DE102021102819A1

DE102021102819A1 - Surge protection device

Info

Publication number: DE102021102819A1
Application number: DE102021102819.1A
Authority: DE
Inventors: Hannes Sagebiel
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Schutz vor einer Überspannung zwischen einem ersten Anschluss (102) und einem zweiten Anschluss (104) ist beschrieben. Die Vorrichtung (100) umfasst eine Funkenstrecke (106) zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode. Die erste Elektrode der Funkenstrecke (106) ist mit dem ersten Anschluss (102) elektrisch verbunden. Die Vorrichtung (100) umfasst ferner einen Varistor (108), der zumindest in einem ersten Zustand der Vorrichtung (100) zwischen die zweite Elektrode der Funkenstrecke (106) und den zweiten Anschluss (104) geschaltet ist. Ein Schalter (110) der Vorrichtung (100) verbindet in einem vom ersten Zustand verschiedenen zweiten Zustand der Vorrichtung (100) die zweite Elektrode der Funkenstrecke (106) elektrisch mit dem zweiten Anschluss (104). Die Vorrichtung (100) umfasst ferner eine thermische Kopplung (114) des Schalters (110) an den Varistor (108), die dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf eine Überhitzung des Varistors (108) einen Übergang des Schalters vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu bewirken.A device (100) for protecting against an overvoltage between a first connection (102) and a second connection (104) is described. The device (100) comprises a spark gap (106) between a first electrode and a second electrode. The first electrode of the spark gap (106) is electrically connected to the first connection (102). The device (100) further comprises a varistor (108) which, at least in a first state of the device (100), is connected between the second electrode of the spark gap (106) and the second connection (104). A switch (110) of the device (100) electrically connects the second electrode of the spark gap (106) to the second connection (104) in a second state of the device (100) different from the first state. The device (100) further comprises a thermal coupling (114) of the switch (110) to the varistor (108), which is designed to transition the switch from the first state to the second in response to overheating of the varistor (108) To effect state.

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz. Insbesondere ist eine Vorrichtung zum Schutz vor einer Überspannung zwischen zwei Anschlüssen bereitgestellt.The invention relates to overvoltage protection. In particular, a device is provided for protection against overvoltage between two connections.

Für den Überspannungsschutz (auch: Überlastschutz), beispielsweise zum Grobschutz einer Gebäudeeinspeisung oder einer einzelnen elektrischen Anlage, können Ableiter mit Funkenstrecken dienen. Diese bieten im Regelbetrieb eine exzellente Isolation. Bei einer Überspannung, d.h. bei Überschreiten eines Schutzpegels als Schwelle der Spannung zum Übergang in den schützenden Zustand, nimmt die Leitfähigkeit der Funkenstrecke zu, indem sich ein Plasma entlang der Funkenstrecke ausbildet. Nach einem solchen Überspannungsereignis, beispielsweise einem Blitzeinschlag, muss die Funkenstrecke wieder gelöscht werden, indem der von einer regulären Netzspannung getriebene Strom (Netzfolgestrom) durch die nun leitfähige Funkenstrecke begrenzt wird. Dazu wird ein Varistor zur Funkenstrecke in Reihe geschaltet.For overvoltage protection (also: overload protection), for example for the rough protection of a building feed or an individual electrical system, arresters with spark gaps can be used. These offer excellent insulation in normal operation. In the event of an overvoltage, i.e. when a protection level is exceeded as the voltage threshold for the transition to the protective state, the conductivity of the spark gap increases as a plasma forms along the spark gap. After such an overvoltage event, for example a lightning strike, the spark gap must be extinguished again by limiting the current driven by a regular grid voltage (grid follow current) by the spark gap that is now conductive. To do this, a varistor is connected in series with the spark gap.

Das Dokument DE 10 2016 011076 A1 beschreibt eine Anordnung zum Überlastschutz, bestehend aus mindestens einem Typ II-Überspannungsableiter mit oder ohne thermischer, im Überlastungsfall ansprechender Abtrennvorrichtung. Eine ähnliche Überspannungsschutzanordnung mit Hörnerfunkenstrecke ist im Dokument DE 20 2018 106960 U1 beschrieben. Bei beiden ist ein Varistor mit der Funkenstrecke elektrisch in Reihe geschalten. Des Weiteren wird beschrieben, dass der Varistor eine thermische Trennstelle besitzen kann, welche den Ableiter bei Überlastung vom Netz trennt. Optional ist eine weitere Trennstelle zwischen Löschblechen der Funkenstrecke platziert und führt bei Überlastung der Funkenstrecke zur Abtrennung eines Zündkreises. Eine Umsetzung einer solchen Überspannungsschutzanordnung wird vom Hersteller DEHN SE + Co KG unter dem Begriff „Advanced Circuit Interruption“-Technologie (ACI-Technologie) angeboten.The document DE 10 2016 011076 A1 describes an arrangement for overload protection, consisting of at least one type II surge arrester with or without a thermal disconnecting device that responds in the event of an overload. A similar overvoltage protection arrangement with a horn gap is in the document DE 20 2018 106960 U1 described. In both cases, a varistor is electrically connected in series with the spark gap. Furthermore, it is described that the varistor can have a thermal separation point, which separates the arrester from the mains in the event of an overload. Another separation point is optionally placed between the arc extinguishing plates of the spark gap and leads to the disconnection of an ignition circuit if the spark gap is overloaded. An implementation of such an overvoltage protection arrangement is offered by the manufacturer DEHN SE + Co KG under the term “Advanced Circuit Interruption” technology (ACI technology).

Jedoch endet mit der Abtrennung des in Reihe geschalteten Varistors jegliche Funktionsfähigkeit der Überspannungsschutzanordnung. Die Überspannungsschutzanordnung muss entweder umgehend ersetzt werden oder die damit geschützte Anlage muss vorübergehend vom Netz getrennt und stillgelegt werden.However, when the series-connected varistor is disconnected, any functionality of the overvoltage protection arrangement ends. The overvoltage protection arrangement must either be replaced immediately or the system protected by it must be temporarily disconnected from the grid and shut down.

Ferner besitzt durch den Einsatz einer Funkenstrecke (optional mit Löschblechen) die Anordnung eine begrenzte Löschfähigkeit, selbst wenn der Varistor überlastet wurde und - beispielsweise aufgrund seiner irreversiblen Leitfähigkeit in Folge der Überlastung - nicht mehr in der Lage ist, einen Netzfolgestrom zu begrenzen. Da jedoch der Ableiter bei Überlastung komplett vom Netz getrennt wird, bleibt bei herkömmlichen
Überspannungsschutzanordnungen diese Löschfähigkeit ungenutzt.Furthermore, through the use of a spark gap (optionally with arcing plates), the arrangement has a limited extinguishing capability, even if the varistor has been overloaded and - for example due to its irreversible conductivity as a result of the overload - is no longer able to limit a line follow current. However, since the arrester is completely disconnected from the network in the event of an overload, conventional ones are retained
Overvoltage protection arrangements unused this extinguishing capability.

Somit hat die Erfindung die Aufgabe, eine Schutzfunktion einer Überspannungsschutzanordnung bei einem Überspannungsereignis zumindest teilweise und/oder länger aufrechtzuerhalten.The invention therefore has the object of at least partially and / or for a longer period of time maintaining a protective function of an overvoltage protection arrangement in the event of an overvoltage event.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claim. Appropriate configurations and advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.Further features and advantages of exemplary embodiments of the invention are described below with partial reference to the drawings.

Ein Aspekt betrifft eine Vorrichtung zum Schutz vor einer Überspannung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss. Die Vorrichtung umfasst eine Funkenstrecke zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode. Die erste Elektrode der Funkenstrecke ist mit dem ersten Anschluss elektrisch (vorzugsweise elektrisch leitend) verbunden. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Impedanz, vorzugsweise einen Varistor, der zumindest in einem ersten Zustand der Vorrichtung zwischen die zweite Elektrode der Funkenstrecke und den zweiten Anschluss geschaltet ist.One aspect relates to a device for protection against an overvoltage between a first connection and a second connection. The device comprises a spark gap between a first electrode and a second electrode. The first electrode of the spark gap is electrically (preferably electrically conductive) connected to the first connection. Furthermore, the device comprises an impedance, preferably a varistor, which is connected between the second electrode of the spark gap and the second connection at least in a first state of the device.

Ohne Beschränkung wird nachfolgend die Impedanz anhand des Beispiels eines Varistors beschrieben. Vorzugsweise ist der Varistor im ersten Zustand (zumindest im Fall der Überspannung) die einzige leitfähige (oder hinsichtlich seiner Leitfähigkeit die dominierende) elektrische Verbindung zwischen der zweiten Elektrode der Funkenstrecke und dem zweiten Anschluss.Without limitation, the impedance is described below using the example of a varistor. In the first state (at least in the case of the overvoltage), the varistor is preferably the only conductive (or, with regard to its conductivity, the dominant) electrical connection between the second electrode of the spark gap and the second connection.

Ferner umfasst die Vorrichtung einen Schalter, der in einem vom ersten Zustand verschiedenen zweiten Zustand der Vorrichtung die zweite Elektrode der Funkenstrecke mit dem zweiten Anschluss elektrisch (vorzugsweise elektrisch leitend) verbindet. Die Vorrichtung umfasst eine thermische Kopplung des Schalters an den Varistor, die dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf eine Überhitzung des Varistors einen Übergang des Schalters vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu bewirken.The device further comprises a switch which, in a second state of the device different from the first state, electrically connects the second electrode of the spark gap to the second connection (preferably electrically conductive). The device comprises a thermal coupling of the switch to the varistor, which is designed to bring about a transition of the switch from the first state to the second state in response to overheating of the varistor.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können über die Belastbarkeitsgrenze des Varistors eine Schutzfunktion aufrechterhalten, beispielsweise bei einem anhaltenden oder sich wiederholendem Überspannungsereignis. Beispielsweise kann durch den Einsatz der Funkenstrecke (optional mit Löschblechen) im zweiten Zustand eine Löschfähigkeit der Funkenstrecke genutzt werden, selbst wenn der Varistor überlastet wurde und nicht mehr in der Lage ist, einen Netzfolgestrom zu begrenzen.Embodiments of the device can maintain a protective function beyond the load capacity limit of the varistor, for example in the event of a persistent or repetitive overvoltage event. For example, by using the spark gap (optionally with Arcing plates) in the second state, an extinguishing capability of the spark gap can be used, even if the varistor has been overloaded and is no longer able to limit a line follow current.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können, indem im ersten Zustand der Varistor zwischen die zweite Elektrode der Funkenstrecke und den zweiten Anschluss geschaltet ist, die Anschlüsse gegen eine Überspannung schützen. Die Reihenschaltung des Varistors und der Funkenstrecke kann einen Leckstrom verhindern, beispielsweise im Regelbetrieb vor dem Auftreten einer Überspannung und/oder nach Erlöschen der Funkenstrecke (d.h. nach dem Auftreten einer Überspannung). Eine Zündspannung der Funkenstrecke kann kleiner als oder gleich einer Schwellenspannung des Varistors sein. In diesem Fall kann die Schwellenspannung des Varistors eine Maximalspannung zum Ansprechen der Vorrichtung (d.h. zum Überspannungsschutz) bestimmen, d.h. einen Schutzpegel der Vorrichtung. Alternativ kann die Zündspannung der Funkenstrecke größer als die Schwellspannung des Varistors sein. In diesem Fall kann die Zündspannung der Funkenstrecke eine Maximalspannung zum Ansprechen der Vorrichtung (d.h. zum Überspannungsschutz) bestimmen, d.h. den Schutzpegel der Vorrichtung.Embodiments of the device can protect the connections against overvoltage by connecting the varistor between the second electrode of the spark gap and the second connection in the first state. The series connection of the varistor and the spark gap can prevent a leakage current, for example in normal operation before an overvoltage occurs and / or after the spark gap has been extinguished (i.e. after an overvoltage occurs). An ignition voltage of the spark gap can be less than or equal to a threshold voltage of the varistor. In this case, the threshold voltage of the varistor can determine a maximum voltage for the device to respond (i.e. for overvoltage protection), i.e. a protection level of the device. Alternatively, the ignition voltage of the spark gap can be greater than the threshold voltage of the varistor. In this case, the ignition voltage of the spark gap can determine a maximum voltage for triggering the device (i.e. for overvoltage protection), i.e. the protection level of the device.

Dieselben oder weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können, indem im zweiten Zustand der Schalter die zweite Elektrode der Funkenstrecke mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbindet, ein Überhitzen des Varistors und/oder eine Brandgefahr aufgrund der Dissipation im Varistor verhindert.The same or further exemplary embodiments of the device can prevent overheating of the varistor and / or a risk of fire due to dissipation in the varistor by electrically connecting the second electrode of the spark gap to the second connection in the second state.

Der Schalter kann im zweiten Zustand der Vorrichtung die zweite Elektrode der Funkenstrecke mit dem zweiten Anschluss direkt und/oder zusätzlich zum Varistor und/oder unabhängig vom Varistor elektrisch verbinden (vorzugsweise elektrisch leitend verbinden).In the second state of the device, the switch can electrically connect the second electrode of the spark gap to the second connection directly and / or in addition to the varistor and / or independently of the varistor (preferably connect in an electrically conductive manner).

Der Schalter kann im zweiten Zustand der Vorrichtung die zweite Elektrode der Funkenstrecke über eine zum Varistor parallele elektrische Verbindung mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbinden (vorzugsweise elektrisch leitend verbinden).In the second state of the device, the switch can electrically connect the second electrode of the spark gap to the second connection via an electrical connection parallel to the varistor (preferably connect it in an electrically conductive manner).

Die Funkenstrecke (optional mittels Löschblechen) kann löschfähig sein, vorzugsweise bei einer vorbestimmten Wechselstrom-Spannung von oder bis 1 kV oder mehr und/oder einer Wechselstrom-Stromstärke von 25 kA oder 100 A oder mehr. Die Vorrichtung kann dazu ausgebildet sein, als Ableiter mittels der ersten und zweiten Anschlüsse zwischen einen Außenleiter (L) und eine Schutzerdung (PE) oder zwischen einen Außenleiter (L) und einen Neutralleiter (N) geschaltet zu sein. In letzterem Fall oder in beiden Fällen können beispielsweise Kurzschlussströme zwischen dem ersten und zweiten Anschluss von 25 kA oder mehr auftreten. Alternativ kann die Vorrichtung dazu ausgebildet sein, als Ableiter mittels der ersten und zweiten Anschlüsse zwischen einen Neutralleiter (N) und eine Schutzerdung (PE) geschaltet zu sein. In letzterem Fall können beispielsweise Kurzschlussströme zwischen dem ersten und zweiten Anschluss von bis zu 100 A auftreten.The spark gap (optionally by means of quenching plates) can be extinguishable, preferably at a predetermined AC voltage of or up to 1 kV or more and / or an AC current of 25 kA or 100 A or more. The device can be designed to be connected as an arrester by means of the first and second connections between an outer conductor (L) and a protective earth (PE) or between an outer conductor (L) and a neutral conductor (N). In the latter case or in both cases, for example, short-circuit currents of 25 kA or more can occur between the first and second connection. Alternatively, the device can be designed to be connected as an arrester by means of the first and second connections between a neutral conductor (N) and a protective earth (PE). In the latter case, short-circuit currents of up to 100 A can occur between the first and second connection, for example.

Die Löschfähigkeit (beispielsweise die Fähigkeit einen Netzfolgestrom selbst zu löschen) kann vorliegen, falls nach eine Plasmabildung oder Stoßionisation in der Funkenstrecke (beispielsweise aufgrund der Überspannung oder eines Stromstoßes zwischen der ersten und zweiten Elektrode) und bei Anliegen einer vorbestimmen Dauerspannung (beispielsweise einer regulären Wechselstrom-Spannung oder einer höchsten Wechselstrom-Spannung) zwischen der ersten und zweiten Elektrode die Funkenstrecke wieder in einen nicht-leitenden, hochohmigen, nicht-ionisierten, plasmaarmen und/oder rekombinierten Zustand übergeht (vorzugsweise ohne das Auslösen einer ggf. in Reihe geschalteten Sicherung). Beispielsweise kann ein Gasdruck (vorzugsweise ein Partialdruck) eines Löschgases im Raum zur Stoßionisation dazu ausgebildet sein, nach dem leitenden, niederohmigen, gezündeten, ionisierten und/oder plasmareichen Zustand den Netzfolgestrom zu löschen und/oder in den nicht-leitenden, hochohmigen, nicht-ionisierten, plasmaarmen oder rekombinierten Zustand überzugehen.The ability to extinguish (for example the ability to extinguish a line follow current itself) can be present if after a plasma formation or impact ionization in the spark gap (for example due to the overvoltage or a current surge between the first and second electrodes) and when a predetermined continuous voltage is applied (for example a regular alternating current Voltage or a highest AC voltage) between the first and second electrode, the spark gap changes back to a non-conductive, high-resistance, non-ionized, low-plasma and / or recombined state (preferably without triggering a fuse, which may be connected in series) . For example, a gas pressure (preferably a partial pressure) of an extinguishing gas in the space for impact ionization can be designed to extinguish the network follow-up current after the conductive, low-resistance, ignited, ionized and / or plasma-rich state and / or to switch it to the non-conductive, high-resistance, non- ionized, low-plasma or recombined state.

Im zweiten Zustand der Vorrichtung kann der Schalter die zweite Elektrode der Funkenstrecke über einen Parallelzweig mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbinden. Die zum Varistor parallele elektrische Verbindung, d.h. der Parallelzweig, kann sich räumlich parallel zum Varistor oder neben dem Varistor erstrecken. Beispielsweise kann sich der Parallelzweig außerhalb eines Gehäuses des Varistors und innerhalb eines Gehäuses der Vorrichtung erstrecken, das auch das Gehäuse des Varistors umfasst.In the second state of the device, the switch can electrically connect the second electrode of the spark gap to the second connection via a parallel branch. The electrical connection parallel to the varistor, i.e. the parallel branch, can extend spatially parallel to the varistor or next to the varistor. For example, the parallel branch can extend outside a housing of the varistor and inside a housing of the device, which also includes the housing of the varistor.

Ein ohmscher Widerstand und/oder eine Impedanz des Parallelzweigs kann kleiner sein als ein ohmscher Widerstand und/oder eine Impedanz des Varistors nach und/oder bei der Überhitzung. Die Überhitzung kann auch als Überlastung des Varistors bezeichnet werden.An ohmic resistance and / or an impedance of the parallel branch can be smaller than an ohmic resistance and / or an impedance of the varistor after and / or during overheating. Overheating can also be referred to as overloading the varistor.

Der ohmsche Widerstand (und/oder die Impedanz) kann ausschließlich den ohmschen Widerstand (bzw. die Impedanz) eines (beispielsweise metallischen) Leiters des Parallelzweigs zur Überbrückung einer räumlichen Distanz zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Anschluss umfassen (d.h. eine eigene Impedanz des Parallelzweigs). Alternativ oder ergänzend kann im Parallelzweig eine zusätzliche Impedanz gezielt eingebrachte sein, beispielsweise um die Löschfähigkeit der Funkenstrecke zu ermöglichen oder zu verbessern.The ohmic resistance (and / or the impedance) can exclusively comprise the ohmic resistance (or the impedance) of a (for example metallic) conductor of the parallel branch for bridging a spatial distance between the second electrode and the second connection (i.e. the parallel branch's own impedance ). Alternatively or in addition, an additional impedance can be specifically introduced in the parallel branch, for example, to enable or improve the extinguishing capability of the spark gap.

Der Parallelzweig kann ferner eine Impedanz und/oder eine Überstromschutzeinrichtung umfassen. Bei Folgeströmen im zweiten Zustand kann durch die Impedanz und/oder die Überstromschutzeinrichtung und/oder die Löschfähigkeit der Funkenstrecke ein schnelles Löschen der Funkstrecke erreichbar sein.The parallel branch can furthermore comprise an impedance and / or an overcurrent protection device. In the case of follow-up currents in the second state, the impedance and / or the overcurrent protection device and / or the extinction capability of the spark gap can make it possible to quickly extinguish the radio path.

Die Impedanz kann kleiner oder gleich einer Restimpedanz des Varistors sein. Die Restimpedanz kann die Impedanz des Varistors im und/oder nach einem ausgelösten oder überhitzten Zustand des Varistors sein. Dadurch kann eine Kommutierung des Stroms auf den Parallelzweig beim Übergang vom ersten zum zweiten Zustand sichergestellt werden.The impedance can be less than or equal to a residual impedance of the varistor. The residual impedance can be the impedance of the varistor in and / or after a tripped or overheated state of the varistor. As a result, commutation of the current to the parallel branch during the transition from the first to the second state can be ensured.

Eine Reaktionszeit der Überstromschutzeinrichtung im Parallelzweig kann länger sein als eine typische oder maximale Dauer eines Blitzstroms, beispielsweise um den Blitzstrom über die Funkenstrecke abzuleiten nachdem die Vorrichtung in den zweiten Zustand übergegangen ist. Alternativ kann die Reaktionszeit der Überstromschutzeinrichtung nach anderen Kriterien bemessen sein, beispielsweise da der Parallelzweig im Normalfall nicht stromdurchflossen ist. A response time of the overcurrent protection device in the parallel branch can be longer than a typical or maximum duration of a lightning current, for example in order to divert the lightning current via the spark gap after the device has switched to the second state. Alternatively, the response time of the overcurrent protection device can be measured according to other criteria, for example because the parallel branch normally does not have current flowing through it.

Die Überstromschutzeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den beim Übergang vom ersten in den zweiten Zustand (d.h. im Schaltmoment) auftretenden Strom sicher zu tragen und zu löschen. Die Höhe des Stroms kann von dem gewählten Schaltverhalten und/oder der Restimpedanz des Varistors abhängen.The overcurrent protection device can be designed to safely carry and extinguish the current occurring during the transition from the first to the second state (i.e. at the moment of switching). The magnitude of the current can depend on the selected switching behavior and / or the residual impedance of the varistor.

Der Schalter kann ein Wechselschalter sein. Der Schalter kann aufgrund der thermischen Kopplung in Reaktion auf die Überhitzung die zweite Elektrode der Funkenstrecke vom Varistor elektrisch trennen, vorzugsweise galvanisch trennen.The switch can be a changeover switch. Due to the thermal coupling in response to the overheating, the switch can electrically isolate the second electrode of the spark gap from the varistor, preferably galvanically isolate it.

Der Wechselschalter kann im ersten Zustand die zweite Elektrode der Funkenstrecke über den Varistor mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbinden. Im zweiten Zustand kann der Varistor aus einer elektrischen Verbindung zwischen der zweiten Elektrode der Funkenstrecke und dem zweiten Anschluss herausgenommen sein.In the first state, the changeover switch can electrically connect the second electrode of the spark gap to the second connection via the varistor. In the second state, the varistor can be removed from an electrical connection between the second electrode of the spark gap and the second connection.

Der Schalter kann bezüglich des ersten Zustands und des zweiten Zustands (vorzugsweise mechanisch) bistabil ist.The switch can be bistable with respect to the first state and the second state (preferably mechanically).

Alternativ oder ergänzend kann der Schalter dazu ausgebildet sein, unterbrechungsfrei vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überzugehen. Beispielsweise weist der Schalter einen Zwischenzustand zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand auf. Im Zwischenzustand kann die zweite Elektrode der Funkenstrecke sowohl mit dem Varistor als auch dem zweiten Anschluss (oder dem Parallelzweig) elektrisch verbunden sein. Durch das unterbrechungsfreie Umschalten kann verhindert werden, dass beim Umschaltvorgang ein Lichtbogen (beispielsweise im Schalter, insbesondere an Schaltkontakten des Schalters) entsteht.As an alternative or in addition, the switch can be designed to transition from the first state to the second state without interruption. For example, the switch has an intermediate state between the first state and the second state. In the intermediate state, the second electrode of the spark gap can be electrically connected to both the varistor and the second connection (or the parallel branch). The uninterrupted switching can prevent an arc from occurring during the switching process (for example in the switch, in particular at the switch contacts of the switch).

Die Vorrichtung kann in einem Auslieferungszustand im ersten Zustand sein.In a delivery state, the device can be in the first state.

Die Vorrichtung kann ferner ein Gehäuse umfassen. Das Gehäuse kann Rastelemente zur Befestigung an einer Tragschiene umfassen.The device can further comprise a housing. The housing can comprise latching elements for attachment to a mounting rail.

Der Varistor kann ein Metalloxid-Varistoren (MOV) sein.The varistor can be a metal oxide varistor (MOV).

Die Vorrichtung kann ferner ein Gehäuse umfassen, in dem zumindest die Funkenstrecke und/oder der Schalter angeordnet ist. Das Gehäuse kann einen von außerhalb des Gehäuses zugänglichen Steckplatz zur Aufnahme des Varistors (vorzugsweise einschließlich der thermischen Kopplung) umfassen.The device can furthermore comprise a housing in which at least the spark gap and / or the switch is arranged. The housing can comprise a slot accessible from outside the housing for receiving the varistor (preferably including the thermal coupling).

Der Varistor (vorzugsweise einschließlich der thermischen Kopplung) und/oder der Schalter können in einem Wechselmodul angeordnet sein. Das Wechselmodul kann am Steckplatz aufgenommen oder aufnehmbar sein. Der Schalter kann in einem Auslieferungszustand des Wechselmoduls im ersten Zustand sein. Alternativ oder ergänzend kann der Schalter dazu ausgebildet sein, bei der Aufnahme des Varistors in den Steckplatz in den ersten Zustand überzugehen. Alternativ oder ergänzend kann der Übergang in den zweiten Zustand bezüglich des Wechselmoduls (beispielsweise für ein gegebenes Wechselmodul) irreversibel sein.The varistor (preferably including the thermal coupling) and / or the switch can be arranged in an interchangeable module. The interchangeable module can be added to the slot or can be picked up. In a delivery state of the interchangeable module, the switch can be in the first state. As an alternative or in addition, the switch can be designed to pass into the first state when the varistor is received in the slot. As an alternative or in addition, the transition to the second state can be irreversible with respect to the interchangeable module (for example for a given interchangeable module).

Indem der Schalter im Wechselmodul (beispielsweise einem Varistor-Stecker) angeordnet ist, muss dieser beim Wechseln des Varistors nicht zurückgesetzt werden.Since the switch is arranged in the interchangeable module (for example a varistor plug), it does not have to be reset when the varistor is changed.

Der Varistor (vorzugsweise einschließlich der thermischen Kopplung) und/oder die Funkenstrecke können in dem Wechselmodul angeordnet sein, das am Steckplatz aufgenommen oder aufnehmbar ist.The varistor (preferably including the thermal coupling) and / or the spark gap can be arranged in the interchangeable module, which is received or can be received in the slot.

In jeder Variante kann das Wechselmodul ein Wechselmodulgehäuse umfassen, in dem der Varistor und gegebenenfalls der Schalter und/oder die Funkenstrecke angeordnet sind. Beispielsweise können der Varistor und die Funkenstrecken in einem gemeinsamen Gehäuse (d.h. dem Wechselmodulgehäuse) angeordnet sein und zusammen auswechselbar sein.In each variant, the interchangeable module can comprise an interchangeable module housing in which the varistor and, if applicable, the switch and / or the spark gap are arranged. For example, the varistor and the spark gaps can be arranged in a common housing (i.e. the interchangeable module housing) and can be exchanged together.

Die thermische Kopplung kann einen längsbeweglichen Stift umfassen. Der Varistor und/oder die thermische Kopplung kann dazu ausgebildet sein, bei Überhitzung des Varistors den Stift durch eine Öffnung am Steckplatz des Gehäuses (d.h. des Wechselmodulgehäuses) zu bewegen. Der Schalter im Gehäuse kann dazu angeordnet sein, durch die Längsbewegung des Stifts vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überzugehen.The thermal coupling can comprise a longitudinally movable pin. The varistor and / or the thermal coupling can be designed to move the pin through an opening in the slot in the housing (ie the interchangeable module housing) when the varistor overheats. The switch in the housing can be arranged to change over from the first state to the second state by the longitudinal movement of the pin.

Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung (beispielsweise das Wechselmodul) einen Indikator zum Anzeigen des ersten Zustands und/oder des zweiten Zustands umfassen.As an alternative or in addition, the device (for example the interchangeable module) can comprise an indicator for displaying the first state and / or the second state.

Der Indikator kann eine Signallampe und/oder ein mechanischer Indikator sein. Die Signallampe kann im ersten Zustand ausgeschaltet oder eingeschaltet sein, vorzugsweise grün leuchten. Im zweiten Zustand kann die Signallampe eingeschaltet sein (vorzugsweise rot leuchten) oder ausgeschaltet sein.The indicator can be a signal lamp and / or a mechanical indicator. In the first state, the signal lamp can be switched off or switched on, preferably glowing green. In the second state, the signal lamp can be switched on (preferably glowing red) or switched off.

Der mechanische Indikator kann eine (vorzugsweise rote) Indikatorfläche umfassen, die im ersten Zustand vom Gehäuse (beispielsweise vom Gehäuse der Vorrichtung oder vom Wechselmodulgehäuse) verdeckt ist und im zweiten Zustand am Gehäuse freiliegend ist. Beispielsweise kann das Gehäuse ein Sichtfenster umfassen, das relativ zur Öffnung am Steckplatz so angeordnet ist, dass ein im zweiten Zustand durch die Öffnung in das Gehäuse längsbewegtes Ende des Stifts hinter dem Sichtfenster angeordnet ist.The mechanical indicator can comprise a (preferably red) indicator surface which is covered by the housing in the first state (for example by the housing of the device or by the exchangeable module housing) and is exposed on the housing in the second state. For example, the housing can comprise a viewing window which is arranged relative to the opening at the slot in such a way that an end of the pin that is longitudinally moved through the opening into the housing in the second state is arranged behind the viewing window.

Die Vorrichtung kann ferner einen geschützten Anschluss und/oder eine Vorschaltsicherung umfassen. Die erste Elektrode der Funkenstrecke kann über die Vorschaltsicherung mit dem ersten Anschluss elektrisch verbunden sein. Der geschützte Anschluss kann zwischen der Vorschaltsicherung und der ersten Elektrode der Funkenstrecke abgegriffen sein.The device can furthermore comprise a protected connection and / or a series fuse. The first electrode of the spark gap can be electrically connected to the first connection via the series fuse. The protected connection can be tapped between the series fuse and the first electrode of the spark gap.

Der geschützte Anschluss kann ein Verbraucheranschluss sein. Der geschützte Anschluss kann (beispielsweise als Außenleiter zusammen mit dem zweiten Anschluss als Neutralleiter) dazu ausgebildet sein einen Verbraucher mit elektrischer Leistung zu versorgen, beispielsweise eine Gebäudeeinspeisung oder eine elektrische Anlage.The protected connection can be a consumer connection. The protected connection can be designed (for example as an outer conductor together with the second connection as a neutral conductor) to supply a consumer with electrical power, for example a building feed or an electrical system.

Die Funkenstrecke kann ferner eine Triggerelektrode zum Triggern einer Stoßionisation oder Plasmabildung in der Funkenstrecke (auch: Zünden) umfassen. Die Vorrichtung kann ferner eine mit dem ersten Anschluss und der Triggerelektrode elektrisch verbundene Triggerstufe (auch: Zündkreis) umfassen.The spark gap can furthermore comprise a trigger electrode for triggering impact ionization or plasma formation in the spark gap (also: ignition). The device can furthermore comprise a trigger stage (also: ignition circuit) electrically connected to the first connection and the trigger electrode.

Das „Triggern“ kann hierbei ein externes Auslösen umfassen. Beispielsweise kann ein Spannungsimpuls an der Triggerelektrode eine Stoßionisation in der Funkenstrecke auslösen bei einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, die kleiner ist als die Zündspannung der Funkenstrecke ohne den Spannungsimpuls. Die Triggerelektrode kann näher an der zweiten Elektrode als an der ersten Elektrode sein, wodurch ein Potential eines elektrischen Felds zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode am Ort der Triggerelektrode näher am Potential der zweiten Elektrode ist oder diesem entspricht. Alternativ oder ergänzend kann beim Triggern eine Spannungsdifferenz (die vorzugsweise kleiner als die Zündspannung der Funkenstrecke ist) zwischen der ersten Elektrode und der Triggerelektrode aufgrund der Nähe der Elektroden einer hohen (beispielsweise ionisierenden) Feldstärke entsprechen.The “triggering” can include an external triggering. For example, a voltage pulse at the trigger electrode can trigger impact ionization in the spark gap at a voltage between the first electrode and the second electrode that is lower than the ignition voltage of the spark gap without the voltage pulse. The trigger electrode can be closer to the second electrode than to the first electrode, whereby a potential of an electric field between the first electrode and the second electrode at the location of the trigger electrode is closer to or corresponds to the potential of the second electrode. As an alternative or in addition, during triggering a voltage difference (which is preferably smaller than the ignition voltage of the spark gap) between the first electrode and the trigger electrode can correspond to a high (for example ionizing) field strength due to the proximity of the electrodes.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings using preferred exemplary embodiments.

Es zeigen:

1A ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem ersten Zustand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
1B ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem zweiten Zustand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
2A ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem ersten Zustand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
2B ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem zweiten Zustand gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz mit einer externen Vorschaltsicherung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
4 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz mit einer internen Vorschaltsicherung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
5 ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz mit einem Triggerkreis gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
6A ein schematisches Schaltbild eines Schalters der Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem ersten Zustand gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
6B ein schematisches Schaltbild eines Schalters der Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem ersten Zwischenzustand gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
6C ein schematisches Schaltbild eines Schalters der Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem zweiten Zwischenzustand gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel; und
6D ein schematisches Schaltbild eines Schalters der Vorrichtung zum Überspannungsschutz in einem zweiten Zustand gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.

Show it:

1A a schematic circuit diagram of a device for Overvoltage protection in a first state according to a first exemplary embodiment;
1B a schematic circuit diagram of a device for overvoltage protection in a second state according to the first embodiment;
2A a schematic circuit diagram of a device for overvoltage protection in a first state according to a second embodiment;
2 B a schematic circuit diagram of a device for overvoltage protection in a second state according to the second embodiment;
3 a schematic circuit diagram of a device for overvoltage protection with an external series fuse according to a third embodiment;
4th a schematic circuit diagram of a device for overvoltage protection with an internal series fuse according to a fourth embodiment;
5 a schematic circuit diagram of a device for overvoltage protection with a trigger circuit according to a fifth embodiment;
6A a schematic circuit diagram of a switch of the device for overvoltage protection in a first state according to a sixth embodiment;
6B a schematic circuit diagram of a switch of the device for overvoltage protection in a first intermediate state according to a sixth embodiment;
6C a schematic circuit diagram of a switch of the device for overvoltage protection in a second intermediate state according to a sixth embodiment; and
6D a schematic circuit diagram of a switch of the device for overvoltage protection in a second state according to a sixth embodiment.

1A zeigt ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer hierin allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Vorrichtung zum Schutz vor einer Überspannung (auch: Vorrichtung zum Überspannungsschutz). 1A FIG. 11 shows a schematic circuit diagram of a first exemplary embodiment of a device generally with reference numerals herein 100 designated device for protection against overvoltage (also: device for overvoltage protection).

Der Schutz kann ein Schutz vor der Überspannung selbst oder vor einer draus resultierenden Überlastung sein, beispielsweise eine Temperatur über einem Schwellwert, einem Strom über einem Schwellwert und/oder eine eingetragene Wärmemenge über einem Schwellwert, etc.The protection can be a protection against the overvoltage itself or against a resulting overload, for example a temperature above a threshold value, a current above a threshold value and / or a registered amount of heat above a threshold value, etc.

Das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 umfasst einen ersten Anschluss 102, einen zweiten Anschluss 104 und eine Funkenstrecke (FS) 106 zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode. Die erste Elektrode der Funkenstrecke 106 ist mit dem ersten Anschluss 102 elektrisch verbunden ist. Ein Varistor 108 ist zumindest in einem ersten Zustand der Vorrichtung 100 zwischen die zweite Elektrode der Funkenstrecke 106 und den zweiten Anschluss 104 geschaltet. Ferner umfasst die Vorrichtung 100 einen Schalter 110, der in einem vom ersten Zustand verschiedenen zweiten Zustand der Vorrichtung 100 die zweite Elektrode der Funkenstrecke 106 mit dem zweiten Anschluss 104 elektrisch verbindet. Eine thermische Kopplung 114 des Schalters 110 an den Varistor 108 ist dazu ausgebildet, in Reaktion auf eine Überhitzung des Varistors 108 einen Übergang des Schalters vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu bewirken.The first embodiment of the device 100 includes a first port 102 , a second port 104 and a spark gap (FS) 106 between a first electrode and a second electrode. The first electrode in the spark gap 106 is with the first connection 102 is electrically connected. A varistor 108 is at least in a first state of the device 100 between the second electrode of the spark gap 106 and the second port 104 switched. The device further comprises 100 a switch 110 that is in a second state of the device that differs from the first state 100 the second electrode of the spark gap 106 with the second connection 104 electrically connects. A thermal coupling 114 of the switch 110 to the varistor 108 is designed to respond to overheating of the varistor 108 to effect a transition of the switch from the first state to the second state.

Während 1A ein schematisches Schaltbild des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 zum Überspannungsschutz im ersten Zustand zeigt, zeigt 1B ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung 100 zum Überspannungsschutz im zweiten Zustand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.While 1A a schematic circuit diagram of the first embodiment of the device 100 for overvoltage protection in the first state shows shows 1B a schematic diagram of the device 100 for overvoltage protection in the second state according to the first embodiment.

Der Varistor kann im ersten oder einem der weiteren Ausführungsbeispiele ein MOV sein.The varistor can be a MOV in the first or one of the further exemplary embodiments.

Ein zu schützendes System, beispielsweise eine Gebäudeeinspeisung oder eine elektrische Anlage, kann dem ersten Anschluss 102 und dem zweiten Anschluss 104 parallel geschaltet sein.A system to be protected, for example a building feed or an electrical system, can be connected to the first connection 102 and the second port 104 be connected in parallel.

Das erste oder die weiteren Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 können die Löschfähigkeit der Funkenstrecke nutzen und so das System auch nach der Überhitzung (d.h. einer Überlastung) des Varistors zu schützen. Zumindest das erste Ausführungsbeispiel kann dies erreichen, indem bei der Überlastung des Varistors, nur dieser und nicht der gesamte Ableiter einschließlich der Funkenstrecke 106 abgetrennt wird.The first or the further exemplary embodiments of the device 100 can use the extinguishing capability of the spark gap and thus protect the system even after the varistor has overheated (ie overloaded). At least the first exemplary embodiment can achieve this in that, when the varistor is overloaded, only this and not the entire arrester including the spark gap 106 is separated.

Dies kann dadurch realisiert werden, dass beim Abtrennen des Varistors auf einen Parallelzweig 112 umgeschaltet wird und/oder beim Übergang in den zweiten Zustand ein Parallelzweig 112 zugeschaltet wird.This can be achieved by connecting a parallel branch when the varistor is disconnected 112 is switched and / or a parallel branch on transition to the second state 112 is switched on.

Im ersten oder einem der weiteren Ausführungsbeispiel bleibt somit die Funkenstrecke 106 im Schutzstromkreis (beispielsweise parallel geschaltet zu dem zu schützendem System). Das System ist damit vorerst geschützt.The spark gap thus remains in the first or one of the further exemplary embodiments 106 in the protective circuit (e.g. connected in parallel to the system to be protected). The system is thus protected for the time being.

Sinnvoll ist es, die Abtrennung des Varistors 108 oder den Übergang in den zweiten Zustand mittels eines Indikators der Vorrichtung 100 zu signalisieren, sodass der Anwender weiß, dass nur noch eine geringe Restlebensdauer oder Nutzungszeit zu erwarten ist und der Ableiter (d.h. die Vorrichtung 100 oder zumindest ein Wechselmodul der Vorrichtung 100) bei der nächsten Wartung getauscht werden sollte.It makes sense to disconnect the varistor 108 or the transition to the second state by means of an indicator of the device 100 to signal so that the user knows that only a short remaining service life or usage time is to be expected and the arrester (ie the device 100 or at least one interchangeable module of the device 100 ) should be replaced during the next maintenance.

Die Überlastung der Funkenstrecke 106 kann mittels eines akustischen Indikators oder eines optischen Indikators (beispielsweise an einem Gehäuse der Vorrichtung 100 oder einem Wechselmodulgehäuse, das zumindest den Varistor 108 umfasst) signalisiert sein.The overload of the spark gap 106 can by means of an acoustic indicator or an optical indicator (for example on a housing of the device 100 or an interchangeable module housing that contains at least the varistor 108 includes) be signaled.

Bei einem weiteren Überspannungsereignis wird, je nach Löschfähigkeit der Funkenstrecke 106, eine Vorschaltsicherung (auch: Vorsicherung) auslösen und/oder der Impuls sicher abgeleitet.In the event of a further overvoltage event, depending on the extinguishing capability of the spark gap 106 , trigger a backup fuse (also: backup fuse) and / or safely divert the pulse.

Die Funkenstrecke 106 kann je nach benötigter Restlebensdauer nach dem Abtrennen des Varistors 108 (beispielsweise eines MOV) so ausgelegt werden, dass die Funkenstrecke 106 eine begrenzte Anzahl an Überspannungsereignissen ableiten und den Folgestrom löschen kann. Auch ist denkbar, die Löschfähigkeit auf bestimmte Phasenlagen (z.B. durch die Anzahl der Löschbleche) oder Amplituden zu beschränken.The spark gap 106 can depending on the remaining service life required after disconnecting the varistor 108 (for example a MOV) should be designed so that the spark gap 106 can derive a limited number of overvoltage events and cancel the follow-up current. It is also conceivable to limit the extinguishing capability to certain phase positions (eg by the number of extinguishing plates) or amplitudes.

Im ersten oder einem der weiteren Ausführungsbeispiel kann die Funkenstrecke 106 eine Hörnerfunkenstrecke oder eine andere Funkenstreckenanordnung umfassen.In the first or one of the further exemplary embodiments, the spark gap can 106 comprise a horn gap or other spark gap arrangement.

2A zeigt ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zum Überspannungsschutz im ersten Zustand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 2B zeigt das zweite Ausführungsbeispiel im zweiten Zustand. Das zweite Ausführungsbeispiel kann als eine Variante oder Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels realisiert werden. Vorzugsweise sind zwischen den Ausführungsbeispielen übereinstimmende oder austauschbare Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. 2A shows a schematic circuit diagram of a device for overvoltage protection in the first state according to a second embodiment. 2 B shows the second embodiment in the second state. The second exemplary embodiment can be implemented as a variant or further development of the first exemplary embodiment. Features that are identical or interchangeable between the exemplary embodiments are preferably provided with the same reference symbols.

Das zweite Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 kann die Löschfähigkeit der Funkenstrecke nutzen und so das System auch nach der Überhitzung (d.h. einer Überlastung) des Varistors schützen, indem bei der Überlastung des Varistors 108 ein Parallelzweig 112 parallel zum Varistor 108 zugeschaltet wird. Da der Parallelzweig 112 eine mehrfach größere Leitfähigkeit als der Varistor 108 (vorzugsweise auch nach dessen irreversibler Überlastung) hat, wird der Strom im zweiten Zustand auf den Parallelzweig 112 kommutiert.The second embodiment of the device 100 can use the extinguishing capability of the spark gap and thus protect the system even after the varistor has overheated (ie overloaded) by overloading the varistor 108 a parallel branch 112 parallel to the varistor 108 is switched on. Since the parallel branch 112 a conductivity several times greater than that of the varistor 108 (preferably also after its irreversible overload), the current in the second state is applied to the parallel branch 112 commutes.

3 zeigt ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung 100 (beispielhaft im ersten Zustand) gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel kann als eine Variante oder Weiterbildung des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels realisiert werden. Vorzugsweise sind zwischen den Ausführungsbeispielen übereinstimmende oder austauschbare Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. 3 shows a schematic circuit diagram of the device 100 (by way of example in the first state) according to a third exemplary embodiment. The third exemplary embodiment can be implemented as a variant or further development of the first or second exemplary embodiment. Features that are identical or interchangeable between the exemplary embodiments are preferably provided with the same reference symbols.

Das dritte Ausführungsbeispiel umfasst eine externe Vorschaltsicherung 116 am ersten Anschluss 102. Zwischen der Vorschaltsicherung 116 und der ersten Elektrode (vorzugsweise am ersten Anschluss 102) kann ein Pol oder eine Phase des zu schützenden Systems angeschlossen sein.The third exemplary embodiment includes an external series fuse 116 at the first connection 102 . Between the series fuse 116 and the first electrode (preferably at the first connection 102 ) a pole or a phase of the system to be protected can be connected.

4 zeigt ein schematisches Schaltbild der Vorrichtung 100 (beispielhaft im ersten Zustand) gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das vierte Ausführungsbeispiel kann als eine Variante oder Weiterbildung des ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels realisiert werden. Vorzugsweise sind zwischen den Ausführungsbeispielen übereinstimmende oder austauschbare Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. 4th shows a schematic circuit diagram of the device 100 (by way of example in the first state) according to a fourth exemplary embodiment. The fourth exemplary embodiment can be implemented as a variant or further development of the first, second or third exemplary embodiment. Features that are identical or interchangeable between the exemplary embodiments are preferably provided with the same reference symbols.

Das dritte Ausführungsbeispiel umfasst eine interne Vorschaltsicherung 116 zwischen dem ersten Anschluss 102 und der ersten Elektrode. An einem geschützten Anschluss 118 zwischen der Vorschaltsicherung 116 und der ersten Elektrode kann ein Pol oder eine Phase des zu schützenden Systems angeschlossen sein.The third embodiment includes an internal series fuse 116 between the first port 102 and the first electrode. On a protected connection 118 between the series fuse 116 and a pole or a phase of the system to be protected can be connected to the first electrode.

Optional kann jedes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 einen (vorzugsweise bezüglich der Funkenstrecke 106 externen) Triggerkreis 120 umfassen, der an eine Triggerelektrode 122 der Funkenstrecke 106 angeschlossen ist. 5 zeigt eine schematische Schaltung exemplarisch für das erste Ausführungsbeispiel mit getriggerter Funkenstrecke 106. Der Triggerkreis 120 ist dazu ausgebildet, bei einem bestimmten Spannungspegel zwischen dem ersten Anschluss 102 und dem zweiten Anschluss 104 die Funkenstrecke 106 zu zünden.Optionally, each embodiment of the device 100 one (preferably with regard to the spark gap 106 external) trigger circuit 120 include, which is attached to a trigger electrode 122 the spark gap 106 connected. 5 shows a schematic circuit by way of example for the first exemplary embodiment with a triggered spark gap 106 . The trigger circuit 120 is designed to be at a certain voltage level between the first terminal 102 and the second port 104 the spark gap 106 to ignite.

Ferner optional kann in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 der Schalter 110 zum unterbrechungsfreien Übergang vom ersten in den zweiten Zustand ausgebildet sein. Die 6A bis 6D zeigen schematisch ein Beispiel für einen solchen Übergang. Der Schalter 110 kann als Lastschalter ausgebildet sein. Die Ausbildung kann auf die unterschiedlichsten Arten erfolgen.Furthermore, in each exemplary embodiment of the device 100 the desk 110 be designed for an uninterrupted transition from the first to the second state. the 6A until 6D show schematically an example of such a transition. The desk 110 can be designed as a load switch. The training can take place in a wide variety of ways.

Beispielsweise ist zwischen dem ersten Zustand (exemplarisch in 6A) und dem zweiten Zustand (exemplarisch in 6D) ein Zwischenzustand (exemplarisch in den 6B und 6C) ausgebildet, bei dem die zweite Elektrode der Funkenstrecke 106 sowohl mit dem überlasteten Varistor 108 als auch dem zweiten Anschluss 104 (beispielsweise über den Parallelzweig 112) elektrisch leitend verbunden ist. Die mit Rechtecksymbolen gezeigten Widerstände sind nicht zwingend erforderlich.For example, between the first state (exemplarily in 6A) and the second state (exemplarily in 6D ) an intermediate state (exemplarily in the 6B and 6C ) formed in which the second electrode of the spark gap 106 both with the overloaded varistor 108 as well as the second connection 104 (for example via the parallel branch 112 ) is electrically connected. The resistors shown with square symbols are not absolutely necessary.

Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it will be apparent to one skilled in the art that various changes can be made and equivalents used as replacements. Furthermore, many modifications can be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention. Consequently, the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but rather encompasses all exemplary embodiments that fall within the scope of the appended claims.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100: Vorrichtung zum Schutz vor einer ÜberspannungDevice for protection against overvoltage
102102: Erster AnschlussFirst connection
104104: Zweiter AnschlussSecond connection
106106: FunkenstreckeSpark gap
108108: VaristorVaristor
110110: Schaltercounter
112112: ParallelzweigParallel branch
114114: Thermische KopplungThermal coupling
116116: VorschaltsicherungUpstream fuse
118118: Geschützter AnschlussProtected connection
120120: Triggerkreis (auch: Triggerstufe)Trigger circuit (also: trigger stage)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102016011076 A1 [0003]DE 102016011076 A1 [0003]
DE 202018106960 U1 [0003]DE 202018106960 U1 [0003]

Claims

Vorrichtung (100) zum Schutz vor einer Überspannung zwischen einem ersten Anschluss (102) und einem zweiten Anschluss (104), umfassend: eine Funkenstrecke (106) zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode der Funkenstrecke (106) mit dem ersten Anschluss (102) elektrisch verbunden ist; und einen Varistor (108), der zumindest in einem ersten Zustand der Vorrichtung (100) zwischen die zweite Elektrode der Funkenstrecke (106) und den zweiten Anschluss (104) geschaltet ist, gekennzeichnet durch einen Schalter (110), der in einem vom ersten Zustand verschiedenen zweiten Zustand der Vorrichtung (100) die zweite Elektrode der Funkenstrecke (106) mit dem zweiten Anschluss (104) elektrisch verbindet; und eine thermische Kopplung (114) des Schalters (110) an den Varistor (108), die dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf eine Überhitzung des Varistors (108) einen Übergang des Schalters vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu bewirken.Device (100) for protection against overvoltage between a first connection (102) and a second connection (104), comprising: a spark gap (106) between a first electrode and a second electrode, the first electrode having the spark gap (106) with the first terminal (102) is electrically connected; and a varistor (108) which is connected at least in a first state of the device (100) between the second electrode of the spark gap (106) and the second connection (104), characterized by a switch (110) which is in one of the first State different second state of the device (100) electrically connects the second electrode of the spark gap (106) to the second connection (104); and a thermal coupling (114) of the switch (110) to the varistor (108), which is designed to bring about a transition of the switch from the first state to the second state in response to overheating of the varistor (108).

Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei im zweiten Zustand der Vorrichtung (100) der Schalter (110) die zweite Elektrode der Funkenstrecke (106) über einen Parallelzweig (112) mit dem zweiten Anschluss (104) elektrisch verbindet.Device (100) according to Claim 1 wherein, in the second state of the device (100), the switch (110) electrically connects the second electrode of the spark gap (106) to the second connection (104) via a parallel branch (112).

Vorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei ein ohmscher Widerstand und/oder eine Impedanz des Parallelzweigs (112) kleiner ist als ein ohmscher Widerstand und/oder eine Impedanz des Varistors (108) nach und/oder bei der Überhitzung.Device (100) according to Claim 2 , wherein an ohmic resistance and / or an impedance of the parallel branch (112) is smaller than an ohmic resistance and / or an impedance of the varistor (108) after and / or during overheating.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Parallelzweig ferner eine Impedanz und/oder eine Überstromschutzeinrichtung umfasst.Device (100) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the parallel branch further comprises an impedance and / or an overcurrent protection device.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schalter (110) ein Wechselschalter ist, der aufgrund der thermischen Kopplung in Reaktion auf die Überhitzung die zweite Elektrode der Funkenstrecke (106) vom Varistor (108) elektrisch trennt, vorzugsweise galvanisch trennt.Device (100) according to one of the Claims 1 until 4th , wherein the switch (110) is a changeover switch which, due to the thermal coupling in response to the overheating, electrically separates the second electrode of the spark gap (106) from the varistor (108), preferably galvanically separates it.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schalter (110) bezüglich des ersten Zustands und des zweiten Zustands bistabil ist.Device (100) according to one of the Claims 1 until 5 wherein the switch (110) is bistable with respect to the first state and the second state.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schalter (110) dazu ausgebildet ist, unterbrechungsfrei vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überzugehen, vorzugsweise weist der Schalter (110) einen Zwischenzustand zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand auf, in dem die zweite Elektrode der Funkenstrecke (106) sowohl mit dem Varistor (108) als auch dem zweiten Anschluss (104) oder dem Parallelzweig (112) elektrisch verbunden ist.Device (100) according to one of the Claims 1 until 6th , the switch (110) being designed to transition from the first state to the second state without interruption, the switch (110) preferably has an intermediate state between the first state and the second state in which the second electrode of the spark gap (106) is electrically connected to both the varistor (108) and the second connection (104) or the parallel branch (112).

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (100) in einem Auslieferungszustand im ersten Zustand ist.Device (100) according to one of the Claims 1 until 7th wherein the device (100) is in a delivery state in the first state.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung (100) ferner ein Gehäuse (101) umfasst, in dem zumindest die Funkenstrecke (106) und/oder der Schalter (110) angeordnet sind, und wobei das Gehäuse (101) einen von außerhalb des Gehäuses (101) zugänglichen Steckplatz zur Aufnahme des Varistors (108), vorzugsweise einschließlich der thermischen Kopplung (114), umfasst.Device (100) according to one of the Claims 1 until 8th wherein the device (100) further comprises a housing (101) in which at least the spark gap (106) and / or the switch (110) are arranged, and wherein the housing (101) is accessible from outside the housing (101) Slot for receiving the varistor (108), preferably including the thermal coupling (114).

Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei der Varistor (108), vorzugsweise einschließlich der thermischen Kopplung (114), und der Schalter (110) in einem Wechselmodul angeordnet sind, das am Steckplatz aufgenommen oder aufnehmbar ist, wobei der Schalter (110) in einem Auslieferungszustand des Wechselmoduls im ersten Zustand ist, und/oder wobei der Schalter (110) dazu ausgebildet ist, bei der Aufnahme des Varistors (108) in den Steckplatz in den ersten Zustand überzugehen, und/oder wobei der Übergang in den zweiten Zustand bezüglich des Wechselmoduls irreversibel ist.Device (100) according to Claim 9 , wherein the varistor (108), preferably including the thermal coupling (114), and the switch (110) are arranged in an interchangeable module which is received or can be accommodated in the slot, the switch (110) in a delivery state of the interchangeable module in the first State, and / or wherein the switch (110) is designed to transition to the first state when the varistor (108) is received in the slot, and / or wherein the transition to the second state is irreversible with respect to the interchangeable module.

Vorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Varistor (108), vorzugsweise einschließlich der thermischen Kopplung (114), und die Funkenstrecke (106) in dem Wechselmodul angeordnet sind, das am Steckplatz aufgenommen oder aufnehmbar ist.Device (100) according to Claim 9 or 10 , wherein the varistor (108), preferably including the thermal coupling (114), and the spark gap (106) are arranged in the interchangeable module which is received or can be received at the slot.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die thermische Kopplung (114) einen längsbeweglichen Stift umfasst und der Varistor (108) oder die Kopplung (114) dazu ausgebildet ist, bei Überhitzung des Varistors (108) den Stift durch eine Öffnung am Steckplatz des Gehäuses (101) zu bewegen, und wobei der Schalter im Gehäuse (101) dazu angeordnet ist, durch die Längsbewegung des Stifts vom ersten Zustand in den zweiten Zustand überzugehen.Device (100) according to one of the Claims 9 until 11 , wherein the thermal coupling (114) comprises a longitudinally movable pin and the varistor (108) or the coupling (114) is designed to move the pin through an opening in the slot of the housing (101) if the varistor (108) overheats, and wherein the switch is arranged in the housing (101) to change over from the first state to the second state by the longitudinal movement of the pin.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vorrichtung (100) ferner einen Indikator zum Anzeigen des ersten Zustands und/oder des zweiten Zustands umfasst.Device (100) according to one of the Claims 1 until 12th wherein the device (100) further comprises an indicator for displaying the first state and / or the second state.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend: einen geschützten Anschluss (118); und eine Vorschaltsicherung (116), wobei die erste Elektrode der Funkenstrecke (106) über die Vorschaltsicherung (116) mit dem ersten Anschluss (102) elektrisch verbunden ist, und der geschützte Anschluss (118) zwischen der Vorschaltsicherung (116) und der ersten Elektrode der Funkenstrecke (106) abgegriffen ist.Device (100) according to one of the Claims 1 until 13th further comprising: a protected port (118); and a series fuse (116), the first electrode of the spark gap (106) being electrically connected to the first connection (102) via the series fuse (116), and the protected connection (118) between the series fuse (116) and the first electrode of the spark gap (106) is tapped.

Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Funkenstrecke (106) ferner eine Triggerelektrode zum Triggern einer Stoßionisation in der Funkenstrecke (106) umfasst, und wobei die Vorrichtung (100) ferner eine mit dem ersten Anschluss (102) und der Triggerelektrode (122) elektrisch verbundene Triggerstufe (120) umfasst.Device (100) according to one of the Claims 1 until 14th wherein the spark gap (106) further comprises a trigger electrode for triggering an impact ionization in the spark gap (106), and wherein the device (100) further comprises a trigger stage (120) electrically connected to the first connection (102) and the trigger electrode (122) includes.