DE68916434T2 - Für den schutz elektrischer anlagen gegen transienten geeignete einrichtung. - Google Patents

Description

Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, die für die Benutzung beim Schutz elektrischer Anlagen vor Transienten, vor allem Netzspannungsanlagen, geeignet ist.
Stand der Technik
• Elektrische Transienten in bekannten Leistungsstromkreisen sind eine Hauptursache von Problemen besonders in empfindlicher elektronischer Ausrüstung. Je höher der Spannungspegel einer elektrischen Transiente ist, die eine zu schützende Ausrüstung erreicht, um so wahrscheinlicher wird die Ausrüstung durch die Transiente beschädigt oder nachteilig beeinflußt. Bei einer 240 Volt Wechselstrom-Netzstromversorgung können z.B. transiente Überspannungen durch Schalten, entfernte Blitzschläge und ähnliches verursacht werden. Die Netzstromversorgung kann transiente Überspannungen von beispielsweise bis zu 10 Kilovolt befördern, und es ist notwendig sicherzustellen, daß die Überspannung, die die Last- bzw. Verbrauchereinrichtung erreicht, wesentlich verringert ist, vorzugsweise unter 1000 Volt, zweckmäßig unter 700 Volt.
• Verschiedene Vorschläge sind gemacht worden, um Anlagen gegen transiente Überspannungen zu schützen, aber diese sind oft teuer und/oder überhaupt nicht wirksam gewesen: in einer vorgeschlagenen Schutzeinrichtung kann z.B. ein Leck eines kleinen Stroms aus dem stromführenden Leiter in die Erde auftreten, was unerwünscht ist. Ein spannungsabhängiger Widerstand, der als ein Varistor bekannt ist und zum Betrieb an einem 240-Volt-Stromnetz bemessen ist, leckt einen Stationärstrom von weniger als 1 mA. Während der Varistor jedoch eine 1kA-Transiente ableitet, entwickelt er über 900 Volt über seinen Anschlüssen. Ein Varistor (oder eine Kombination), der insgesamt für 190 Volt Wechselstrom bemessen ist, entwickelt nur ungefähr 620 Volt bei derselben Transiente.
• Obwohl die für 190 Volt bemessene Komponente eindeutig besseren Schutz bietet, kann sie an einem 240-Volt-Stromnetz nicht benutzt werden, da der Konstantleckstrom zu Überhitzung und Zerstörung des Varistors führen würde.
• Es ist vorgeschlagen worden, elektrische Ausrüstung gegen elektrische Transienten durch Vorrichtungen zu schützen, die Gasentladungsröhren und spannungsabhängige Widerstände beinhalten. GB2 175156A beschreibt beispielsweise eine solche Einrichtung, aber in dieser Einrichtung sind spannungsabhängige Widerstände direkt zwischen den stromführenden und neutralen Leitungen verbunden und leiden deshalb unter Stromlecken, wie oben kurz dargestellt, oder liefern schlechten Schutz gegen Transienten im stromführenden/neutralen Leiter. Ferner ist der Schutz gegen Transienten, die zwischen den stromführenden und neutralen Leitern auftreten, relativ unwirksam und verläßt sich auf die spannungsabhängigen Widerstände. US 4677518-A beschreibt eine weitere solche Einrichtung, diese ist aber gebaut, um Schutz nur zwischen zwei Leitern (stromführend und neutral) zu bieten, und kein direkter Schutz zwischen stromführenden und Erd- noch zwischen Neutral- und Erdleitern ist ins Auge gefaßt. FR 2609580 beschreibt eine Anordnung, in der zwei Entladungsröhren zwischen stromführend und neutral angeordnet sind. Offenbarung der Erfindung Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Schutzes für Netzstromausrüstung gegen elektrische Transienten.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Einrichtung, die wirksam ist, um Transienten mit großer Amplitude auf einen niedrigen Pegel zu reduzieren. In einer Erscheinungsform kann die Erfindung als eine Vorrichtung zur Benutzung beim Schutz elektrischer Anlagen gegen Transienten bereitstellend betrachtet werden, wie in Anspruch 1 dargelegt ist.
• In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die Gasentladungsröhre mit dem stromführenden Leiter entweder direkt oder über einen spannungsabhängigen Widerstand verbunden, aber es gibt keine andere Verbindung zwischen stromführenden und Erd- oder zwischen stromführenden und neutralen Leitem innerhalb der Vorrichtung als durch die Gasentladungsröhre.
• In einer Vorrichtung gemäß der Erfindung stellt der Überschlagpegel der Gasentladungsröhre (Spannung, bei dem sie leitend wird) die Mindestdurchlaßspannung der Vorrichtung dar, d.h. Transienten, die kleiner sind als die Überschlagspannung werden von der Vorrichtung nicht gedämpft. Diese Spannung ist vorzugsweise weniger als 600 Volt, bevorzugter ungefähr 500 Volt.
• Gasentladungsröhren können von jeder beliebigen, geeigneten Quelle sein. Geeignete Röhren werden von Beswick, Vorrichtung Reihe 37; Spitzenstromhandhabung 10kA, für 8/20 us Wellenform, geliefert.
• In den bevorzugten Vorrichtungen ist die Bauweise 50, daß die Vorrichtung Varistoren zwischen jedem der Leiter hat, mit denen die Vorrichtung zu verbinden ist.
• In einer bevorzugten Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die Gasentladungsröhre eine Mehrpol-, zweckmäßig eine Dreipol-Gasentladungsröhre mit einer Anzahl von Polen, entsprechend der Anzahl von Leitern in der elektrischen Versorgung, mit der sie zu verbinden ist, wobei an jeden Pol ein Anschluß eines Varistors angeschlossen ist und der andere Anschluß angepaßt ist, um mit einem zugeordneten Leiter von den Leitern verbunden zu sein: so hat die dreipolige Vorrichtung Pole, die jeweils stromführenden, Erd- und Neutralleitern in einer Einphasenversorgung zugeordnet sind.
• In einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung ist das Netzwert ein Sternnetzwerk mit einer Vielzahl von Varistoren, von denen einer jedem Leiter zugeordnet ist, wobei ein Anschluß gemeinsam verbunden ist und der andere Anschluß mit dem zugeordneten Leiter von den Leitern verbunden ist, wobei der oder jeder Varistor, der einem stromführenden Leiter zugeordnet ist, mit einem Pol der Gasentladungsröhre verbunden ist, von der ein anderer Pol mit dem stromführenden Leiter verbunden ist.
• In einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt das Netzwerk einen Varistor, der zwischen den Neutral- und Erdleitern verbunden ist, einen Varistor oder Varistoren, die zwischen Erde und einem Pol der oder jeder Gasentladungsröhre verbunden sind, und einen Varistor oder Varistoren, die zwischen Neutral und einem Pol der oder jeder Gasentladungsröhre verbunden sind. Zweckmäßig sind der Varistor oder die Varistoren, die zwischen den Erd- bzw. Neutralleitern und einem Pol der oder jeder Gasentladungsröhre verbunden sind, mit dem selben Pol der Gasentladungsröhre verbunden. Alternativ können die oder jede Gasentladungsröhre drei Pole haben, von denen einer mit dem zugeordneten stromführenden Leiter verbunden ist, und von denen die zwei anderen jeweils mit dem Varistor, der mit dem Erdleiter verbunden ist, und dem Varistor, der mit dem Neutralleiter verbunden ist, verbunden sind.
• In bevorzugten Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind die Gesamtspannungsbemessung des Varistors oder der Varistoren, die zwischen den stromführenden und Erdleitern verbunden sind, und die Gesamtspannungsbemessung des Varistors oder der Varistoren, die zwischen den stromführenden und neutralen Leitern verbunden sind, ausreichend hoch, daß, nachdem eine transiente Spannung vorüber ist, die Entladungsröhre aufhört zu leiten.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, in dem die 10 Entladungsröhre zwei Pole hat, sind die Gesamtspannungsbemessungen der Varistoren, die direkt zwischen den Erd- und Neutralleitern verbunden sind, vorzugsweise im wesentlichen gleich der Effektivspannung, die zwischen den stromführenden und neutralen Leitern angelegt ist.
• In einer weiteren Erscheinungsform kann die Erfindung als eine Einrichtung, die zur Benutzung beim Schutz elektrischer Anlagen geeinget ist, bereitstellend betrachtet werden, die eine Vielzahl von Vorrichtungen gemäß der Erfindung umfaßt.
• Eine bevorzugte Einrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine oder mehrere Vorrichtungen gemäß der Erfindung, wie in den vorhergehenden Absätzen dargelegt ist, Induktanzen, die in Reihe in den stromführenden und neutralen Leitern zwischen der Vorrichtung oder den Vorrichtungen und der Last verbunden sind, und einen Varistor, der die stromführenden und neutralen Leiter, die zwischen den Induktanzen und der Last positioniert sind, verbindet; eine bevorzugte Einrichtung umfaßt ferner Varistoren, die verbunden sind zwischen dem Erdleiter und den stromführenden und neutralen Leitem an einer Position zwischen den jeweiligen Induktanzen und der Last, von einer Spannungsbemessung, die ausreichend hoch ist, um ein wesentliches Stromlecken im normalen Betrieb der Ausrüstung zu verhindern.
• Um entweder elektrische Ein- oder Mehrphasenversorgungen zu schützen, können Vorrichtungen oder Einrichtungen gemäß der Erfindung benutzt sein. Bei Mehrphasenversorgungen sind die neutralen und Erdleiter bequemerweise für alle Phasen gemeinsam, und eine Vorrichtung (oder eine Einrichtung) gemäß der Erfindung ist jedem stromführenden (Phasen-) Leiter zugeordnet.
Kurze Beschreibung. der Zeichnungen
• Nunmehr folgt eine ausführliche Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen der Einrichtung zu lesen ist, die die zur Benutzung beim Schutz elektrischer Anlagen gegen Transienten geeignete Erfindung verkörpert, wobei jede eine Vorrichtung umfaßt, die selbst die Erfindung in einer anderen ihrer Erscheinungsformen verkörpert. Es wird erkannt werden, daß diese Einrichtung und diese Vorrichtungen zur Beschreibung gewählt worden sind, um die Erfindung durch Beispiel zu verdeutlichen.
• In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine graphische Ansicht einer bevorzugten Vorrichtung, die zur Benutzung in der Einrichtung, die die Erfindung verkörpert, geeignet ist;
• Fig. 2 einen Schaltplan einer Einrichtung, die die Erfindung verkörpert;
• Fig. 3, 4 und 5 graphische Ansichten von zweiten, dritten und vierten Vorrichtungen, die zur Benutzung in den Einrichtungen, die die Erfindung verkörpern, geeignet sind;
• Fig. 6 und 7 Schaltpläne, die jeweils serielle und parallele Vorrichtungen zeigen, die die Erfindung verkörpern;
• Fig. 8 einen Schaltplan einer zweiten Einrichtung, die die Erfindung verkörpert; und
• Fig. 9 einen Schaltplan einer dritten Einrichtung, die die Erfindung zur Benutzung bei einer Dreiphasenstromversorgung verkörpert.
Beste Ausführungsarten der Erfindung
• Die Einrichtungen, die die Erfindung verkörpern und nachfolgend beschrieben sind, sind alle zur Benutzung beim Schützen elektrischer Anlagen, die an eine Wechselstrom- Netzstromversorgung angeschlossen sind, geeignet und umfassen eine oder mehrere Vorrichtungen, die zur Benutzung beim Schutz elektrischer Anlagen gegen Transienten geeignet sind, die nachfolgend unter Bezugnahme auf eine der Figuren 1, 3, 4 und 5 beschrieben sind. Jede dieser Vorrichtungen umfaßt ein Netzwerk von spannungsabhängigen Widerständen, die in diesem Dokument als "Varistoren" bezeichnet sind, die durch eine Gasentladungsröhre mit stromführenden, Erd- und Neutralleitern verbunden sind, wobei die Gasentladungsröhre dem stromführenden Leiter zugeordnet ist. Die erste, bevorzugte, verdeutlichende Vorrichtung 15, die in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt eine mehrpolige, nämlich eine dreipolige Gasentladungsröhre 1 und drei Varistoren 2, 3, 4, wobei von jedem ein Anschluß mit einem Pol der Gasentladungsröhre 1 verbunden ist und der andere Anschluß angepaßt ist, um mit einem zugeordneten Leiter von den Leitern P, N, E verbunden zu sein, wie in Fig. 1 angegeben ist.
• Die zweite, in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung umfaßt ein Deltanetzwerk mit drei Varistoren 5, 6, 7. Der Varistor 7 ist angeordnet, um zwischen den Neutral- und Erdleitern N, E verbunden zu sein, während die Varistoren 5, 6 einen Anschluß jeweils mit Neutral- und Erdleitern N, E verbunden haben und ihre anderen Anschlüsse gemeinsam verbunden und mit einem Pol einer zweipoligen Gasentladungsröhre 8 verbunden haben, von der der andere Pol angeordnet ist, um mit dem stromführenden Leiter P verbunden zu sein.
• Die dritte Vorrichtung umfaßt auch eine Art von Deltanetzwerk, die drei Varistoren 5, 6, 7 und eine Gasentladungsröhre 1 hat. Die Gasentladungsröhre 1 hat drei Pole und ist derjenigen ähnlich, die in der ersten Vorrichtung benutzt ist. Einer der Pole ist mit dem stromführenden Leiter P verbunden, während einer der anderen Pole mit einem Anschluß des Varistors 5 verbunden ist und der letzte Pol mit einem Anschluß des Varistors 6 verbunden ist, deren anderen Anschlüsse jeweils mit den neutralen und stromführenden Leitern N, E verbunden sind; der letzte Varistor 7 ist zwischen den Neutral- und Erdleitern N, E verbunden.
• Die vierte Vorrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist ein Sternnetzwerk und umfaßt eine Vielzahl von Varistoren 2, 3, 4, wobei einer jedem Leiter P, N bzw. E zugeordnet ist. Die Varistoren haben alle einen Anschluß gemeinsam verbunden und den anderen Anschluß mit einem zugeordneten Leiter der Leiter P, N, E verbunden. Der Varistor 2 ist dem stromführenden oder Phasenleiter P zugeordnet, der Varistor 3 dem Neutralleiter N und der Varistor 4 dem Erdleiter E. Der Varistor 2, der dem stromführenden Leiter P zugeordnet ist, ist mit einem Pol einer zweipoligen Gasentladungsröhre 1, ähnlich der Röhre 1 der zweiten Vorrichtung, verbunden; der andere Pol ist mit dem stromführenden Leiter verbunden.
• Jede der in den Figuren 1, 3, 4 und 5 gezeigten Vorrichtungen ist zum Einsatz beim Schutz von Lastanlagen gegen elektrische Transienten an einer 240-Volt-Wechselstrom- Netzstromversorgung vorgesehen; jedoch können ähnliche Vorrichtungen in Verbindung mit Wechselstromversorgungen benutzt werden, die angeordnet sind, um bei anderen Spannungen betrieben zu sein, sofern die Komponenten der Vorrichtungen angemessen gewählt werden.
• In den in den Zeichnungen gezeigten Vorrichtungen sind die Gasentladungsröhren 1, 8 von einem Typ, der angeordnet ist, um leitend zu werden, wenn der Potentialunterschied zwischen den Polen einen vorgewählten Pegel überschreitet, in den verdeutlichenden Vorrichtungen 500 Volt.
• Nachdem eine Transiente durch die Anordnung der Entladungsröhre 1; 8 und die Varistoren 2 3, 4; 5, 6 7 entladen worden ist, muß die Röhre 1; 8 aufhören zu leiten: daher müssen die Varistoren 2, 3 und 2, 4 in der ersten und vierten Vorrichtung und die Varistoren 5, 6 in der zweiten und dritten so gewählt sein, daß sie bei Spitzennetzspannung einen Strom lecken, der weniger ist als derjenige, der zum Aufrechterhalten der Entladungsröhre 1, 8 in einem leitenden Zustand erforderlich ist. In den verdeutlichenden Vorrichtungen muß dieser Leckstrom weniger als 1 Amp. bei Spitzennetzspannungen sein. Daher dürfen die Spannungsbemessungen eines Varistors, oder einer Kombination von Varistoren, die angepaßt sind, um zwischen stromführend und neutral oder stromführend und Erde über eine Gasentladungsröhre verbunden zu sein, nicht unter einer Mindestspannungsbemessung bemessen sein, die von dem maximal annehmbaren Leckstrom abhängt. In den verdeutlichenden Vorrichtungen ist diese maximale Spannungsbemessung 180 V quadratische Mittel- bzw. Effektivspannung.
• Die Strombemessung aller in den verdeutlichenden Vorrichtungen benutzten Varistoren ist 6,5 kA für eine 8/20 us Testwellenform (d.h. eine Anstiegszeit zur Spitze von 8 us und eine Zeit zum halben Spitzenstrom von 20 us). Falls gewünscht, könnten jedoch Varistoren mit anderen Strombemessungen benutzt sein. Die Varistoren der Reihe S20K von Siemens sind geeignet.
• In der in den Figuren 1 und 5 gezeigten Vorrichtung ist die Summe der Spannungsbemessungen der Varistoren 2 und 3 und der Varistoren 2 und 4 so gewählt, daß sie ungefähr 190 Volt sind; beispielsweise könnten Varistor 2 für 60 Volt und die Varistoren 3 und 4 für 130 Volt oder die Varistoren 2, 3 und 4 für 95 Volt bemessen sein. Entsprechend ist die Bemessung jedes der Varistoren 5, 6 in den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Vorrichtungen zweckmäßigerweise ungefähr 190 Volt. Die Varistoren, die zwischen Erd- und Neutralleitern verbunden sind, sollten keinen großen Strom leiten, wenn es einen Fehler, z.B. einen Kurzschluß, zwischen dem stromführenden Leiter P und einem der Erd- oder Neutralleiter E, N, gibt. Daher ist die Gesamtspannungsbemessung der Varistoren, die zwischen den Erd- und Neutralleitern verbunden sind, in denjenigen Vorrichtungen (Figuren 3 bis 5), in denen Varistoren zwischen Neutral und Erde nicht über die Entladungsröhre sondern direkt verbunden sind, vorzugsweise im wesentlichen gleich der Effektivspannung, die zwischen den stromführenden und neutralen Leitern P, N angelegt ist. In der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung ist die Summe der Spannungsbemessungen der Varistoren 3, 4 260 Volt und in den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Vorrichtungen ist Varistor 7 für 260 Volt bemessen.
• Eine Netzwerkvorrichtung des in Fig. 5 gezeigten Typs ist in Fig. 6 in den stromführenden, neutralen und Erdleitern P, N, E in Reihe verbunden gezeigt, wie oben dargelegt ist. In dieser Vorrichtung hat der Varistor 2 eine Spannungsbemessung von 60 Volt, und die, Varistoren 3, 4 haben jeweils Spannungsbemessungen von 130 Volt Bei der Benutzung veranlaßt so eine Transiente zwischen dem stromführenden Leiter P und einem der Neutral- oder Erdleiter N, E, die ungelähr 500 - 600 Volt überschreitet, die Gasentladungsröhre 1, leitend zu werden, und die Transiente wird durch die Varistoren 2, 3 bzw. 2, 4 entladen. Sollte eine Transiente zwischen den Neutral- und Erdleitern auftreten, die ungefähr 260 Volt überschreitet, wird diese durch die Varistoren 3, 4 entladen.
• Die Figur 7 zeigt eine ähnliche Vorrichtung, aber in einer parallelen Konfiguration bzw. Anordnung.
• Anstelle der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung können Vorrichtungen, wie sie in einer der Figuren 1, 3 oder 4 gezeigt sind, benutzt sein, um ähnliche Wirkungen zu erzielen.
• In der Praxis ist die Stromtrag- bzw. -belastbarkeit der Varistoren 2, 3, 4 begrenzt. Eine Transiente von großer Amplitude verursacht das Fließen großer Ströme durch die Varistoren 2, 3, 4. Die Spannung über diese Vorrichtungen steigt auf einen unannehmbar hohen Pegel, um einen hinreichenden Schutz für einige Lastanlagen bereitzustellen.
• Um einen besseren Schutz bereitzustellen, umfaßt eine erste verdeutlichende Einrichtung, wie sie z.B. in Fig. 2 gezeigt ist, eine Kaskadenanordnung ähnlicher Vorrichtungen, z.B. der Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist: Eine solche Kaskadeneinrichtung ist in der Lage, größere transiente Ströme abzuleiten als eine einzelne Schaltung, während sie eine niedrige transiente Überspannung, die eine Lastinstallation erreicht, aufrechterhält. Eine solche bevorzugte Einrichtung ist in Fig. 2 gezeigt und umfaßt drei Schutzvorrichtungen 15, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind. Wenn bei der Benutzung eine transiente Überspannung zwischen dem stromführenden Leiter P und einem oder beiden der Neutral- und Erdleiter N, E auftritt, veranlaßt die Transiente anfangs die Entladungsröhre 1 einer der drei Vorrichtungen 15, leitend zu werden, und Strom fließt durch die Varistoren in Reihe mit der Röhre 1, wobei sie den mit der transienten Spannung verknüpften Strom entlädt. In einigen Fällen ist jedoch der Betrieb irgendeiner der Vorrichtungen nicht ausreichend, um die transiente Überspannung zu begrenzen, und der Potentialunterschied zwischen dem stromführenden Leiter P und den anderen Leitern N, E nimmt weiter zu: Wenn dies geschieht und ausreichend Strom fließt, veranlaßt die Spannung die Röhre 1 einer zweiten der Vorrichtungen leitend zu werden, und wenn ein Anstieg weiter stattfindet, dann wird schließlich die dritte Vorrichtung betriebsbereit bzw. in Betrieb genommen. Es wurde festgestellt, daß drei solche Vorrichtungen ausreichend sind, um angemessenen Schutz für Lastinstallationen bereitzustellen, wobei Transienten auf weniger als 700 Volt begrenzt sind, die die Lastinstallationen in 240-Volt-Wechselstrom-Netzstromversorgungen erreichen. Wenn jedoch ein größerer Schutz erforderlich ist, dann wäre es natürlich möglich, weitere Vorrichtungen in die Kaskadenanordnung aufzunehmen. In der Praxis ist eine beste Leistung erreicht, wenn alle Unterschaltungen (und jede der Vorrichtungen in der bevorzugten Einrichtung, die eine Kaskade von Vorrichtungen umfaßt) im wesentlichen identisch sind.
• Obwohl die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung, die eine einfache Kaskade von Vorrichtungen des Typs, der z.B. in den Figuren 1, 3, 4 oder 5 gezeigt ist, zufriedenstellend ist, um,sich mit transienten Überspannungen an Netzstromversorgungen zu befassen, die beispielsweise durch Blitzschläge entstehen können, sind einige Transienten, z.B. Schalttransienten, von viel kürzerer Dauer, und der Spannungsanstieg ist oft viel schneller. Da die Gasentladungsröhren 1, 8 eine endliche Übergangszeit haben, die zum Wechsel vom nichtleitenden zum leitenden Zustand erforderlich ist, besteht eine Gefahr, daß die Entladungsröhren 1, 8 nicht ausreichend schnell leitend werden können, um sich mit einigen Transienten angemessen zu befassen.
• Dementsprechend ist eine zweite bevorzugte Einrichtung in Fig. 8 gezeigt. Diese umfaßt ebenso eine Kaskade von Vorrichtungen des Typs, der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben ist, die jedoch statt dessen Vorrichtungen des in den Figuren 3, 4 oder 5 beschriebenen Typs benutzen kann, falls dies gewünscht ist. In dieser zweiten verdeutlichenden Einrichtung sind Induktanzen 10, 11 in die stromführenden und neutralen Leiter P, N zwischen der Kaskade von Schutzvorrichtungen bzw. der Lastanlage enthalten, mit denen die Leiter an dem durch L angegebenen Punkt verbunden sind. Durch geeignete Wahl des Werts der Induktanzen 10, 11 trifft eine elektrische transiente Überspannung bei den Induktanzen 10, 11 auf eine hohe Impedanz, und der Fluß von unerwünschtem Strom zur Lastanlage L hin wird abgehalten; ferner unterstützt die Spannung, die über die Induktanzen 10, 11 hinweg entwickelt wird, die Gasentladungsröhren 1, leitend zu werden und die Transiente zu entladen, wie vorher beschrieben wurde.
• Ferner sind Varistoren 12, 13, 14 zwischen den stromführenden und neutralen, den stromführenden und Erd- bzw. den neutralen und Erdleitern angeordnet, um die Entladung etwaiger transienter Überspannungen, die durch die Induktanzen 10, 11 gehen, weiter zu unterstützen, wobei die Varistoren 12, 13, 14 einen Niedrigimpedanzweg für die Transiente während der Zeit, die gebraucht wird, bis die Vorrichtungen 15 leitend werden, bereitstellen. Eine Transiente, die beispielsweise die Induktanzen 10, 11 erreicht, induziert zwischen den stromführenden und neutralen Leitern P, N stromaufwärts von den Induktanzen 10, 11 rasch einen höheren Potentialunterschied von z.B. 1500 Volt und veranlaßt so die Kaskade von Vorrichtungen schneller funktionsfähig bzw. in Betrieb genommen zu sein als es andernfalls der Fall wäre.
• Die zweite, in Fig. 8 gezeigte, verdeutlichende Einrichtung, bei der die Varistoren 2, 3, 4 für 95 Volt bemessen sind, könnte eine 6000-Volt-Transiente, in internationalen Normen dargestellt, auf unter 600 Volt reduzieren.
• Wenn die Induktanzen 10, 11 von der in Fig. 8 gezeigten Schaltung weggelassen werden sollten, würde sich eine geringfügige Verringerung in der Leistungsfähigkeit für schnelle Transienten ergeben.
• Der Wert der Induktanzen und das Kernmaterial in den Induktanzen sind so gewählt, wie es erforderlich, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, wobei das Kernmaterial so gewählt wird, daß es ausreichende Wärmeabstrahlung sowie die notwendige Induktanz ergibt. Zweckmäßigerweise haben die Induktanzen 10 und 11 einen Wert von 7-10 uH, und Eisenstaub-Kernmaterial ist bevorzugt. In einem 240-Volt-Netzstromkreis sind die Bemessungen der Varistoren 12, 13, 14 bequemerweise 260 Volt, und diese haben eine zufriedenstellende Leistung, sofern der Strom, der sie erreicht, einige hundert Ampere nicht überschreitet - da die Vorrichtung 15 feuert, bevor die Spannung wesentlich über 500 Volt steigt, geschieht dies nicht.
• Die verdeutlichenden Einrichtungen geben besseren Schutz für Lastanlagen gegen transiente Überspannungen und können Transienten von hoher Energie auf einen Überspannungspegel verringern, der niedriger ist, als bisher mit Varistortechnologie allein möglich war. Ferner ist dies ohne ein wesentliches Lecken von Strom zwischen der Phase und Neutral- oder Erdleitern und zu relativ niedrigen Kosten im Vergleich zu früheren Vorschlägen erreicht. Die Kombination von relativ niedrig bemessenen Varistoren und Gasentladungsröhren ist relativ kostengünstig und wirksamer als frühere Einrichtungen zum Erreichen desselben Zweckes.
• Obwohl die verdeutlichenden Einrichtungen einphasige Versorgungen betreffen, können ähnliche Prinzipien angewandt werden, um mehrphasige Netzstromversorgungen durch geeignete Verbindung von Gasentladungsröhren/Varistor-Vorrichtungen zwischen den verschiedenen Phasen zu schützen.
• Die dritte verdeutlichende Einrichtung (siehe Fig. 9) ist angeordnet, um eine Dreiphasenversorgung mit drei stromführenden Leitern P1, P2, P3 zu schützen, und hat drei identische Vorrichtungen 15, wie vorher beschrieben, eine jeder Phase zugeordnet. So sind die Varistoren 3, 4 von jeder der drei Vorrichtungen 15 mit den Neutral- bzw. Erdleitungen N, E verbunden, während die Varistoren 2 mit dem zugeordneten Leiter von den stromführenden Leitern P1, P2, P3 verbunden sind. Natürlich können anstelle der Benutzung einer einzelnen Vorrichtung 15 zum Schützen jeder Phase drei Einrichtungen, die die Erfindung verkörpern, wobei jede eine Kaskade von Vorrichtungen (z.B. wie in diesem Dokument unter Bezugnahme auf Fig. 2 oder Fig. 8 beschrieben) hat, benutzt sein, wobei eine solche Einrichtung jedem stromführenden Leiter P1, P2, P3 zugeordnet ist. Alle Phasen/Phasen-Transienten werden über Erd- und /oder Neutralleiter und die entsprechenden Vorrichtungen 15 entladen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Benutzung bei dem Schutz elektrischer Anlagen gegen Transienten mit einem Netzwert von mindestens zwei spannungsabhängigen Widerständen (2, 3, 4, 5, 6, 7) und einer zweipoligen oder mehrpoligen Gasröhre (8; 1), wobei jeder spannungsabhängige Widerstand erste und zweite Enden hat, wobei die ersten Enden mit einem Pol der Gasröhre verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Pol der Gasröhre mit dem stromführenden Leiter (P) verbunden ist und die ersten Enden der spannungsabhängigen Widerstände entweder mit dem anderen Pol der zweipoligen Gasröhre (8) oder einzeln mit den anderen Polen der mehrpoligen Gasröhre (1) verbunden sind, während die zweiten Enden der spannungsabhängigen Widerstände mit Erde (E) bzw. Neutral (N) verbunden sind, so daß keine andere Verbindung zwischen dem stromführenden Leiter (P) und dem Neutral (N) einerseits und zwischen dem stromführenden Leiter (P) und Erde (E) andererseits als durch die Gasentladungsröhre besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Gasentladungsröhre (1) eine dreipolige Gasentladungsröhre (1) ist, wobei mit jedem Pol ein erstes Ende eines spannungsabhängigen Widerstands (2, 3, 4, 5, 6, 7) verbunden ist, wobei die zweiten Enden der Widerstände angepaßt sind, um an einen zugeordneten Leiter der Leiter (N, E, P) angeschlossen zu sein.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der das Netzwerk ein Sternnetzwerk ist, das eine Vielzahl von spannungsabhängigen Widerständen (2, 3, 4, 5, 6, 7) umfaßt, wobei einer jedem Leiter zugeordnet ist und die Widerstände (3, 4) ihre zweiten Enden mit Neutral (N) bzw. Erde (E) verbunden und ihre ersten Enden gemeinsam mit dem zweiten Ende des spannungsabhängigen Widerstands (2), der dem stromführenden Leiter (P) zugeordnet ist, verbunden haben, wobei das erste Ende des Widerstands (2) mit dem anderen Pol der Gasentladungsröhre (8) verbunden ist, deren eine Pol mit dem stromführenden Leiter (P) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der das Netzwerk einen spannungsabhängigen Widerstand (7), der zwischen den Neutral- und Erdleitern (N, E) verbunden ist, einen spannungsabhängigen Widerstand oder spannungsabhängige Widerstände (6), die zwischen Erde (E) und dem anderen Pol oder einem der anderen Pole der Gasentladungsröhre (8; 1) verbunden sind, und einen spannungsabhängigen Widerstand oder spannungsabhängige Widerstände, die zwischen Neutral (N) und dem anderen Pol oder einem der anderen Pole der Gasentladungsröhre (8; 1) verbunden sind, umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, in der der spannungsabhängige Widerstand oder die spannungsabhängigen Widerstände (5, 6), die zwischen den Erd- bzw. Neutralleitern (E, P) und einem Pol der Gasentladungsröhre (8) verbunden sind, mit dem selben Pol der Gasentladungsröhre (8) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, in dem die Gasentladungsröhre (1) drei Pole hat, von denen der eine Pol mit dem stromführenden Leiter (P), ein weiterer Pol mit einem spannungsabhängigen Widerstand (6), der mit dem Erdleiter (E) verbunden ist, und ein weiterer Pol mit einem spannungsabhängigen Widerstand (5), der mit dem Neutralleiter (N) verbunden ist, verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Gesamtspannungsbemessung der spannungsabhängigen Widerstände (3, 4; 7), die zwischen den Erd- und Neutralleitern (E, N) verbunden sind, im wesentlichen gleich der mittleren quadratischen bzw. Effektivspannung zwischen dem stromführenden Leiter (P) und dem Neutralleiter (N) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Gesamtspannungsbemessung des spannungsabhängigen Widerstands oder der spannungsabhängigen Widerstände (2, 3, 4, 5, 6), die zwischen dem stromführenden und den Erd- oder Neutralleitern (P, E, N) verbunden sind, ausreichend hoch ist, daß nachdem eine Transiente vorüber ist, die Entladungsröhre (8; 1) aufhört zu leiten.

9. Einrichtung, die zur Benutzung beim Schutz elektrischer Anlagen geeignet ist, die eine Vielzahl von Vorrichtungen gemäß Anspruch 1 umfaßt.

10. Einrichtung, die zur Benutzung beim Schutz elektrischer Anlagen geeignet ist, mit einer oder mehreren Vorrichtungen gemäß Anspruch 1, Induktanzen (10, 11) die in den stromführenden und neutralen Leitern (P, N) zwischen der Vorrichtung oder den Vorrichtungen und den zu schützenden Anlagen in Reihe verbunden sind,, einem spannungsabhängigen Widerstand (12), der zwischen den stromführenden und neutralen Leitern (P, N) verbunden ist, zwischen den Induktanzen (10, 11) und der Last bzw. dem Verbraucher (L) positioniert, einem spannungsabhängigen Widerstand (13), der zwischen dem Erdleiter (E) und dem stromführenden Leiter (P) verbunden ist, und einem spannungsabhängigen Widerstand (14), der zwischen dem Erdleiter (P) und dem Neutralleiter (N) verbunden ist, alle an einer Position zwischen der jeweiligen der Induktanzen (10, 11) und der Last (L).