EP3472903A1 - Elektronische folgestromlöschhilfe - Google Patents

Elektronische folgestromlöschhilfe

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EP3472903A1
EP3472903A1 EP17730140.5A EP17730140A EP3472903A1 EP 3472903 A1 EP3472903 A1 EP 3472903A1 EP 17730140 A EP17730140 A EP 17730140A EP 3472903 A1 EP3472903 A1 EP 3472903A1
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EP
European Patent Office
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current
electronic
follow
üse
overvoltage protection
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EP17730140.5A
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EP3472903B1 (de
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Martin Wetter
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP3472903A1 publication Critical patent/EP3472903A1/de
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Publication of EP3472903B1 publication Critical patent/EP3472903B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/12—Means structurally associated with spark gap for recording operation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the invention relates to an electronic follow current extinguishing aid.
  • overvoltage protection devices Numerous overvoltage protection devices are known from the prior art. Depending on the application, different overvoltage protection devices are used.
  • spark gaps are used as overvoltage protection device.
  • spark gaps but also with other overvoltage protection devices
  • the device presented there proves to be disadvantageous since the short circuit initiated by the semiconductor is always the same length, regardless of whether the spark gap is already erased or not.
  • this forced short circuit has a strong repercussion on the system to be protected, even if the follow current is small and the spark gap could be erased much faster.
  • the transistor is unnecessarily loaded so that it ages relatively quickly and the life of the device is limited.
  • a device in which, parallel to a gas discharge tube (GDT), a temperature-variable resistor having a positive coefficient (PTC) is switched. Due to the self-heating of the GDT during the follow-on current, the PTC is heated up and thus becomes conductive. The current then commutates to the PTC and the tracking current through the GDT can go out.
  • GDT gas discharge tube
  • PTC temperature-variable resistor having a positive coefficient
  • the thermal coupling proves to be disadvantageous because it is very sluggish. Therefore, the GDT must conduct the follow current for a relatively long time before the PTC is sufficiently conductive. Thereafter, the PTC is conductive for a longer time until the cooling has taken place. That both elements are subject to rapid aging.
  • FIG. 1 shows a first schematic circuit diagram of an embodiment according to the invention
  • Fig. 2 is a first schematic circuit diagram representation of another
  • Embodiments according to the invention 3 is a generalized representation of the principle of operation according to embodiments of the invention.
  • FIG. 4 shows a generalized illustration of a further aspect according to FIG.
  • Fig. 5 shows another aspect of the invention.
  • an electronic follow current extinguishing aid 1 has various elements for an overvoltage protection element USE to be monitored.
  • the extinguishing aid is not only suitable for a gas-filled surge arrester but also for other overvoltage protection elements USE which generate a luminous appearance when they perform their task.
  • the invention also be operated with a spark gap.
  • the Folgestromlösch Anlagen invention 1 has at least one monitoring element O, which optically detects the onset and exposition of the current flow through the overvoltage protection element UEE.
  • the progressive current extinguishing aid 1 has an electronic switching element S, which is connected in parallel with the overvoltage protection element USE.
  • the electronic switching element S is controlled by the monitoring element O, wherein the electronic switching element S closes at a recognized insertion of a Netz Steinstromes by the overvoltage protection element ÜSE, so that when the arc in the overvoltage protection element ÜSE extinguished the electronic switching element S opens, so that no more current flows through the electronic switching element S.
  • the electronic follow-current extinguishing aid 1 is board-mountable. That It can easily be integrated in a normal manufacturing process and allows cost-effective integration.
  • a telecommunication device which signals the onset and exposition of the overvoltage protection function.
  • the switching behavior / response of ÜSE Studentsnapssschutzeicardi can be detected remotely and, for. depending on the frequency per time or the number of events a check can be arranged.
  • the reliability is increased.
  • a telecommunication device is further provided which signals the switching of the electronic switching element S. That The function of the electronic follow current extinguishing aid 1 can thus also be monitored and ensured.
  • the switching behavior / response of the electronic switching element S can be remotely recognized and e.g. depending on the frequency per time or the number of events a check can be arranged. As a result, the reliability is increased.
  • the invention can be operated in conjunction with direct current. Especially with DC currents, the problem of network sequencers that can not be erased easily occurs. However, similar problems occur with high performance AC grids.
  • the electronic sequential current extinguishing aid 1 can be used in environments in which temperatures of less than -50 ° C. and more than 125 ° C. prevail.
  • the electronic follow current extinguishing aid 1 can be equipped with a wide variety of switching elements S.
  • the electronic switching element S may comprise a semiconductor switch, in particular a field-effect transistor and / or a bipolar transistor.
  • FIGS. 1 and 2 show an IGBT (insulated-gate bipolar transistor) as an electronic switching element S.
  • the electronic follow-current extinguishing aid 1 can be equipped with a wide variety of monitoring elements O for optical recognition.
  • the monitoring element O may comprise at least one element selected from the group photoresistor, photodiode, phototransistor, photovoltaic element.
  • FIGS. 1 and 2 a photodiode is shown as monitoring element O.
  • the electronic follow current extinguishing aid 1 on the protected side can have at least one inductive element L L , L s for coordination with the overvoltage protection elements present in the device to be protected.
  • an electronic follow-current extinguishing aid ensemble E which, in addition to the already described electronic follow current extinguishing aid 1, also has the overvoltage protection element ÜSE to be monitored.
  • the electronic follow-current extinguishing aid ensemble E can also be fitted with circuit boards. That It can easily be integrated in a normal manufacturing process and allows cost-effective integration.
  • the invention makes use of the fact that in the case of the response of the overvoltage protection element ÜSE a luminous effect occurs. This lighting effect is optically detected.
  • a further control for example in the form of a microcontroller or counter may additionally be provided, as can be seen, for example, from FIG. 1 or FIG. So, for example, that Blinking be evaluated in terms of duration and / or frequency, so that, for example, the electronic switching element S is activated only upon reliable detection of a subsequent current, whereby the switching element S is protected from overvoltages.
  • the microcontroller can also provide the function of the remote message.
  • a passive delay (integrating element, RC circuit, LC circuit, etc.) which, for example, activates the switching element S only after a predetermined time, for example 1 ms, in order to allow the overvoltage protection element ÜSE sufficient time give 10/350 ⁇ pulse currents (eg 10/350 ⁇ ) completely dissipate.
  • a parallel path can be activated electronically or instantaneously via the electronic switching element S, e.g. in which the parallel path becomes conductive. As soon as the overvoltage protection element has cleared ÜSE and no lights are available, the parallel path is deactivated.
  • a photodiode is operated as monitoring elements O.
  • the caused by the illumination of the photo-diode photocurrent (l p ) causes the negative feedback resistor R N a voltage drop.
  • the negative feedback resistor R N is selected here, for example, relatively high (20 ⁇ ), in order to achieve the highest possible output signal even at very low illumination. As a result, a slight illumination of the overvoltage protection element ÜSE is already detected.
  • the monitoring element O can be independently integrated in addition to the overvoltage protection element ÜSE or else in the overvoltage protection element ÜSE.
  • the output voltage at the monitoring element O or at the negative feedback resistance R N is proportional to the illuminance, the output voltage is saturated even with low illumination.
  • the output signal of the light detection serves as an input signal of the time delay.
  • U DC the supply voltage for the circuit is called.
  • the current flow through R2 caused by the input voltage drives the npn transistor T1. This will make this conductive. Due to this, the discharging operation of the capacitor C1 starts. If the voltage across the capacitor C1 falls below the reference voltage at R6, the operational amplifier LM258 switches the output OUT2 on. If the connected DC voltage source is short-circuited by the power semiconductor / electronic switching element S (also referred to as T2 in the circuit diagram), a high current flow through the electronic switching element S (also referred to as T2 in the circuit diagram) occurs. This current flow can increase up to the maximum short-circuit current of the DC voltage source.
  • the electronic switching element S in the circuit diagram also referred to as T2 now transferred back to the blocking state, the flowing current changes rapidly to zero. This change in current can lead to voltage peaks due to parasitic inductances in the DC grid. If these voltage peaks are high enough, it could lead to a further ignition of the overvoltage protection element ÜSE. In order to avoid this, as shown in FIG. 1, the electronic switching element S (also referred to as T2 in the circuit diagram) can only be converted again slowly into the blocking state. For this purpose, the output signal of the time delay can be modulated accordingly.
  • the capacitance C3 can be charged quickly via the resistor R8, in order to achieve a rapid increase of the output voltage and thus a rapid switching on of the by the electronic switching element S (also referred to as T2 in the circuit diagram). If there is no voltage at the input side, the capacitor C3 discharges via the resistor R9. Since this resistor R9 is dimensioned comparatively large, the discharge of the capacitor takes a correspondingly long time. Thus, a fast charging and a slow discharge of the capacitance C3 is provided, which corresponds to a rapid increase and a slow decrease of the output voltage U a .
  • the circuit can also have a voltage stabilization to 30 V for the supply of the electronic components.
  • a diode D3 can be used.
  • the voltage stabilization may include, for example, a Zener diode D6, which is operated in the breakdown region and is therefore installed in the reverse direction.
  • the voltage stabilization can have a series resistor R9 which limits the current flowing through the circuit. This resistor R9 should not be oversized because the current flow should be large enough to reach the working point of the diode.
  • the voltage stabilization may have a capacitance C2. This capacitor C2 has the task of providing short-circuited DC voltage source still enough energy for the electronic components to ensure their further function. As protection against reverse discharge of this capacity, the diode D2 is used.
  • IGBT as electronic switching element S is advantageous since IGBTs have a high current carrying capacity at low residual voltage and high breakdown voltage.
  • an impedance Z can be arranged in the current branch of the electronic switching element.
  • the impedance Z can have both resistive and inductive character.
  • FIG. 5 this is shown in which an impedance Z for circuit coordination is arranged in the current branch to the electronic switching element S.
  • the supply side is arranged on the right side and the load side on the left side. If a subsequent current subsequently occurs in response to an overvoltage event which has led to an ignition of the overvoltage protection element ÜSE and indirectly to a switching of the electronic switching element S, the current is limited by the impedance Z.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) für ein zu überwachendes Überspannungsschutzelement (ÜSE), wobei das Überspannungsschutzelement (ÜSE) eine Funkenstrecke oder ein gasgefüllter Überspannungsabieiter ist, aufweisend • ein Überwachungselement (O), das das Einsetzen und Aussetzen des Stromflusses durch das Überspannungsschutzelement (ÜSE) optisch erkennt, und • ein elektronisches Schaltelement (S), welches parallel zum Überspannungsschutzelement (ÜSE) geschaltet ist, wobei das elektronische Schaltelement (S) durch das Überwachungselement (O) gesteuert wird, wobei bei einem erkannten Einsetzen eines Netzfolgestromes durch das Überspannungsschutzelement (ÜSE) das elektronische Schaltelement (S) schließt, sodass ein Strom parallel abgeleitet wird, wobei wenn der Lichtbogen im Überspannungsschutzelement (ÜSE) verlöscht das elektronische Schaltelement (S) öffnet, sodass kein Strom mehr über das elektronische Schaltelement (S) fließt.

Description

Elektronische Folgestromlöschhilfe
Die Erfindung betrifft eine elektronische Folgestromlöschhilfe.
Hintergrund
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Überspannungsschutzgeräte bekannt. Je nach Einsatzbereich kommen dabei unterschiedliche Überspannungsschutzeinrichtungen zu Verwendung.
Beispielsweise werden auch Funkenstrecken als Überspannungsschutzeinrichtung verwendet. Allerdings besteht bei Funkenstrecken (aber auch bei anderen Überspannungsschutzeinrichtungen) das Problem, das Folgeströme nicht ohne weiteres gelöscht werden können.
Daher wurden in der Vergangenheit Löschhilfen vorgeschlagen.
Beispielsweise ist aus der DE 20 2007 018 507 U1 eine Vorrichtung bekannt, bei der das Ansprechend der Funkenstrecke detektiert wird. Zur Löschung wird ein parallel geschalteter Halbleiter (Transistor) für eine feste Zeit eingeschaltet, wodurch der fließende Strom in diesen Halbleiter kommutiert und die Funkenstrecke verlöscht. Nach Ausschalten des Halbleiters ist wieder ein stabiler isolierender Zustand erreicht.
Allerdings erweist sich die dort vorgestellte Vorrichtung als nachteilig, da der durch den Halbleiter initiierte Kurzschluss immer gleich lang ist und zwar unabhängig davon, ob die Funkenstrecke bereits gelöscht ist oder nicht. Dieser erzwungene Kurzschluss führt jedoch zu einer starken Rückwirkungen auf das zu schützende System, auch wenn der Folgestrom klein ist und die Funkenstrecke viel schneller gelöscht werden könnte. Zudem wird der Transistor unnötig belastet, sodass dieser relativ schnell altert und die Lebensdauer der Vorrichtung beschränkt ist.
Aus der EP 2 537 164 A0 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der parallel zu einer Gas- discharge tube (GDT) ein temperaturveränderlicher Widerstand mit positiven Koeffizient (PTC) geschaltet ist. Durch die Eigenerwärmung des GDTs während des Netzfolgestroms wird der PTC aufgeheizt und dadurch leitfähig. Der Strom kommutiert sodann auf den PTC und der Netzfolgestrom durch den GDT kann verlöschen.
Allerdings erweist sich die thermische Kopplung als nachteilig, da sie sehr träge ist. Daher muss der GDT den Folgestrom relativ lange führen, bevor der PTC ausreichend leitfähig ist. Danach ist der PTC noch längere Zeit leitfähig, bis die Abkühlung erfolgt ist. D.h. beide Elemente unterliegen einer schnellen Alterung.
Ausgehend von diesen Erfahrungen ist es eine Aufgabe der Erfindung eine neue und kostengünstige Alternative zur Verfügung zu stellen, die einen oder mehrere Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben.
Kurzdarstellung der Figuren
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine erste schematische Schaltplandarstellung einer Ausführungsformen gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine erste schematische Schaltplandarstellung einer weiteren
Ausführungsformen gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine generalisierte Darstellung des Wirkprinzips gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 4 eine generalisierte Darstellung eines weiteren Aspekts gemäß
Ausführungsformen der Erfindung und
Fig. 5 einen weiteren Aspekt der Erfindung.
Ausführliche Darstellung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein", „eine" und „eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
In allgemeiner Form weist eine erfindungsgemäße elektronische Folgestromlöschhilfe 1 für ein zu überwachendes Überspannungsschutzelement ÜSE verschiedene Elemente auf.
Nachfolgend seien zunächst einige Kernelemente beschrieben.
Zunächst sei klargestellt, dass die Löschhilfe nicht nur für einen gasgefüllten Überspannungsabieiter sondern auch für andere Überspannungsschutzelemente ÜSE geeignet ist, die beim Erfüllen ihrer Aufgabe eine Leuchterscheinung generieren. So kann z.B. die Erfindung auch mit einer Funkenstrecke betrieben werden.
Die erfindungsgemäße Folgestromlöschhilfe 1 weist zumindest ein Überwachungselement O auf, welches das Einsetzen und Aussetzen des Stromflusses durch das Überspannungsschutzelement ÜSE optisch erkennt.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Folgestromlöschhilfe 1 ein elektronisches Schaltelement S auf, welches parallel zum Überspannungsschutzelement ÜSE geschaltet ist. Das elektronische Schaltelement S wird dabei durch das Überwachungselement O gesteuert, wobei bei einem erkannten Einsetzen eines Netzfolgestromes durch das Überspannungsschutzelement ÜSE das elektronische Schaltelement S schließt, sodass ein Strom parallel abgeleitet wird, wobei wenn der Lichtbogen im Überspannungsschutzelement ÜSE verlöscht das elektronische Schaltelement S öffnet, sodass kein Strom mehr über das elektronische Schaltelement S fließt.
Mit der vorgestellten Erfindung ist es möglich eine schnelle Abschaltung bereitzustellen, die nach dem Löschen des Folgestromes durch das Überspannungsschutzelement zeitnah den löschenden „Kurzschluss" über das elektronische Schaltelement S wieder öffnet, sodass zum einen die Bauelemente lange haltbar sind und nicht vorzeitig altern als auch die Störung der nachfolgenden Gerätschaften möglichst gering ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung, ist die elektronische Folgestromlöschhilfe 1 Platinenbestückbar. D.h. sie kann ohne weiteres in einem normalen Herstellungsprozess integriert werden und erlaubt die kostengünstige Integration.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin eine Fernmeldeeinrichtung vorgesehen, die das Einsetzen und Aussetzen der Überspannungsschutzfunktion signalisiert. Somit kann das Schaltverhalten / Ansprechen der Überspannungsschutzeirichtung ÜSE aus der Ferne erkannt werden und z.B. in Abhängigkeit der Häufigkeit pro Zeit oder der Anzahl der Ereignisse eine Überprüfung veranlasst werden. Hierdurch wird die Betriebssicherheit erhöht. Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung ist weiterhin eine Fernmeldeeinrichtung vorgesehen, die das Schalten des elektronischen Schaltelements S signalisiert. D.h. auch die Funktion der elektronische Folgestromlöschhilfe 1 kann somit überwacht und sichergestellt werden. Somit kann das Schaltverhalten / Ansprechen des elektronischen Schaltelements S aus der Ferne erkannt werden und z.B. in Abhängigkeit der Häufigkeit pro Zeit oder der Anzahl der Ereignisse eine Überprüfung veranlasst werden. Hierdurch wird die Betriebssicherheit erhöht.
Besonders vorteilhaft kann die Erfindung in Zusammenhang mit Gleichstrom betrieben werden. Insbesondere bei Gleichströmen tritt das Problem von Netzfolgeströmen auf, die nicht ohne weiteres gelöscht werden können. Jedoch treten bei leistungsstarken Wechselstromnetzen ähnliche Probleme auf.
Durch die relative einfache Ausgestaltung der elektronischen Folgestromlöschhilfe 1 kann diese in einem weiten Einsatzbereich verwendet werden. So kann die elektronische Folgestromlöschhilfe 1 beispielsweise in Umgebungen eingesetzt werden, in den Temperaturen von weniger als -50 ° C und mehr als 125^ herrschen. Die elektronische Folgestromlöschhilfe 1 kann dabei mit unterschiedlichsten Schaltelementen S bestückt sein. Beispielsweise kann das elektronische Schaltelement S einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Feldeffekt-Transistor und/oder einen Bipolar- Transistor, aufweisen. Beispielhaft ist in den Figuren 1 und 2 ein IGBT (insulated-gate Bipolar-Transistor) als elektronisches Schaltelement S aufgezeigt.
Die elektronische Folgestromlöschhilfe 1 kann dabei mit unterschiedlichsten Überwachungselementen O zur optischen Erkennung bestückt sein. Beispielsweise kann das Überwachungselementen O zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe Fotowiderstand, Fotodiode, Fototransistor, Fotovoltaik-Element aufweisen.
Beispielhaft ist in den Figuren 1 und 2 eine Fotodiode als Überwachungselement O dargestellt.
Wie aus Figur 4 ersichtlich kann die elektronische Folgestromlöschhilfe 1 auf der geschützten Seite (dargestellt rechts) mindestens ein induktives Element LL, Ls zur Koordination mit den im zu schützenden Gerät vorhandenen Überspannungsschutzelementen aufweisen.
D.h., falls ein in einem nachfolgenden elektrischen Gerät vorhandenes Überspannungsschutzelement auslösen würde, so würde der schnelle Stromanstieg in den Spulen zu einer entsprechenden Gegenspannung führen, sodass anschließend auch das Überspannungsschutzelement ÜSE auslösen würde.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein elektronische Folgestromlöschhilfen- Ensemble E bereitgestellt, das neben der bereits beschriebenen elektronischen Folgestromlöschhilfe 1 auch das zu überwachende Überspannungsschutzelement ÜSE aufweist. In einer Ausgestaltung ist auch das elektronische Folgestromlöschhilfen-Ensemble E Platinenbestückbar. D.h. sie kann ohne weiteres in einem normalen Herstellungsprozess integriert werden und erlaubt die kostengünstige Integration.
D.h. die Erfindung macht sich zu Nutze, dass im Falle des Ansprechens der Überspannungsschutzelement ÜSE ein Leuchteffekt auftritt. Dieser Leuchteffekt wird optisch detektiert.
Dabei kann zusätzlich eine weitere Steuerung, z.B. in Form eines Microcontrollers oder Zählers vorgesehen sein, wie z.B. aus der Figur 1 oder 2 ersichtlich. So kann z.B. das Aufleuchten in Bezug auf Dauer und/oder Frequenz ausgewertet werden, sodass z.B. erst bei sicherer Erkennung eines Folgestromes das elektronische Schaltelement S aktiviert wird, wodurch das Schaltelement S vor Überspannungen geschützt wird. Der Microcontroller kann zudem die Funktion der Fernmeldung bereitstellen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine passive Verzögerung (integrierendes Element, RC-Kreis, LC-Kreis, etc.) vorgesehen sein, die z.B. erst nach einer vorbestimmten Zeit - beispielsweise 1 ms - das Schaltelement S aktiviert, um dem Überspannungsschutzelement ÜSE genügend Zeit zu geben 10/350 με Impulsströme (z.B. 10/350 με) vollständig abzuleiten.
Bei Detektion einer Leuchterscheinung kann unmittelbar oder zeitverzögert elektronisch einen parallelen Pfad über das elektronische Schaltelement S aktiviert werden, z.B. in dem der Parallelpfad leitfähig wird. Sobald das Überspannungsschutzelement ÜSE gelöscht hat und kein Leuchten mehr vorhanden ist, wird der Parallelpfad deaktiviert.
Mittels der Erfindung wird eine sehr schnelle Reaktion sowohl zum Beginn des Löschvorgangs als auch zum Ende des Löschvorgangs bereitgestellt. Dabei wird ein selbstregelndes System vorgeschlagen, welches kostengünstig herstellbar ist.
Zudem können so Überspannungsschutzgeräte mit geringen Baugrößen und hohem Abieitvermögen bereitgestellt werden.
In den Figuren 1 und 2 sind beispielhafte Schaltungsvarianten aufgeführt.
Dabei wird eine Fotodiode als Überwachungselemente O betrieben. Die Fotodiode wird hier im Kurzschluss betrieben (UD = 0). Der durch die Beleuchtung der Foto-diode hervorgerufene Fotostrom (lp) bewirkt am Gegenkopplungswiderstand RN einen Spannungsabfall.
Der Gegenkopplungswiderstand RN wird hier beispielsweise relativ hoch (20 ΜΩ) gewählt, um schon bei sehr geringer Beleuchtung ein möglichst hohes Ausgangssignal zu erzielen. Hierdurch wird bereits ein geringes Leuchten des Überspannungsschutzelements ÜSE detektiert. Dabei kann das Überwachungselement O eigenständig neben dem Überspannungsschutzelement ÜSE oder aber in das Überspannungsschutzelement ÜSE integriert sein.
Bei einer eigenständigen Ausgestaltung kann es unter Umständen erforderlich sein durch Blenden und/oder Filter Umgebungslicht fernzuhalten bzw. bestimmte spektrale Teile der Leuchterscheinung selektiv zu betrachten, um nicht eine fehlerhafte Auslösung des elektronischen Schaltelements S hervorzurufen. Die Ausgangsspannung am Überwachungselement O bzw. am Gegenkopplungswiderstand RN ist proportional zur Beleuchtungsstärke, wobei die Ausgangsspannung schon bei geringer Beleuchtung in Sättigung geht.
Das Ausgangssignal der Lichtdetektion dient als Eingangssignal der Zeitverzögerung. Mit UDC ist die Versorgungsspannung für die Schaltung bezeichnet. Der durch die Eingangsspannung hervorgerufene Stromfluss durch R2 steuert den npn-Transistor T1 an. Dadurch wird dieser leitfähig. Aufgrund dessen startet der Entladevorgang des Kondensators C1 . Fällt nun die Spannung am Kondensator C1 unter die Vergleichsspannung an R6, schaltet der Operationsverstärker LM258 den Ausgang OUT2 durch. Ist die angeschlossene Gleichspannungsquelle durch den eingesetzten Leistungshalbleiter / das elektronische Schaltelement S (im Schaltplan auch als T2 bezeichnet) kurzgeschlossen, kommt es zu einem hohen Stromfluss durch das elektronische Schaltelement S (im Schaltplan auch als T2 bezeichnet). Dieser Stromfluss kann bis zu dem maximalen Kurzschlussstrom der Gleichspannungsquelle ansteigen. Wird das elektronische Schaltelement S (im Schaltplan auch als T2 bezeichnet) nun wieder in den sperrenden Zustand überführt, ändert sich der fließende Strom schnell gegen Null. Diese Stromänderung kann dazu führen, dass durch parasitären Induktivitäten in dem DC-Netz, Spannungsspitzen entstehen. Sind diese Spannungsspitzen hoch genug, könnte es zu einem weiteren Durchzünden des Überspannungsschutzelements ÜSE führen. Um dies zu vermeiden, kann wie in Figur 1 gezeigt das elektronische Schaltelement S (im Schaltplan auch als T2 bezeichnet) nur langsam wieder in den sperrenden Zustand überführt werden. Hierfür kann das Ausgangssignal der Zeitverzögerung entsprechend moduliert werden. Die Kapazität C3 kann über den Widerstand R8 schnell geladen werden, um ein schnelles Ansteigen der Ausgangspannung und somit ein schnelles Einschalten des durch das elektronische Schaltelement S (im Schaltplan auch als T2 bezeichnet) zu erreichen. Liegt an der Eingangsseite keine Spannung mehr an, entlädt sich der Kondensator C3 über den Widerstand R9. Da dieser Widerstand R9 vergleichsweise groß dimensioniert ist, dauert das Entladen der Kapazität entsprechend lange. Somit wird ein schnelles Laden und ein langsames Entladen der Kapazität C3 bereitgestellt, was einem schnellen Ansteigen und einem langsamen Abfallen der Ausgangsspannung Ua entspricht.
Weiterhin kann die Schaltung auch noch eine Spannungsstabilisierung auf 30 V für die Versorgung der elektronischen Bauteile aufweisen. Zum Schutz des elektronischen Schaltelements S (im Schaltplan auch als T2 bezeichnet) - hier als IBGT ausgeführt - gegenüber negativen Impulsen kann eine Diode D3 eingesetzt werden. Die Spannungsstabilisierung kann z.B. eine Zenerdiode D6 aufweisen, welche im Durchbruchbereich betrieben wird und daher in Sperrrichtung eingebaut ist. Weiterhin kann die Spannungsstabilisierung ein Vorwiderstand R9 aufweisen, welcher den durch die Schaltung fließenden Strom begrenzt. Dieser Widerstand R9 sollte nicht zu groß dimensioniert werden, da der Stromfluss groß genug sein soll, damit der Arbeitspunkt der Diode erreicht wird. Weiterhin kann die Spannungsstabilisierung eine Kapazität C2 aufweisen. Diese Kapazität C2 hat die Aufgabe bei kurzgeschlossener Gleichspannungsquelle noch genug Energie für die elektronischen Bauteile bereitzustellen, um deren weitere Funktion zu gewährleisten. Als Schutz gegen rückwärtiges Entladen dieser Kapazität kommt die Diode D2 zum Einsatz.
Die Verwendung eines IGBT als elektronisches Schaltelement S ist von Vorteil, da IGBTs eine hohe Stromtragfähigkeit bei niedrigen Restspannung und hoher Durchbruchsspannung aufweisen.
Obwohl zuvor das elektronischen Schaltelements S als parallel zu einem Überspannungsschutzelements ÜSE dargestellt, ist dies nicht als limitierend aufzufassen. Vielmehr können im Stromzweig des elektronischen Schaltelements noch weitere Elemente, insbesondere eine Impedanz Z angeordnet sein. Dabei kann die Impedanz Z sowohl resistiven als auch induktiven Charakter besitzen.
Beispielhaft ist dies in Figur 5 aufgezeigt, in dem in dem Stromzweig zum elektronischen Schaltelement S eine Impedanz Z zur Schaltungskoordination angeordnet ist. Dabei ist auf der rechten Seite die Versorgungsseite und auf der linken Seite die Lastseite angeordnet. Tritt nun nachfolgend zu einem Überspannungsereignis, das zu einem Zünden des Überspannungsschutzelements ÜSE und mittelbar zu einem Schalten des elektronischen Schaltelements S geführt hat, ein Folgestrom auf, so wird der Strom durch die Impedanz Z beschränkt.
Bezuqszeichenliste
Elektronische Folgestromlöschhilfe 1
Überspannungsschutzelement ÜSE Überwachungselement O elektronisches Schaltelement S
Elektronisches Folgestromlöschhilfe-Ensemble E Widerstand R1 , R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9 Diode D1 , D2, D3, D4, D5 Zenerdiode D6
Operationsverstärker LM258
Transistor T1 , T2
Kondensator C1 , C2, C3
Induktivität LK, LL,LS Impedanz Z

Claims

Ansprüche
1 . Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) für ein zu überwachendes Überspannungsschutzelement (ÜSE), wobei das Überspannungsschutzelement (ÜSE) eine Funkenstrecke oder ein gasgefüllter Überspannungsabieiter ist, aufweisend
• ein Überwachungselement (O), das das Einsetzen und Aussetzen des Stromflusses durch das Überspannungsschutzelement (ÜSE) optisch erkennt, und
• ein elektronisches Schaltelement (S), welches im Wesentlichen parallel zum Überspannungsschutzelement (ÜSE) geschaltet ist, wobei das elektronische Schaltelement (S) durch das Überwachungselement (O) gesteuert wird, wobei bei einem erkannten Einsetzen eines Netzfolgestromes durch das Überspannungsschutzelement (ÜSE) das elektronische Schaltelement (S) schließt, sodass ein Strom parallel abgeleitet wird, wobei wenn der Lichtbogen im Überspannungsschutzelement (ÜSE) verlöscht das elektronische Schaltelement (S) öffnet, sodass kein Strom mehr über das elektronische Schaltelement (S) fließt.
2. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronische Folgestromlöschhilfe Platinenbestückbar ist.
3. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Fernmeldeeinrichtung vorgesehen ist, die das Einsetzen und Aussetzen der Überspannungsschutzfunktion signalisiert.
4. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Fernmeldeeinrichtung vorgesehen ist, die das Schalten des elektronischen Schaltelements (S) signalisiert.
5. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschaltete Strom ein Gleichstrom ist.
6. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzbereich Umgebungstemperaturen von - 50 °C bis zu 125° C aufweist.
7. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Schaltelement (S) einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Feldeffekt-Transistor und/oder einen Bipolar- Transistor, aufweist.
8. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungselement (O) zur optischen Erkennung zumindest ein Element ausgewählt aus der Gruppe Fotowiderstand, Fotodiode, Fototransistor, Fotovoltaik-Element verwendet wird.
9. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folgestromlöschhilfe auf der geschützten Seite mindestens ein induktives Element (L) zur Koordination mit den im zu schützenden Gerät vorhandenen Überspannungsschutzelementen aufweist.
10. Elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromzweig des elektronischen Schaltelements (S) zumindest eine Impedanz (Z) angeordnet ist.
1 1 . Elektronisches Folgestromlöschhilfe-Ensemble (E), aufweisend eine elektronische Folgestromlöschhilfe (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und ein zu überwachendes Überspannungsschutzelement (ÜSE).
12. Elektronisches Folgestromlöschhilfe-Ensemble (E) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ensemble Platinenbestückbar ist.
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