, 0002, 0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Veröffentlichung OBO-Bettermann, Lightning and surge protection for LED lighting, 08/2014 [0004]
