DE2652234A1 - Elektrisches installationsnetz mit einer schutzschaltung gegen ueberspannungen - Google Patents

Description

Deutsche ITT Industries GmbH
Freiburg 3

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Elektrisches Installationsnetz mit einer Schutzschaltung

gegen Überspannungen

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Installationsnetz für eine Verbraucheranordnung, das aus einem teilweise oder vollständig aus Freileitungen gebildeten Energieverteilungsnetz stromversorgt wird, mit Sicherungen oder Trennschaltern und mit einer Schutzschaltung gegen Überspannungen aus dem Energieverteilungsnetz, die als überspannungsableiter oder Blitzschutz ausgebildete Entladeröhren enthält und in der die Entladeröhren zur Ableitung der überspannung mit einem Pol an Erde liegen und der andere Pol der Entladeröhren je an eine Zuführungsleitung zum Energieverteilungsnetz angeschlossen ist.

Es ist üblich, Leitungen für die elektrische Energieübertragung verhältnismäßig niederer Spannung, die teilweise oder vollständig als Freileitungen ausgebildet sind, durch eine gleichmäßig über die Leitungen verteilte Ableitungen gegen Erde gegen die Auswirkungen von Überspannungen zu schützen, die unmittelbar auf diesen Leitungen entstehen, in diese induziert werden oder von anderen Leitungen des Leitungsnetzes übertragen werden. Diese Auswirkungen können z.B. durch Blitzschlag oder durch innere Störungen des Leitungsnetzes verursacht werden.

In Telefonnetzen ist es bekannt, zur Ableitung an jede Telefonleitung vor dem Eingang in die Telefonzentrale eine geerdete Entladungsröhre als überspannungsableiter oder Blitzschutz anzuschließen.

In zahlreichen elektrischen Installationsnetzen zur Stromversorgung von Abnehmeranordnungen erfolgt die Verteilung an die Abneh-

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meranordnungen im Anschluß an ein Freileitungsnetz, über die Leitungen des Verteilungsnetzes können Überspannungen atmosphärischer oder anderer Herkunft an die Abnehmeranordnungen gelangen. Derartige Überspannungen treten in der Gestalt von Impulsen mit sehr steiler Flanke und einer Spannungshöhe, die beispielsv/eise bei einem Blitzschlag ein sehr hohes Niveau erreichen kann.

Bisher enthielten die Abnehmeranordnungen im allgemeinen Einrichtungen elektromechanischer Art mit einer hohen Isolation, beispielsweise Einrichtungen mit einem Motor, Heizungs- und Beleuchtunganlagen, Apparate mit elektrischer Röhrentechnik, die alle imstande waren, augenblicklich auftretende Überspannungen ohne Schaden zu überstehen. Im Lauf der letzten Jahrzehnte werden jedoch in den Anordnungen der privaten Haushalttechnik mehr und mehr Bauelemente der Halbleitertechnik und der Festkörpertechnik, teilweise als wesentlicher Bestandteil verwendet. Diese Bauelemente sind aber selbst gegen kurzzeitige. Überspannungen direkter oder induzierter Natur besonders leicht verwundbar.

Die Zerstörung teurer Apparate tritt immer häufiger auf. Rundfunk- und Fernsehempfänger enthalten Festkörperbauelemente, die gegen Überspannungen sehr empfindlich sind. Ebenso sind Anrufbeantworter, HiFi-Geräte, Magnettongeräte, Plattenspieler und Verstärkeranlagen teuere Geräte, die im wesentlichen mit Transistoren ausgerüstet sind und durch eine überspannung leicht außer Betrieb gesetzt werden können. Auch Regelvorrichtungen elektrischer Haushaltgeräte können Schaden erleiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem elektrischen Installationsnetz der eingangs angegebenen Art eine Schutzschaltung vorzusehen, die gegen Überspannungen sehr empfindliche elektrische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Festkörperbauelemente wirksam gegen aus dem Energieverteilüngsnetz eingeführte Überspannungen schützt.

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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Entladeröhren zwischen den Sicherungen oder Trennschaltern einerseits und den Geräten der Verbraucheranordnungen andererseits an die Zuführungsleitungen angeschlossen sind und daß die Entladeröhren derart bemessen sind, daß ihre Zündspannung zwischen der höchsten für die transistorisierten Anordnungen der Verbrauchergeräte vorgesehenen Versorgungsspannungen des Installationsnetzes für die Verbraucheranordnungen und einer kurzzeitig höchsten Spannung im Installationsnetz liegt, die für die gegen eine überspannung empfindlichsten elektrischen Bauelemente der Geräte der Verbraucheranordnung noch zulässig ist.

Gemäß der Erfindung ist jede Entladeröhre für den. Durchfluß eines sehr hohen Stromstoßes während eines kurzzeitigen Anliegens der Zündspannung an ihren Polen bemessen.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Sicherungen und/oder die Trennschalter Teile einer Anordnung, in der auch die Entladeröhren enthalten sind.

Besonders vorteilhaft ist es auch, die Schutzschaltungen gegen Überspannungen unmittelbar hinter den primären Sicherungen oder Trennschaltern des Installationsnetzes anzuordnen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines gemäß der Erfindung geschützten elektrischen Installationsnetzes besteht darin, daß zunächst der maximal mögliche Wert U₁ der Versorgungsspannung bestimmt wird, der im elektrischen Installationsnetz für die Verbraucheranordnung im ungestörten Betrieb auftreten kann, daß danach eine der Zahl der gegen Überspannungen zu schützenden Leiter entsprechende Anzahl Entladeröhren vorgesehen wird mit einer Zündspannung, die wertmäßig über dem oben ermittelten Wert U.. der Versorgungsspannung liegt, die aber wertmäßig niedriger ist als der höchste für die gegen Überspannungen empfindlichsten Bauelemente in den Geräten der Verbraucheranordnung kurzzeitig zuläs-

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sige Wert U_ der Versorgungsspannung im Installationsnetz, und daß schließlich diese einseitig geerdeten Entladeröhren an die zu schützenden Leiter, jeweils zwischen der Hauptsicherung bzw. dem Trennschalter einerseits und dom ersten Gerät der Verbraucheranordnung andererseits angeschlossen wird.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand der Beschreibung einiger vorteilhafter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargelegt. In der zuaehörigen Zeichnung zeigen

Figur 1 in einer schematischen Darstellung ein Zuführungsleiterpaar am übergang in ein elektrisches Instal-•lationsnetz für eine Verbraucheranordnung mit einer Schutzschaltung gegen Überspannungen,

Figur 2 in einer schematischen Darstellung ein Zuführungsleiterpaar mit einer geschützten Trennschalteranordnung in einem Installationsnetz für eine Verbraucheranordnung .

In der in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßeri Anordnung erkennt man ein Zuführungsleiterpaar 1 und 2, das in das elektrische Installationsnetz für die Verbraucheranordnung einer Wohnung übergeht. Das Zuführungsleiterpaar durchquert dabei zuerst einen Zähler 3 und danach einen Trennschalter 4, der ein Differentialschalter sein kann. An jede der beiden Zuführungsleitungen 1 und 2 ist jeweils eine Entladeröhre 5 und 5' als überspannungsableiter angeschlossen. Ein Pol dieser Entladeröhren liegt an Erde 6. Die Erdung kann in vorteilhafter Weise über den Schutzleiter vorgenommen werden. Die Einrichtung 7 in der Figur 1 stellt die Mauer dar, die die Wohnung mit dem Installationsnetz von der Außenwelt trennt.

Die Entladeröhren 5 und 5¹ sind so ausgewählt, daß ihre Zündspannung ü„ für die Entladung höher ist als die für die tran-

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sistorisierten Geräte der Verbraucheranordnung vorgesehene Spannung, beispielsweise höher als die zum Einschalten und 'zum Ausschalten der verschiedenen in der Verbraucheranordnung enthaltenen Geräte über das Installationsnetz geleiteten Spannungen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, reichen die im normalen Betrieb der Geräte auftretenden Überspannungen der Transistoren aus, die Fntladeröhren zu zünden und die Zuführungsleitungen an Erde zu legen.

Außerdem ist die Zündsoannung U_ der Entladeröhren so gewählt, daß sie wertmäßig unterhalb dem X'Jert U- für die Maximale überspannung bleibt, der ohne Schaden für die gegen Überspannungen empfindlichsten Bauelemente in den betriebenen Geräten zulässig ist. Ohne diese Bedingung ist ein Schutz der Geräte unwirksam, da die Schutzschaltung dann schädliche Überspannungen an die dagegen empfindlichen Bauelemente gelangen läßt.

Bei der richtigen Auswahl der Entladeröhre arbeitet die Schaltung folgendermaßen: Für eine fiber spannung ist die Zündspannung U„ niedriger als die Spannung ü„. Das heißt, die gegen Überspannungen empfindlichsten Bauelemente bleiben geschützt, die Ladung der Überspannung fließt in eine der beiden oder in beide Entladeröhren ein. Dank dieses Entladevorgangs sind die kurzzeitig aufgetretenen Ladungen nach Erde abgeflossen und das Installationsnetz der Verbraucheranordnung ist an der Entladestrecke kurzgeschlossen. Der Trennschalter 4 erleidet dadurch einen.stark überhöhten Abschaltstrom. Nachdem die Ladung abgeflossen ist, besteht an den ΡοΙρπ der Entladeröhre bzw.-röhren keine Spannung mehr. Nach dem Auflösen der Überspannung schaltet sich der Trennschalter wieder selbsttätig ein, so daß der normale Betriebszustand wieder hergestellt ist.

Der Vorteil der Schaltung ist offensichtlich. Liegt beispielsweise die Zündspannung der Entladeröhre bei etwa 45o Volt und die Spannung für die Verbraucheranordnung bei 22o Volt zwischen Phase und Null, tritt ein sicherer Kurzschluß auf, wenn die

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überspannung 4oo Volt überschreitet. Die Fntladeröhre zündet nahezu augenblicklich, nur nach wenigen Hundertstel Sekunden. Dabei können Entladeströme über 15 Kiloamnere fließen.

Da es sich meistens um das Vorbeugen gegen atmosphärische Entladungen und Störungen kurzer Dauer handelt, wird der Entladevorgang vollständig abgebrochen, sobald die Ladung abgeflossen ist, weil danach überhaupt keine Spannung mehr an den Polen der Entladeröhre besteht.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die oben beschriebene Schutzschaltung in eine einen Trennschalter enthaltende Anordnung 4o mit eingeschlossen ist. Diese neue Anordnung verhält sich im Betriebszustand einesteils wie ein bekannter Trennschalter zum Schutz gegen sich auf dem Energieverteilungsnetz zufällig ausbreitende Überspannungen. Die Zuführungsleitungen 1 und 2 sind an die Eingangsklemmen 41 und 42 der Anordnung 4o angeschlossen. Die Schaltung des Trennschalters ist als bekannt vorausgesetzt und nicht in Figur 2 dargestellt. Sie liegt an der Eingangsseite der Anordnung 4o. An dessen Stelle sind die Zuführungsleitungen gestrichelt gezeichnet. Im ausgangsseitigen Teil der Anordnung 4o erkennt man eine Schutzschaltung, wie sie in Figur 1 angegeben ist. Die Entladeröhren 5 und 5¹ sind zur Ableitung von Überspannungen an die Leitungen 1 und 2 angeschlossen, und zwar jeweils zwischen die Trennschalterschaltung und die Ausgangsklemmen und 44 der Anordnung 4o. Die Wirkungsweise der Anordnung 4o ist die gleiche wie bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung.

4 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   1.\ Elektrisches Installationsnetz für eine Verbraucheranords / nung, das aus einem teilweise oder vollständig aus Freileitungen gebildeten Fnergieverteilungsnetz stromversorgt wird mit Sicherungen oder Trennschaltern und mit einer Schutzschaltung gegen Überspannungen aus dem Energieverteilungsnetz, die als überspannungsableiter oder Blitzschutz ausgebildete Entladeröhren enthält und in der die Entladeröhren zur Ableitung der überspannung mit einem Pol an Erde liegen und der andere Pol der Entladeröhren je an eine Zuführungsleitung zum Energieverteilungsnetz angeschlossen ist , dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeröhren (5, 5¹) zwischen den Sicherungen oder Trennschaltern (4) einerseits und den Geräten der Verbraucheranordnung andererseits an die Zuführungsleitungen (1, 2) angeschlossen sind und daß die Entladeröhren derart bemessen sind, daß ihre Zündspannung (U₂) zwischen äet höchsten für die transistorisierten Anordnungen der Verbräuchergeräte vorgesehenen Versorgungsspannung (U₁) des Installationsnetzes für die Verbraucheranordnung und einer kurzzeitig höchsten Spannung (U₂) im Installationsnetz liegt, die für die gegen eine überspannung empfindlichsten elektrischen Bauelemente der Geräte der Verbraucheranordnung noch zulässig ist.

   2. Elektrisches Installationsnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entladeröhre für den Durchfluß eines sehr hohen Stromstoßes während eines kurzzeitigen Anliegens der Zündspannung (U_) an ihren Polen bemessen ist.

   3. Elektrisches Installationsnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherungen oder Trennschalter (4) Teile einer Anordnung (4o) sind, die die Entladeröhren (5, 5¹) enthält.

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   4. Elektrisches Installationsnetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung gegen Überspannungen unmittelbar hinter den primären Sicherungen oder Trennschaltern des Installationsnetzes angeordnet ist.

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