DE3611793A1

DE3611793A1 - Ueberspannungsschutzeinrichtung fuer elektrische anlagen, insbesondere fuer elektronische apparate

Info

Publication number: DE3611793A1
Application number: DE19863611793
Authority: DE
Inventors: Bertalan Dipl.-Ing. ETH Zürich Dombi
Original assignee: Zellweger Uster AG
Current assignee: Zellweger Uster AG
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1986-11-06
Also published as: AU5651286A; IT1191881B; GB8609528D0; GB2175156A; IT8647972A0; CH668516A5

Description

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ZELLWEGER USTER AG₅ CH-8610 USTER

Ueberspannungsschutzeinrichtung für elektrische Anlagen, insbesondere für elektronische Apparate

ZAG 3 85 01

Die Erfindung betrifft eine Ueberspannungsschutzeinrichtung für elektrische Anlagen, insbesondere für elektronische Apparate, bei welcher einerseits zwischen die beiden Leitungen des Netzeingangs ein erster spannungsabhängiger Widerstand geschaltet ist und anderseits diese beiden Leitungen je über einen weiteren spannungsabhängigen Widerstand an Masse oder an Erde gelegt sind.

Elektronische Apparate und elektrische Niederspannungsanlagen, das sind Anlagen mit einer Nenn- oder Betriebsspannung bis zu etwa 1000 V, sind bekanntlich durch Ueberspannungen gefährdet. Diese haben ihren Ursprung beispielsweise in atmosphärischen oder nuklearen Entladungen, in direkten Kontakten, in kapazitiver oder induktiver Kopplung mit anderen elektrischen Anlagen, welche höhere Spannung führen, oder in Schaltvorgängen in den Anlagen selbst.

Die Verwendung spannungsabhängiger Widerstände für Ueberspannungsschutzeinrichtungen ist bekannt. Derartige Widerstände, insbesondere Varistoren, das sind Widerstände mit einem negativen Spannungsexponenten des Widerstandes, zeichnen sich dadurch aus, dass ihr Widerstand mit zunehmender Spannung kleiner wird. Sie eignen sich daher prinzipiell zum Schutz vor Ueberspannungen.

, Die genannte Eigenschaft der spannungsabhängigen Widerstände nützt auch eine aus der DE-OS 31 09 883 bekannte Lieberspannungsschutzeinrichtung der eingangs genannten Art aus, bei welcher jedoch der Nachteil besteht, dass durch das direkte Anlegen der spannungsabhängigen Widerstände an Masse oder Erde das geforderte Isolationsniveau von beispielsweise mindestens 2 kV nicht gewährleistet ist.

Durch die Erfindung soll nun diese bekannte Ueberspannungsschutzeinrichtung

Z* dahingehend verbessert werden, dass sie die Ableitung energiereicher Ueberspannungen garantiert und ausserdem ein hohes Isolationsniveau gewährleistet. Dabei soll gleichzeitig dafür gesorgt sein, dass die Betriebsspannung des elektronischen Apparats im Störungsfall den für die Aufrechterhaltung von dessen Funktionstüchtigkeit notwendigen Wert nicht unterschreitet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen den weiteren spannungsabhängigen Widerständen und der Masse bzw. Erde ein gasgefüllter Ueberspannungsableiter angeordnet ist.

, Die Verwendung gasgefüllter Ueberspannungsableiter in Ueberspannungsschutzeinrichtungen ist an sich bekannt. So ist beispielsweise in der DE-AS 23 55 421 und in der DE-OS 25 38 919 je eine Ueberspannungsschutzeinrichtung mit einem gasgefüllten Ueberspannungsableiter und einem dazu parallel geschalteten spannungsabhängigen Widerstand beschrieben. Diese Anordnungen vermögen jedoch die gestellte Aufgabe nicht zu lösen. Denn sobald der gasgefüllte Ueberspannungsableiter angesprochen hat, bricht die Betriebsspannung auf dessen sogenannte Bogenbrennspannung zusammen, welche

ca. 10 bis 25 V beträgt. Und dies bedeutet bei allen eine höhere Betriebsspannung benötigenden Geräten eine Spannungsunterbrechung infolge Kurzschlusses mit Durchbrennen der Sicherung, durch welche das Gerät ausser Betrieb gesetzt wird.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Ueberspannungsschutzei nri chtung besteht in deren Folgestromunterdrückung. Das bedeutet, dass der gasgefüllte Ueberspannungsableiter nach Abklingen der Ueberspannung nicht wie bei den meisten bekannten Einrichtungen so lange weiterbrennt, wie die anliegende Spannung die notwendige Brennspannung überschreitet bzw. der Ueberstromschutz anspricht, sondern wegen der Wirkung der beiden weiteren spannungsabhängigen Widerstände erlischt.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels, welches ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemässen Ueberspannungsschutzeinrichtung zeigt, näher erläutert.

In der Figur ist der Netzeingang eines gegen Ueberspannung zu schützenden elektronischen Apparats dargestellt. Die Netzspannung von beispielsweise 220 V liegt an zwei Versorgungsleitungen 1 und 2 und der Netzeingang besteht darstellungsgemäss aus drei Stufen: Aus einer Ueberspannungsschutzei nri chtung US, aus einem Tiefpassfilter TP und aus einer Stufe PT zur Potential trennung, von welcher Leitungen 3 und 4 zum eigentlichen Verbraucher abzweigen.

Die Stufe PT zur Potential trennung, welche darstellungsgemäss einen

induktiv wirkenden Uebertrager 5 aufweist, wird als bekannt vorausgesetzt und wird daher hier nicht näher beschrieben. Das aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit eingebaute Tiefpassfilter TP unterstützt zwar durch Reduktion der hochfrequenten Restanteile der Ueberspannungsspitzen die Schutzwirkung der Ueberspannungsschutzeinrichtung US, sein Beitrag an die Schutzwirkung ist aber lediglich von sekundärer Bedeutung.

Die Ueberspannungsschutzeinrichtung US besteht darstellungsgemäss aus insgesamt drei ZNR-Widerständen 6, 7 und 8 und aus einer Gaszelle 9. Der erste ZNR-Widerstand 6 ist zwischen die beiden Versorgungsleitungen 1 und 2 geschaltet. Die beiden weiteren ZNR-Widerstände 7 und 8 befinden sich in einem zweiten, die Versorgungsleitungen 1 und 2 verbindendenden Zweig, von welchem von einem Knotenpunkt 10 zwischen den beiden Widerständen 7 und 8 ein weiterer Zweig 11 abzweigt, welcher über die Gaszelle 9 an Masse oder Erde gelegt ist.

Die Ueberspannungsschutzeinrichtung US ist gegen beide Arten von Ueberspannungen wirksam, also sowohl gegen solche, die gegen Pol und Nulleiter im Gegentakt, als auch gegen solche, die auf Pol und Nulleiter gegenüber Masse gleichsinnig, im Gleichtakt wirken.

Gegentakt-Ueberspannungen werden über den Widerstand 6 abgeleitet, welcher ähnlich wie eine bipolare Zener-Diode dann leitend zu wirken beginnt, wenn die Ueberspannung den Wert seiner Schwellenspannung überschreitet.

Durch eine Gleichtakt-Ueberspannung zündet die Gaszelle 9 und es erfolgt

dadurch über die Widerstände 7 und 8 eine Ableitung zur Masse. Sobald die Ueberspannung abgeklungen ist, löscht die Gaszelle 9, weil bei der dann herrschenden Betriebsspannung des Netzes die Widerstände 7 und 8 nicht
mehr leitend wirken und dadurch der Lichtbogen in der Gaszelle 9 mangels Strom abreisst. Durch die Serienschaltung der Gaszelle 9 mit den Widerständen 7 und 8 kann trotz geringer Brennspannung der Gaszelle 9 kein Folgestrom aufkommen.

Typische Richtwerte für die ZNR-Widerstände 6, 7 und 8 und die Gaszelle 9 sind die folgenden:

- Widerstände 6, 7, 8: Schwellenspannung 470 V/lmA

- Gaszelle 9: Zündspannung 1500 V

Brennspannung 15 V

Die beschriebene Ueberspannungsschutzeinrichtung US kann sowohl bei Geräten mit Schutzerde - Isolation 2 kV _f, - als auch bei solchen mit Schutzisolation - Isolation 4 kV „ - verwendet werden. Zur Prüfung der Isolation braucht lediglich die Gaszelle 9 ausgebaut zu werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Ueberspannungsschutzeinrichtung für elektrische Anlagen, insbesondere für elektronische Apparate, bei welcher einerseits zwischen die beiden Leitungen des Netzeingangs ein erster spannungsabhängiger Widerstand geschaltet ist und anderseits diese beiden Leitungen je über einen weiteren spannungsabhängigen Widerstand an Masse oder Erde gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den weiteren spannungsabhängigen Widerständen (7,8) und der Masse bzw. Erde ein gasgefüllter überspannungsableiter (9) angeordnet ist.

2. Ueberspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spannungsabhängigen Widerstände (6,7,8) durch ZNR-Widerstände gebildet sind.

3. Ueberspannungsschutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ZNR-Widerstände (6,7,8) eine Schwellenspannung von etwa 470 V/lmA besitzen, und dass der gasgefüllte Ueberspannungsableiter (9) eine Zündspannung von etwa 1500 V und eine Brennspannung von etwa 15 V aufweist.

ZAG 3 85 01