DE102020001411A1 - Overvoltage protection circuit with failure indicator - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung (1) gegen Überspannung auf einer spannungsführenden elektrischen Leitung (10), wobei die elektrische Leitung (10) über eine Schutzdiode (3) mit einem Bezugspotenzial (P) verbunden ist. Nach der Erfindung ist elektrisch in Reihe mit der Schutzdiode (3) eine elektrische Sicherung (20) geschaltet, wobei elektrisch parallel zu der Sicherung (20) eine Ausfallanzeige (9) angeschlossen ist, die einen Ausfall der Schutzschaltung (1) anzeigt.The invention relates to a protective circuit (1) against overvoltage on a live electrical line (10), the electrical line (10) being connected to a reference potential (P) via a protective diode (3). According to the invention, an electrical fuse (20) is connected in series with the protective diode (3), a failure indicator (9) being connected electrically in parallel to the fuse (20), which indicates a failure of the protective circuit (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gegen Überspannung auf einer spannungsführenden elektrischen Leitung, wobei die elektrische Leitung über eine Schutzdiode mit einem Bezugspotenzial verbunden ist.The invention relates to a protective circuit against overvoltage on a live electrical line, the electrical line being connected to a reference potential via a protective diode.

Eine derartige Schutzschaltung gegen Überspannung ist an sich bekannt. So kann als Überspannungsschutzbauteil z. B. eine Trennfunkenstrecke vorgesehen sein, die die elektrische Leitung mit einem Bezugspotenzial verbindet. Die Trennfunkenstrecke zeigt einen zwischen Elektroden ausgebildeten Spalt, der mit Luft oder Gas gefüllt ist. Bei Auftreten einer Überspannung erfolgt zwischen den Elektroden ein Funkenüberschlag, um die Überspannung gegen das Bezugspotenzial, meist gegen Erdpotenzial, abzuleiten. Zur Ansteuerung der Trennfunkenstrecke kann in einem Parallelzweig zum Überspannungsschutzbauteil in Reihe ein Filter und eine erste Schutzdiode angeordnet werden. Tritt eine Überspannung auf, so wird im Parallelzweig am Filter ein Großteil der Überspannung abfallen, was zum Ansprechen des Überspannungsschutzbauteiles führt. Die Leitung wird über die Trennfunkenstrecke mit dem Erdpotenzial verbunden. Die Überspannung wird abgeleitet.Such a protective circuit against overvoltage is known per se. So can as a surge protection component z. B. an isolating spark gap can be provided which connects the electrical line to a reference potential. The spark gap shows a gap formed between electrodes which is filled with air or gas. If an overvoltage occurs, a sparkover occurs between the electrodes in order to divert the overvoltage against the reference potential, usually against earth potential. To control the spark gap, a filter and a first protective diode can be arranged in series in a parallel branch to the overvoltage protection component. If an overvoltage occurs, a large part of the overvoltage will drop in the parallel branch on the filter, which leads to the overvoltage protection component responding. The line is connected to the earth potential via the isolating spark gap. The overvoltage is diverted.

Einer in einer Schutzschaltung verbauten Trennfunkenstrecke kann optisch nicht angesehen werden, ob diese fehlerhaft ist. Liegt z. B. im Parallelzweig ein defektes Bauteil vor, erfolgt im Überspannungsfall keine Zündung des Überspannungsschutzbauteiles. Da optisch nicht erkannt werden kann, ob ein Überspannungsschutzbauteil oder dessen Ansteuerung fehlerbehaftet ist, muss zur Kontrolle das Überspannungsschutzbauteil und/oder die Schutzschaltung selbst regelmäßig ausgebaut und getestet werden.An isolating spark gap built into a protective circuit cannot optically determine whether it is defective. Is z. If, for example, there is a defective component in the parallel branch, the overvoltage protection component will not ignite in the event of an overvoltage. Since it cannot be visually recognized whether an overvoltage protection component or its control is faulty, the overvoltage protection component and / or the protective circuit itself must be regularly removed and tested for checking purposes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung gegen Überspannung auf einer spannungsführenden elektrischen Leitung anzugeben, bei der ohne Ausbau der elektrischen Bauteile eine Fehlfunktion der Schutzschaltung erkennbar ist.The invention is based on the object of specifying a protective circuit against overvoltage on a live electrical line, in which a malfunction of the protective circuit can be identified without removing the electrical components.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Schutzschaltung gegen Überspannung auf einer spannungsführenden elektrischen Leitung, die über eine Schutzdiode mit einem Bezugspotenzial verbunden ist, eine elektrisch in Reihe mit der Schutzdiode geschaltete elektrische Sicherung vorgesehen ist, zu der elektrisch parallel eine vorzugsweise elektronische Ausfallanzeige angeschlossen ist, die einen Ausfall der Schutzschaltung anzeigt. Die Sicherung ist zweckmäßig eine Schmelzsicherung.The object is achieved in that, in the case of a protective circuit against overvoltage on a live electrical line, which is connected to a reference potential via a protective diode, an electrical fuse is provided that is electrically connected in series with the protective diode, to which a preferably electronic failure indicator is connected electrically in parallel which indicates a failure of the protection circuit. The fuse is expediently a fuse.

Durch die in Reihe mit der Schutzdiode liegende Sicherung kann in einfacher Weise die bei Ansprechen der Sicherung an ihr abfallende Spannung ausgewertet werden. Ein Fehlerzustand bzw. ein Kurzschlusszustand der Schutzschaltung ist durch Auswertung der an der Sicherung abfallenden Spannung ohne besondere Maßnahmen insbesondere von außen erkennbar.With the fuse in series with the protective diode, the voltage dropping across it when the fuse is triggered can be evaluated in a simple manner. A fault condition or a short-circuit condition of the protective circuit can be identified by evaluating the voltage drop across the fuse without special measures, especially from the outside.

Die Sicherung begrenzt den in der Schutzschaltung fließenden Betriebsstrom auf einen vorgegebenen Wert. Insbesondere wird die Sicherung auf den maximalen Betriebsstrom der Schutzdiode ausgelegt. Da die Sicherung auf den maximal zulässigen Betriebsstrom ausgelegt ist, wird sie bei einem größeren Betriebsstrom ansprechen und den Strompfad trennen. Hat die Sicherung angesprochen, fällt an ihr eine Spannung ab, über die eine Ausfallanzeige für den Überspannungsschutz angesteuert ist.The fuse limits the operating current flowing in the protective circuit to a specified value. In particular, the fuse is designed for the maximum operating current of the protective diode. Since the fuse is designed for the maximum permissible operating current, it will respond to a higher operating current and disconnect the current path. If the fuse has tripped, a voltage drops across it, triggering a failure indicator for the overvoltage protection.

Vorteilhaft ist die elektrisch in Reihe mit der Sicherung liegende Schutzdiode eine erste Schutzdiode, wobei elektrisch parallel zur Sicherung eine zweite Schutzdiode angeschlossen ist. Die an der zweiten Schutzdiode abfallende Spannung ist der Ausfallanzeige zugeführt. Diese abfallende Spannung ist durch die Bauart der verwendeten Schutzdiode bestimmt. Bei intakter Sicherung ist die zweite Schutzdiode durch die Sicherung kurzgeschlossen. Spricht die Sicherung an und trennt den Strompfad der ersten Schutzdiode, wird an der zweiten Schutzdiode eine Spannung, z. B. die Sperrspannung abfallen. Diese an der zweiten Schutzdiode abfallende Spannung kann in einer Auswerteschaltung der Ausfallanzeige ausgewertet und zur Ansteuerung der Ausfallanzeige selbst genutzt werden.The protective diode electrically in series with the fuse is advantageously a first protective diode, with a second protective diode being connected electrically in parallel with the fuse. The voltage drop across the second protective diode is fed to the failure indicator. This drop in voltage is determined by the type of protective diode used. If the fuse is intact, the second protective diode is short-circuited by the fuse. If the fuse responds and disconnects the current path of the first protective diode, a voltage, z. B. the reverse voltage drop. This voltage drop across the second protective diode can be evaluated in an evaluation circuit of the failure display and used to control the failure display itself.

Von besonderem Vorteil ist, dass eine zerstörte Sicherung nicht nur im Überspannungsfall zu erkennen ist, sondern auch bei einer an der überwachten Leitung angelegten Versorgungsspannung von z. B. 12 Volt. Die Versorgungsspannung wird im Wesentlichen an der ersten Schutzdiode abfallen. An der ersten Schutzdiode wird immer ein Spannungsanteil abfallen, auch wenn die Sicherung die zweite Schutzdiode brückt. Wird die Sicherung durch einen zu hohen Betriebsstrom zerstört, wird zumindest ein Spannungsanteil der Versorgungsspannung an der zweiten Schutzdiode abfallen und kann als Ausfallanzeige genutzt werden.It is particularly advantageous that a destroyed fuse can be recognized not only in the event of an overvoltage, but also when a supply voltage of z. B. 12 volts. The supply voltage will essentially drop across the first protective diode. A voltage component will always drop across the first protective diode, even if the fuse bridges the second protective diode. If the fuse is destroyed by an operating current that is too high, at least a portion of the supply voltage on the second protective diode will drop and can be used as a failure indicator.

Zur Begrenzung des Betriebsstroms im Strompfad der Reihenschaltung aus Schutzdiode und Sicherung kann ein ohmscher Widerstand in der Reihenschaltung vorgesehen sein.In order to limit the operating current in the current path of the series circuit comprising protective diode and fuse, an ohmic resistor can be provided in the series circuit.

In Weiterbildung der Erfindung kann elektrisch parallel zur Reihenschaltung aus Schutzdiode und Sicherung ein Überspannungsschutzbauteil zwischen der Leitung und dem Bezugspotenzial angeordnet sein. Dadurch ergibt sich ein redundanter Aufbau der Schutzschaltung. Diese ist so ausgelegt, dass das Überspannungsschutzbauteil als erstes Bauteil bei Überspannung anspricht. Fällt das Überspannungsschutzbauteil aus oder spricht es nicht an, wird der Betriebsstrom in der elektrischen Reihenschaltung aus Sicherung und Schutzdiode ansteigen, bis die Sicherung anspricht und den Strompfad trennt.In a further development of the invention, an overvoltage protection component can be arranged between the line and the reference potential electrically in parallel to the series connection of protective diode and fuse. This results in a redundant structure of the protective circuit. This is designed so that the overvoltage protection component responds as the first component in the event of an overvoltage. If the overvoltage protection component fails or does not respond, the operating current in the electrical series connection of fuse and protective diode will increase until the fuse responds and disconnects the current path.

Vorteilhaft ist in Reihe mit der Reihenschaltung aus Schutzdiode und Sicherung eine Spule angeordnet. Das Ansprechverhalten der Schutzschaltung oder des Überspannungsschutzbauteils kann so verbessert werden. Insbesondere kann hierzu auch ein elektrisch in Reihe mit der Schutzdiode und der Sicherung liegender Filter vorgesehen sein. Ist in der Reihenschaltung aus erster Schutzdiode und Sicherung der Strom auf einen Wert größer als der zulässige Betriebsstrom angestiegen, kann davon ausgegangen werden, dass das Überspannungsschutzbauteil defekt ist mit der Folge, dass bei einer Überspannung das Überspannungsschutzbauteil nicht mehr sicher anspricht.A coil is advantageously arranged in series with the series connection of protective diode and fuse. The response behavior of the protective circuit or the overvoltage protection component can thus be improved. In particular, a filter which is electrically in series with the protective diode and the fuse can also be provided for this purpose. If the current in the series connection of the first protective diode and fuse has risen to a value greater than the permissible operating current, it can be assumed that the overvoltage protection component is defective, with the result that the overvoltage protection component no longer responds reliably in the event of an overvoltage.

Bevorzugt sind die Schutzschaltung und insbesondere das Überspannungsschutzbauteil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das insbesondere als Modulbauteil in Schaltschränken Verwendung findet. Die erfindungsgemäße Ausfallanzeige ist vorteilhaft in dem Bauraum des Modulgehäuses integriert. Die Schutzschaltung selbst und die Ausfallanzeige sind somit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die im Modulgehäuse angeordnete Ausfallanzeige ist so vorgesehen, dass die Außenabmessungen eines Modulgehäuses mit einem Überspannungsschutz ohne Ausfallanzeige nicht verändert werden.The protective circuit and in particular the overvoltage protection component are preferably arranged in a common housing, which is used in particular as a module component in switch cabinets. The failure indicator according to the invention is advantageously integrated in the installation space of the module housing. The protective circuit itself and the failure indicator are thus arranged in a common housing. The failure indicator arranged in the module housing is provided so that the external dimensions of a module housing with overvoltage protection without failure indicator are not changed.

Die Ausfallanzeige ist bevorzugt eine optische und/oder akustische, insbesondere eine lokale optische Anzeige. In einer einfachen Ausgestaltung kann die optische Anzeige eine LED sein, die zweckmäßig im Modulgehäuse angeordnet und von außerhalb des Modulgehäuses sichtbar ist.The failure display is preferably an optical and / or acoustic, in particular a local optical display. In a simple embodiment, the optical display can be an LED which is expediently arranged in the module housing and is visible from outside the module housing.

Die Ausfallanzeige kann auch als Fernanzeige ausgebildet sein. Hierzu ist die Auswerteschaltung mit einem Signalausgang versehen, auf welchem ein Ausgangssignal abgegeben wird.The failure display can also be designed as a remote display. For this purpose, the evaluation circuit is provided with a signal output on which an output signal is emitted.

Das Überspannungsschutzbauteil ist vorteilhaft eine Trennfunkenstrecke, eine Gasentladungsstrecke oder ein Varistor.The overvoltage protection component is advantageously an isolating spark gap, a gas discharge gap or a varistor.

Die in Reihe mit der Sicherung liegende Schutzdiode ist vorteilhaft eine Suppressordiode, zweckmäßig eine bidirektionale Suppressordiode, insbesondere eine Fail-Safe-Suppressordiode. Mit der Anordnung der Suppressordiode ist ein sicheres Bauelement gegen Überspannung gegeben, welches bei Anordnung eines Überspannungsschutzbauteils eine Redundanz der Schutzschaltung gewährleistet. Bei nicht ansprechendem Überspannungsschutzbauteil übernimmt die Suppressordiode die Schutzfunktion gegen Überspannung. Bei der Suppressordiode handelt es sich um ein spannungsbegrenzendes Bauelement, das bei Überlast in einen vorgegebenen Zustand übergeht. Ist die Suppressordiode eine Fail-Safe-Suppressordiode, kann sie bei Überlast hochohmig werden oder zu einem definierten Kurzschluss führen. (Fail Safe Charakteristik). Die an der Suppressordiode abfallende Spannung ist eine vorgegebene Fail Safe Spannung oder geht - bei Kurzschluss - gegen Null.The protective diode in series with the fuse is advantageously a suppressor diode, expediently a bidirectional suppressor diode, in particular a fail-safe suppressor diode. The arrangement of the suppressor diode provides a safe component against overvoltage, which ensures redundancy of the protective circuit when an overvoltage protection component is arranged. If the overvoltage protection component does not respond, the suppressor diode takes over the protective function against overvoltage. The suppressor diode is a voltage-limiting component that changes to a predetermined state in the event of an overload. If the suppressor diode is a fail-safe suppressor diode, it can become high-resistance in the event of an overload or lead to a defined short circuit. (Fail Safe characteristic). The voltage drop across the suppressor diode is a specified fail-safe voltage or - in the event of a short circuit - goes to zero.

In Weiterbildung der Erfindung ist die elektrisch parallel zur Sicherung liegende zweite Schutzdiode eine Suppressordiode, vorzugsweise eine bidirektionale Suppressordiode, insbesondere eine Fail-Safe-Suppressordiode ist. Es kann vorteilhalft sein, eine bidirektionale Suppressordiode einzusetzen.In a further development of the invention, the second protective diode, which is electrically parallel to the fuse, is a suppressor diode, preferably a bidirectional suppressor diode, in particular a fail-safe suppressor diode. It can be advantageous to use a bidirectional suppressor diode.

Die durch die Schutzschaltung mit einem Überspannungsschutz zu sichernde elektrische Leitung kann eine elektrische Versorgungsleitung (z. B. 230 Volt Netzversorgung), eine Datenleitung oder dergleichen elektrische Leitung mit z. B. 12 Volt sein.The electrical line to be secured by the protective circuit with overvoltage protection can be an electrical supply line (z. B. 230 volt mains supply), a data line or the like electrical line with z. B. be 12 volts.

In besonderer Weiterbildung der Erfindung sind in der elektrischen Reihenschaltung der ersten Schutzdiode zumindest zwei Sicherungen in Reihe vorgesehen. Die mit der ersten Schutzdiode in Reihenschaltung liegenden mindestens zwei Sicherungen sind mit unterschiedlichen Stromwerten ausgebildet. Zu jeder Sicherung ist elektrisch parallel jeweils eine zweite Schutzdiode geschaltet. Die an den zweiten Schutzdioden abfallenden Spannungen werden in einer insbesondere gemeinsamen Auswerteschaltung für eine Trendanzeige ausgewertet. Auf diese Weise kann ein erwarteter zukünftiger Ausfall der Schutzschaltung berechnet und angezeigt werden, so dass ein rechtzeitiger Austausch der Schutzschaltung möglich ist.In a special development of the invention, at least two fuses are provided in series in the electrical series connection of the first protective diode. The at least two fuses connected in series with the first protective diode are designed with different current values. A second protective diode is connected electrically in parallel to each fuse. The voltages dropped across the second protective diodes are evaluated in a particularly common evaluation circuit for a trend display. In this way, an expected future failure of the protective circuit can be calculated and displayed so that the protective circuit can be replaced in good time.

Vorteilhaft wird die Energie zum Betrieb der Ausfallanzeige und/oder der optischen und/oder der akustischen Anzeige an der zweiten Schutzdiode abgegriffen. Hierzu wird die an der zweiten Schutzdiode abfallende Spannung genutzt. Es kann zweckmäßig sein, die Spannung über einen Gleichrichter in eine Gleichspannung umzuwandeln und/oder zu stabilisieren. Eine zusätzliche Spannungsversorgung für die Auswerteschaltung wie für die Ausfallanzeige selbst ist nicht notwendig. Die Ausfallanzeige umfasst die Auswerteschaltung, die eine an der zweiten Schutzdiode abfallende Spannung auswertet.The energy for operating the failure display and / or the optical and / or acoustic display is advantageously tapped at the second protective diode. The voltage drop across the second protective diode is used for this purpose. It can be useful to convert the voltage into a direct voltage via a rectifier and / or to stabilize it. An additional power supply for the evaluation circuit as for the failure display itself is not necessary. The failure indicator includes the evaluation circuit that evaluates a voltage drop across the second protective diode.

Vorteilhaft ist die Ausfallanzeige als Haftrelais ausgebildet, welches elektrisch eine optische oder/oder akustische Anzeige schaltet. Das Haftrelais bleibt nach einer Ansteuerung stabil, so dass ein kurzer Stromimpuls ausreichend ist, das Haftrelais in seine Anzeigestellung umzuschalten.The failure indicator is advantageously designed as a latching relay, which electrically switches an optical and / or acoustic indicator. The latching relay remains stable after activation, so that a short current pulse is sufficient to switch the latching relay to its display position.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der einzelne Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schutzschaltung wiedergegeben sind. Es zeigen:

  • 1 in einer ersten Ausführungsform ein schematisches Schaltbild einer vereinfachten Schutzschaltung nach der Erfindung,
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild der Schutzschaltung nach der Erfindung,
  • 3 ein schematisches Blockschaltbild einer erweiterten Schutzschaltung nach der Erfindung.
Further features of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing, in which individual embodiments of the protective circuit according to the invention are reproduced. Show it:
  • 1 in a first embodiment a schematic circuit diagram of a simplified protective circuit according to the invention,
  • 2 a schematic block diagram of the protection circuit according to the invention,
  • 3 a schematic block diagram of an extended protection circuit according to the invention.

Die in 1 schematisch dargestellte Schutzschaltung 1 sichert eine elektrische Leitung 10 vor einer Überspannung Us, die durch Schaltvorgänge im Netz oder Blitzeinschläge auftreten können. Zum Schutz der elektrischen Leitung 10 ist eine Schutzdiode 3 vorgesehen, die die elektrische Leitung 10 mit einem Bezugspotenzial P, insbesondere mit Erdpotenzial verbindet. Die elektrische Leitung 10 kann zudem über ein Überspannungsschutzbauteil 2 mit dem Bezugspotenzial P verbunden sein. Das Überspannungsschutzbauteil 2 ist zweckmäßig als Trennfunkenstrecke 11 ausgebildet. Eine derartige Trennfunkenstrecke 11 kann z. B. durch einen Gasentladungsableiter gebildet sein. Auch kann das Überspannungsschutzbauteil 2 als von der Spannung abhängiger Widerstand in Form eines Varistors ausgebildet sein. Oberhalb einer bestimmten Schwellenspannung wird der differentielle Widerstand des Varistors abrupt kleiner.In the 1 Schematic protection circuit 1 secures an electrical line 10 against an overvoltage Us, which can occur due to switching processes in the network or lightning strikes. To protect the electrical line 10 is a protective diode 3 provided that the electrical line 10 with a reference potential P , in particular connects to earth potential. The electrical line 10 can also use an overvoltage protection component 2 with the reference potential P be connected. The surge protection component 2 is useful as an isolating spark gap 11 educated. Such an isolating spark gap 11 can e.g. B. be formed by a gas discharge arrester. The overvoltage protection component 2 be designed as a voltage-dependent resistor in the form of a varistor. Above a certain threshold voltage, the differential resistance of the varistor becomes abruptly smaller.

Die Schutzdiode 3 ist in Sperrrichtung geschaltet. Elektrisch in Reihe mit der Schutzdiode 3 ist eine Sicherung 20 geschaltet, die vorzugsweise als Schmelzsicherung ausgebildet ist. Auch andere Ausbildungen der Sicherung 20 können zweckmäßig sein.The protection diode 3 is switched in the reverse direction. Electrically in series with the protection diode 3 is a backup 20th switched, which is preferably designed as a fuse. Also other security training 20th can be useful.

Die Schutzdiode 3 ist insbesondere als Suppressordiode 14 ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine vorzugsweise Ausbildung der Suppressordiode als bidirektionale Suppressordiode gezeigt. Die Suppressordiode ist insbesondere eine Fail-Safe-Suppressordiode mit einer Fail Safe Spannung von 24 Volt.The protection diode 3 is particularly useful as a suppressor diode 14th educated. In the exemplary embodiment shown, the suppressor diode is preferably designed as a bidirectional suppressor diode. The suppressor diode is in particular a fail-safe suppressor diode with a fail-safe voltage of 24 volts.

In Reihe mit der Reihenschaltung aus Schutzdiode 3 und Sicherung 20 ist vorteilhaft ein ohmscher Widerstand 8 zur Strombegrenzung vorgesehen. In Verbindung mit einem Überspannungsschutzbauteil 2 kann es vorteilhaft sein, in Reihe mit der Reihenschaltung aus Schutzdiode 3 und Sicherung 20 eine Spule 5 vorzusehen, die insbesondere mit dem ohmschen Widerstand 8 ein RL-Glied 6 als Filter 4 bilden kann.In series with the series connection of protective diode 3 and fuse 20th an ohmic resistor is advantageous 8th intended for current limitation. In connection with an overvoltage protection component 2 it may be advantageous to use a protective diode in series with the series connection 3 and fuse 20th a coil 5 provide, in particular, with the ohmic resistance 8th an RL link 6th as a filter 4th can form.

Die Reihenschaltung aus der Schutzdiode 3 und der Sicherung 20, ggf. ergänzt mit dem in Reihe liegenden ohmschen Widerstand 8, und/oder der Spule 5 und/oder dem RL-Glied 6 bildet einen Parallelzweig 7 zu dem Überspannungsschutzbauteil 2.The series connection from the protective diode 3 and the backup 20th , possibly supplemented with the ohmic resistor in series 8th , and / or the coil 5 and / or the RL link 6th forms a parallel branch 7th to the overvoltage protection component 2 .

Bei Auftreten einer Überspannung Us wird im Parallelzweig 7 ein Betriebsstrom IB durch die erste Schutzdiode 3 auftreten und am Filter 4 ein Großteil der Überspannung abfallen, was zum Ansprechen des Überspannungsschutzbauteiles 2 führt. Die geschützte Leitung 10 wird über das z. B. als Trennfunkenstrecke 11 ausgebildete Überspannungsschutzbauteil 2 mit dem Erdpotenzial P verbunden. Die Überspannung wird gegen Erde abgeleitet.If an overvoltage Us occurs, in the parallel branch 7th an operating current I B through the first protective diode 3 occur and on the filter 4th a large part of the overvoltage drop, which causes the overvoltage protection component to respond 2 leads. The protected line 10 is about the z. B. . as an isolating spark gap 11 trained surge protection component 2 with the earth potential P connected. The overvoltage is diverted to earth.

Liegt eine Funktionsstörung, ein defektes Bauteil oder ein anderer elektrischer Fehler vor, ist der fehlerfreie Betrieb des Überspannungsschutzbauteils 2 nicht mehr gewährleistet. Nach der Erfindung ist im Parallelzweig 7 zum Überspannungsschutzbauteil 2 in Reihe mit der ersten Schutzdiode 3 die elektrische Sicherung 20 vorgesehen. Parallel zu der elektrischen Sicherung 20 ist vorteilhaft eine zweite Schutzdiode 21 angeschlossen.If there is a malfunction, a defective component or another electrical fault, the overvoltage protection component is operating correctly 2 no longer guaranteed. According to the invention is in the parallel branch 7th to the surge protection component 2 in series with the first protection diode 3 the electrical fuse 20th intended. In parallel with the electrical fuse 20th a second protective diode is advantageous 21st connected.

Die Sicherung 20 begrenzt den im Parallelkreis 7 fließenden Betriebsstrom IB auf einen vorgegebenen, zulässigen Wert, insbesondere auf den maximalen Betriebsstrom durch die erste Schutzdiode 3. Diese Begrenzung hat den Vorteil, dass die Sicherung 20 anspricht, bevor die Schutzdiode 3 geschädigt wird. Bei einem Fehler in der Schutzschaltung 1 kann im Parallelzweig 7 ein Strom fließen, der größer als der maximale Betriebsstrom IB ist. Ein zu großer Betriebsstrom IB ist ein Indiz für eine Fehlfunktion der Schutzschaltung 1 und/oder des Überspannungsschutzbauteiles 2, mit der Folge, dass bei einer Überspannung das Überspannungsschutzbauteil 2 nicht sicher anspricht. Da die Sicherung 20 auf den maximal zulässigen Betriebsstrom IB ausgelegt ist, wird bei einem zu großen Betriebsstrom IB die Sicherung 20 ansprechen und den Strompfad des Parallelzweiges 7 trennen. Hat die Sicherung 20 angesprochen, ist die zweite Schutzdiode 21 nicht mehr durch die Sicherung 20 kurzgeschlossen, so dass an der zweiten Schutzdiode 21 eine Spannung UD abfällt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spannung UD einer Auswerteschaltung 23 zugeführt, die als Ausfallanzeige 9 das Spannungssignal an der zweiten Schutzdiode 21 auswertet.The backup 20th limits the one in the parallel circle 7th flowing operating current I B to a predetermined, permissible value, in particular to the maximum operating current through the first protective diode 3 . This limitation has the advantage that the backup 20th responds before the protection diode 3 is harmed. In the event of a fault in the protective circuit 1 can in parallel branch 7th a current flow that is greater than the maximum operating current I B. Too high an operating current I B is an indication of a malfunction of the protective circuit 1 and / or the overvoltage protection component 2 , with the result that in the event of an overvoltage the overvoltage protection component 2 not sure to respond. Because the backup 20th to the maximum allowable operating current I B is arranged, in a large operating current I B the backup 20th address and the current path of the parallel branch 7th separate. Has the backup 20th addressed is the second protective diode 21st no longer through the backup 20th short-circuited so that on the second protective diode 21st a voltage U D drops. In the exemplary embodiment shown, the voltage U D is an evaluation circuit 23 fed as a failure indicator 9 the voltage signal at the second protection diode 21st evaluates.

Durch die im Parallelzweig 7 zum Überspannungsschutzbauteil 2 liegende Sicherung 20 kann in einfacher Weise durch Auswertung der an der Schutzdiode 21 abfallenden Spannung UD auf den Zustand des Überspannungsschutzbauteiles 2 und der Schutzschaltung 1 selbst geschlossen werden. Ein Fehlzustand des Überspannungsschutzbauteiles 2 ist ohne besondere Maßnahmen von außen erkennbar und/oder über eine Signalleitung 24 anzuzeigen.Through the in the parallel branch 7th to the surge protection component 2 horizontal fuse 20th can be done in a simple way by evaluating the on the protective diode 21st falling voltage U D on the state of the overvoltage protection component 2 and the protection circuit 1 even be closed. A fault condition of the overvoltage protection component 2 can be recognized from the outside without special measures and / or via a signal line 24 to display.

Die zweite Schutzdiode 21 ist insbesondere als Suppressordiode 22 ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine vorzugsweise Ausbildung der Suppressordiode 22 als bidirektionale Suppressordiode gezeigt. Die Suppressordiode 22 ist insbesondere eine Fail-Safe-Suppressordiode mit einer Fail Safe Spannung von 24 Volt.The second protection diode 21st is particularly useful as a suppressor diode 22nd educated. In the exemplary embodiment shown, the suppressor diode is preferably designed 22nd shown as a bidirectional suppressor diode. The suppressor diode 22nd is in particular a fail-safe suppressor diode with a fail-safe voltage of 24 volts.

Die an der in Sperrrichtung geschalteten Schutzdiode 21 abfallende Spannung UD stellt die notwendige elektrische Energie zum Betrieb der Auswerteschaltung 23 zur Verfügung. Die Auswerteschaltung 23 steuert die Ausfallanzeige 9 an, die im Ausführungsbeispiel nach 1 als lokale optische Anzeige, insbesondere als LED 12 ausgebildet ist.The protection diode connected in the reverse direction 21st the falling voltage U D provides the electrical energy required to operate the evaluation circuit 23 to disposal. The evaluation circuit 23 controls the failure indicator 9 on, which in the embodiment according to 1 as a local optical display, especially as an LED 12 is trained.

Die Auswerteschaltung 23 kann alternativ oder zusätzlich einen Signalausgang 24 für eine Fernanzeige des Zustandssignals A aufweisen.The evaluation circuit 23 can alternatively or additionally have a signal output 24 for a remote display of the status signal A. exhibit.

Vorteilhaft wird mit der an der zweiten Schutzdiode 20 abfallenden Spannung UD über einen Gleichrichter und einen Glättungskondensator ein Haftrelais 13 mit z. B. einem Schließkontakt angesteuert. Der Ausgang des Haftrelais 13 kann eine optische Anzeige, insbesondere eine LED 12 schalten.It is advantageous to use the one on the second protective diode 20th falling voltage U D via a rectifier and a smoothing capacitor a latching relay 13 with z. B. controlled a closing contact. The output of the latching relay 13 can be a visual display, in particular an LED 12 switch.

Von besonderem Vorteil ist, dass eine zerstörte Sicherung 20 nicht nur bei Auftreten einer Überspannung zu erkennen ist, sondern auch bei einer an der überwachten Leitung 10 angelegten Versorgungsspannung. Da das Überspannungsschutzbauteil 2 elektrisch offen ist, wird eine auf der Leitung 10 anstehende Versorgungsspannung im Wesentlichen an der ersten Schutzdiode 3 abfallen. Bei einer Wechselspannung fällt der wesentliche Spannungsanteil z. B. an dem Filter 4 ab. Unabhängig davon wird an der ersten Schutzdiode 3 eine Teilspannung abfallen unabhängig davon, ob die Sicherung 20 angesprochen hat oder nicht. Hat die Sicherung 20 angesprochen, ist die zweite Schutzdiode 21 nicht mehr kurzgeschlossen, so dass an der zweiten Schutzdiode 21 ebenfalls eine Teilspannung abfällt. Die an der zweiten Schutzdiode 21 abfallende Spannung UD liegt sowohl bei an der Leitung 10 anliegender Versorgungsspannung als auch bei Überspannung an. Die an der zweiten Schutzdiode 20 abfallende Spannung UD wird zur Ausfallanzeige genutzt.It is of particular advantage that a destroyed fuse 20th can be detected not only when an overvoltage occurs, but also when there is one on the monitored line 10 applied supply voltage. As the surge protection component 2 is electrically open, one will be on the line 10 pending supply voltage mainly at the first protective diode 3 fall off. In the case of an alternating voltage, the essential voltage component falls e.g. B. on the filter 4th from. Regardless of this, the first protective diode 3 a partial voltage drop regardless of whether the fuse 20th addressed or not. Has the backup 20th addressed is the second protective diode 21st no longer short-circuited, so that on the second protective diode 21st a partial voltage also drops. The one on the second protection diode 21st falling voltage U D is both on the line 10 applied supply voltage as well as in case of overvoltage. The one on the second protection diode 20th falling voltage U D is used to indicate failure.

Wie insbesondere 1 zeigt, ist die Schutzschaltung 1 insbesondere zusammen mit dem Überspannungsschutzbauteil 2 in einem Modulgehäuse 15 angeordnet. Ein derartiges Modulgehäuse 15 kann als Steckbauteil für Schaltschränke und dergleichen ausgebildet sein. Nach der Erfindung ist vorgesehen, die erfindungsgemäße Ausfallanzeige 9 in dem Modulgehäuse 15 des Überspannungsschutzbauteiles 2 anzuordnen, insbesondere ohne Veränderung der Außenabmessungen des Modulgehäuses 15. Als optische Ausfallanzeige ist eine LED 12 vorteilhaft.How in particular 1 shows is the protection circuit 1 especially together with the overvoltage protection component 2 in a module housing 15th arranged. Such a module housing 15th can be designed as a plug-in component for switch cabinets and the like. According to the invention, the failure indicator according to the invention is provided 9 in the module housing 15th of the overvoltage protection component 2 to be arranged, in particular without changing the external dimensions of the module housing 15th . An LED is used as an optical failure indicator 12 advantageous.

Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Schutzschaltung 1 ist in 2 als Blockschaltbild dargestellt. Am Eingang E des Überspannungsschutzbauteiles 2 ist die zu schützende Leitung 10 anzuschließen, am Ausgang das Erdpotenzial P. Der Parallelzweig 7 ist gebildet aus der Reihenschaltung eines Filters 4 mit der ersten Schutzdiode 3 und der in Reihe liegenden Sicherung 20, die den Parallelzweig 7 mit dem Erdpotenzial P verbindet. Elektrisch parallel zur Sicherung 20 ist die insbesondere als Suppressordiode 22 ausgebildete zweite Schutzdiode 21 angeordnet. Die an der zweiten Schutzdiode 21 abfallende Spannung ist der Auswerteschaltung 23 zugeführt, welche über einen Signalausgang 24 ein Zustandssignal A zur Fehleranzeige ausgibt.The basic principle of the protective circuit according to the invention 1 is in 2 shown as a block diagram. At the entrance E. of the overvoltage protection component 2 is the line to be protected 10 to be connected, the earth potential at the output P . The parallel branch 7th is formed from the series connection of a filter 4th with the first protection diode 3 and the fuse in series 20th that have the parallel branch 7th with the earth potential P connects. Electrically parallel to the fuse 20th is the particular as a suppressor diode 22nd trained second protection diode 21st arranged. The one on the second protection diode 21st falling voltage is the evaluation circuit 23 fed, which via a signal output 24 a status signal A. outputs for error display.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit können - wie das Blockschaltbild in 3 zeigt - im Parallelkreis 7 mehrere Sicherungen 20a, 20b und 20c in Reihe angeordnet werden, wobei die Sicherungen 20a, 20b und 20c unterschiedliche Werte der Strombegrenzung haben. Vorteilhaft haben die Sicherungen 20a, 20b und 20c steigende Stromwerte; so kann die erste Sicherung 20a eine Strombegrenzung von z. B. 80% des Betriebsstroms IB haben, die zweite Sicherung 20b eine Strombegrenzung von z. B. 100% des Betriebsstroms IB haben und die dritte Sicherung 20b eine Strombegrenzung von z. B. 120% des Betriebsstroms IB haben. Zu jeder Sicherung 20a, 20b und 20c ist jeweils eine Schutzdiode 21a, 21b und 21c parallel geschaltet, wobei an einer Schutzdiode 21a, 21b und 21c nur dann eine Spannung UD abfällt, wenn die ihr zugeordnete Sicherung 20a, 20b oder 20c anspricht, d. h. den Strompfad trennt. Jeder Schutzdiode 21a, 21b und 21c ist eine Auswerteschaltung 23a, 23b, 23c zugeordnet, wobei die erste Auswerteschaltung 23a ein Ausgangssignal A, die zweite Auswerteschaltung 23b ein Ausgangssignal B und die dritte Auswerteschaltung 23c ein Ausgangssignal C abgibt. Eine derartige Kaskadenschaltung lässt auch Trendanzeigen zu, da z. B. eine zum Ausfall neigende erste Schutzdiode 3 bzw. Suppressordiode 14 einen anwachsenden Betriebsstrom IB zeigt. Ein zukünftig zu erwartender Ausfall eines Überspannungsschutzbauteiles 2 kann mit hoher Verlässlichkeit angezeigt werden.In order to increase operational reliability - as the block diagram in 3 shows - in a parallel circle 7th multiple backups 20a , 20b and 20c be arranged in series with the fuses 20a , 20b and 20c have different values of the current limit. The fuses are advantageous 20a , 20b and 20c increasing current values; so can the first backup 20a a current limit of z. B. 80% of the operating current I B have the second fuse 20b a current limit of z. B. 100% of the operating current I B and the third fuse 20b a current limit of z. B. 120% of the operating current I B have. For every backup 20a , 20b and 20c is a protective diode each 21a , 21b and 21c connected in parallel, with a protective diode 21a , 21b and 21c a voltage U D only drops when the fuse assigned to it 20a , 20b or 20c responds, ie disconnects the current path. Any protection diode 21a , 21b and 21c is an evaluation circuit 23a , 23b , 23c assigned, the first evaluation circuit 23a an output signal A. , the second evaluation circuit 23b an output signal B. and the third evaluation circuit 23c an output signal C. gives. Such a cascade connection also allows trend displays, since z. B. a prone to failure first protective diode 3 or suppressor diode 14th shows an increasing operating current I B. A failure of an overvoltage protection component to be expected in the future 2 can be displayed with high reliability.

Claims (20)

Schutzschaltung (1) gegen Überspannung auf einer spannungsführenden elektrischen Leitung (10), wobei die elektrische Leitung (10) über eine Schutzdiode (3) mit einem Bezugspotenzial (P) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch in Reihe mit der Schutzdiode (3) eine elektrische Sicherung (20) geschaltet ist, und elektrisch parallel zu der Sicherung (20) eine Ausfallanzeige (9) angeschlossen ist, die einen Ausfall der Schutzschaltung (1) anzeigt.Protection circuit (1) against overvoltage on a live electrical line (10), the electrical line (10) having a Protective diode (3) is connected to a reference potential (P), characterized in that an electrical fuse (20) is connected electrically in series with the protective diode (3), and a failure indicator (9) is connected electrically in parallel with the fuse (20) which indicates a failure of the protective circuit (1). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherung (20) den durch die Schutzdiode (3) fließenden Betriebsstrom (IB) auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the fuse (20) limits the operating current (IB) flowing through the protective diode (3) to a predetermined value. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherung (20) auf den maximalen Betriebsstrom (IB) der Schutzdiode (3) ausgelegt ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the fuse (20) is designed for the maximum operating current (I B ) of the protective diode (3). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallanzeige (9) eine Auswerteschaltung (23) umfasst, und die Auswerteschaltung (23) eine an der Sicherung (20) abfallende Spannung (UD) auswertet.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the failure indicator (9) comprises an evaluation circuit (23), and the evaluation circuit (23) evaluates a voltage (U D ) dropping across the fuse (20). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch in Reihe mit der Sicherung (20) liegende Schutzdiode (3) eine erste Schutzdiode (3) bildet, und elektrisch parallel zu der Sicherung (20) eine zweite Schutzdiode (21) angeschlossen ist, und die an der zweiten Schutzdiode (21) abfallende Spannung (UD) der Ausfallanzeige (9) zugeführt ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the protective diode (3) electrically in series with the fuse (20) forms a first protective diode (3), and a second protective diode (21) is connected electrically in parallel with the fuse (20), and the protective diode (21) is connected to the second protective diode (21) falling voltage (U D ) of the failure indicator (9) is supplied. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch in Reihe mit der Reihenschaltung aus Schutzdiode (3) und Sicherung (20) ein ohmscher Widerstand (8) angeordnet ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that an ohmic resistor (8) is arranged electrically in series with the series connection of protective diode (3) and fuse (20). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch parallel zu der Reihenschaltung aus Schutzdiode (3) und Sicherung (20) ein Überspannungsschutzbauteil (2) angeordnet ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that an overvoltage protection component (2) is arranged electrically in parallel with the series connection of protective diode (3) and fuse (20). Schutzschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch in Reihe mit der Reihenschaltung aus Schutzdiode (3) und Sicherung (20) eine Spule (5) angeordnet ist.Protection circuit after Claim 7 , characterized in that a coil (5) is arranged electrically in series with the series connection of protective diode (3) and fuse (20). Schutzschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch in Reihe mit der Reihenschaltung aus Schutzdiode (3) und Sicherung (20) ein Filter (4) angeordnet ist.Protection circuit after Claim 7 or 8th , characterized in that a filter (4) is arranged electrically in series with the series connection of protective diode (3) and fuse (20). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (1) in einem Modulgehäuse (15) angeordnet ist und die Ausfallanzeige (9) im Bauraum des Modulgehäuses (15) aufgenommen ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the protective circuit (1) is arranged in a module housing (15) and the failure indicator (9) is accommodated in the installation space of the module housing (15). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallanzeige (9) eine lokale optische Anzeige, insbesondere eine LED (12) ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the failure display (9) is a local optical display, in particular an LED (12). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallanzeige (9) als Fernanzeige ausgebildet ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the failure display (9) is designed as a remote display. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überspannungsschutzbauteil (2) eine Trennfunkenstrecke (11), eine Gasentladungsstrecke oder ein Varistor ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the overvoltage protection component (2) is an isolating spark gap (11), a gas discharge gap or a varistor. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Reihe mit der Sicherung (20) liegende Schutzdiode (3) eine Suppressordiode (14), vorzugsweise eine bidirektionale Suppressordiode, insbesondere eine Fail-Safe-Suppressordiode ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the protective diode (3) lying in series with the fuse (20) is a suppressor diode (14), preferably a bidirectional suppressor diode, in particular a fail-safe suppressor diode. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zur Sicherung (20) liegende zweite Schutzdiode (21) eine Suppressordiode (22), vorzugsweise eine bidirektionale Suppressordiode, insbesondere eine Fail-Safe-Suppressordiode ist.Protection circuit after Claim 5 , characterized in that the second protective diode (21) lying parallel to the fuse (20) is a suppressor diode (22), preferably a bidirectional suppressor diode, in particular a fail-safe suppressor diode. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (10) eine Datenleitung ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the electrical line (10) is a data line. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugspotenzial (P) das Erdpotenzial ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the reference potential (P) is the earth potential. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe mit der ersten Schutzdiode (3) eine Reihenschaltung von mindestens zwei Sicherungen (20a, 20b, 20c) mit unterschiedlichen Stromwerten liegt, dass jeder Sicherung eine zweite Schutzdiode (21a, 21b, 21c) elektrisch parallel geschaltet ist, und dass die an der zweiten Schutzdiode (21a, 21b, 21c) abfallenden Spannungen in einer Auswerteschaltung (23) der Ausfallanzeige (9) für eine Trendanzeige ausgewertet werden.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that in series with the first protective diode (3) there is a series connection of at least two fuses (20a, 20b, 20c) with different current values, that a second protective diode (21a, 21b, 21c) is electrically connected in parallel to each fuse, and that the voltages dropping across the second protective diode (21a, 21b, 21c) are evaluated in an evaluation circuit (23) of the failure display (9) for a trend display. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie zum Betrieb der Ausfallanzeige (9) über die an der zweiten Schutzdiode (21) abfallende Spannung (UD) abgegriffen ist.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the energy for operating the failure indicator (9) is tapped via the voltage (U D ) dropping across the second protective diode (21). Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfallanzeige (9) ein Haftrelais (13) umfasst, welches elektrisch eine optische oder akustische Anzeige schaltet.Protection circuit after Claim 1 , characterized in that the failure indicator (9) comprises a latching relay (13) which electrically switches an optical or acoustic indicator.
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