DD300256A5

DD300256A5 - Overvoltage protection device for general applications

Info

Publication number: DD300256A5
Application number: DD23405881A
Authority: DD
Inventors: Hermann Dipl.Ing Tschiedel; Manfred Mehner
Original assignee: Hermann Dipl.Ing Tschiedel; Manfred Mehner
Priority date: 1981-10-15
Filing date: 1981-10-15
Publication date: 1992-05-27

Abstract

Die erfindungsgemaesze UEberspannungsschutzeinrichtung fuer allgemeine Anwendungen ermoeglicht einen wirkungsvollen UEberspannungsschutz in null- und niederfrequenten Nachrichten-, Datenuebertragungs-, Mesz-, Steuer- und Regelanlagen sowie in Elektroenergieerzeugungs-, -verteilungsanlagen und -verbraucheranlagen mit Gleich- oder Wechselspannung bis 380 Veff. Die UEberspannungsschutzeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem gasgefuellten UEberspannungsableiter als Grobschutz, einem Zinkoxid-Varistor als Feinschutz und einem beide verbindenden Bauelement in Form eines ohmschen oder induktiven Widerstands zur Gewaehrleistung des Energieflusses im Normalbetriebsfall und zur Verteilung bzw. teilweisen Absorption der Energie der einlaufenden UEberspannung. Liegt die Betriebsspannung des zu schuetzenden Systems ueber der Loeschspannung des Ableiters, so besteht der Grobschutz aus einer Reihenschaltung mehrerer Ableiter mit hochohmigen, parallelen Potentialsteuerwiderstaenden. Potentielles Anwendungsgebiet ist der UEberspannungsschutz in der gesamten gleichstrommaeszig oder niederfrequent betriebenen Schwach- und Starkstromtechnik. Die erfindungsgemaesze UEberspannungsschutzeinrichtung realisiert das Schutzverlangen dieser Technik vor gefaehrdenden UEberspannungen in weit hoeherem Masze als bisher bekannte Loesungen. Fig. 1{UEberspannungsschutz; Schutzkaskade; Impulsspannung; Energieinhalt; UEberspannungsableiter; Zinkoxid-Varistor; Energieverteilung; Potentialsteuerung; Mesz-, Steuer-, Regelanlagen; Informationsanlagen; elektrotechnische Anlagen}The inventive overvoltage protection device for general applications enables effective overvoltage protection in zero- and low-frequency message, data transmission, measuring, control and regulating systems as well as in electric power generation, distribution and consumer systems with DC or AC voltage up to 380 Vrms. The overvoltage protection device essentially consists of a gas-filled surge arrester as coarse protection, a zinc oxide varistor as fine protection and a component connecting both in the form of an ohmic or inductive resistor to ensure the energy flow in normal operation and for the distribution or partial absorption of the energy of the incoming overvoltage. If the operating voltage of the system to be protected exceeds the threshold voltage of the arrester, the coarse protection consists of a series connection of several arresters with high-impedance, parallel potential control resistors. A potential field of application is overvoltage protection in the entire DC or low-frequency operated low-voltage and heavy current technology. The overvoltage protection device according to the invention realizes the protection requirements of this technology against dangerous overvoltages to a far greater extent than previously known solutions. Fig. 1 {overvoltage protection; Protection cascade; Pulse voltage; Energy content; surge arresters; Zinc oxide varistor; Energy distribution; Potential control; Measuring, control and regulating installations; Information systems; electrotechnical equipment}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Begrenzung von Überspannungen in niederfrequenten Nachrichten-, Oatenübenragungs-, Meß-, Steuer- und Regelanlagen sowie in Elektroenergieerzeugungs-, -verteilungs- und -verbraucheranlagen mit Gleich- oder Wechselspannung bis zu 380 V,₎₍.The invention relates to a device for limiting overvoltages in low-frequency communication, Oatenübenragungs-, measuring and control systems and in electrical power generation, distribution and consumer systems with DC or AC voltage up to 380 V, _{) (} .

Characteristic of the known technical solutions

In der null- und niederfrequent betriebenen Schwach- und Starkstromtechnik bis 380 V,n werden als Überspannungsschutz Einzelelemente in Form von Funkenstrecken, gasgefüllten Überspannungsableiter^ Varistoren und Dioden mit stark nichtlinearer Kennlinie, z. B. Zenerdioden eingesetzt. Dort, wo es die zu verarbeitenden elektrischen Werte zulassen, verwendet man auch relativ teure Trenntransformatoren als Einzelelemente zur Begrenzung und galvanischen Entkopplung. Meßtechnische Untersuchungen ergaben, daß ein derartiger Überspannungsschutz aus einem Einzelelement nicht in der Lage ist, insbesondere sehr steil ansteigende und länger andauernde Überspannungen wirkungsvoll auf Werte zu begrenzen, die für das zu schützende Gerät bzw. die Anlage ungefährlich sind. Bei Funkenstrecken end gasgefüllten Überspannungsableitern tritt der Effekt des Überlaufens und Sperrens des Schutzelementes auf. Bei Schutzelementen auf Halbleiterbasis besteht aufgrund der geringen Stoßstromtragfähigkeit über längere Zeit die Gefahr der thermischen Zerstörung. Trenntransformatoren verlieren durch Sättigungseffekte ihre Schutzwi,kung. Ungünstig ist auch ihr induktives Speichervermögen, dadurch wird die einlaufende Überspannungsenergiezwarzunächst absorbiert, dann jedoch gegenphasig, allerdings mit veränderter Zeitcharakteristik an das zu schützende Gerät bzw. die Anlage abgegeben.In the zero and low frequency operated weak and heavy current technology up to 380 V, n are as overvoltage protection, individual elements in the form of spark gaps, gas-filled surge arresters ^ varistors and diodes with highly non-linear characteristic, eg. B. Zener diodes used. Wherever the electrical values to be processed permit, relatively expensive isolating transformers are also used as individual elements for limiting and galvanic decoupling. Measurements have shown that such a surge protection from a single element is not able to effectively limit in particular very steeply increasing and longer-lasting surges to values that are safe for the device to be protected or the plant. At spark gaps end gas-filled surge arresters, the effect of overflow and blocking of the protective element occurs. In the case of protective elements based on semiconductors, the risk of thermal destruction exists over a longer period of time due to the low surge current carrying capacity. Isolation transformers lose their protective effect through saturation effects. Unfavorable is also their inductive storage capacity, thereby the incoming Überspannungsenergiezwarzung is first absorbed, but then out of phase, but delivered with a modified time characteristic to the device to be protected or the system.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, Anlagen der Meß-, Steuer- und Regoltechnik, der Informationstechnik und der Elektroenergietechnik gegen impulsförmige Überspannungen mi kleiner Anstiegs- und großer Rückenhalbwertszeit zu schützen.The aim of the invention is to protect systems of measurement, control and Regoltechnik, information technology and electrical energy technology against pulsed surges mi small rise and large back half-life.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, schnelle und energiereiche Überspannungen, die kabelgeführt in Meß-, Steuer- und Regelanlagen, in Informationsanlagen und in elektrotechnische Anlagen einlaufen, auf für diese Anlagen ungefährliche Werte zu begrenzen. Die Begrenzung erfolgt bereits in der Anstiegsphase und ist für die gesamte Wirkdauer der Überspannung gewährleistet. Die Überspannungsschutzeinrichtung für allgemeine Anwendungen besteht erfindungsgemäß aus der Zusammenschaltung eines gasgefüllten Überspannungsabieiters als Grobschutz über ein geeignetes, verbindendes Bauelement mit einem Zinkoxid-Varistor als Feinschutz. Dabei ergänzen sich Überspannungsableiter und Zinkoxid-Varistor zeitlich und quantitativ in der Realisierung der Schutzfunktion.The object of the invention is to limit fast and high-energy overvoltages, which run in cables in measuring and control systems, in information systems and in electrical systems, to limit values that are harmless for these systems. The limitation is already in the rise phase and is guaranteed for the entire duration of the overvoltage. The overvoltage protection device for general applications according to the invention consists of the interconnection of a gas-filled surge arrester as coarse protection via a suitable, connecting component with a zinc oxide varistor as fine protection. Surge arresters and zinc oxide varistors complement each other in terms of time and quantity in the realization of the protective function.

Das Verbindungsbauelement, in der Regel ein ohmscher Widerstand oder eine Induktivität, begünstigt diesen Prozeß und bewirkt sowohl den Energiefluß unter normalen Betriebsbedingungen als auch eine Steuerung der durch die eintreffende Überspannung eingetragenen Energie und ihre Verteilung auf die beiden, die Überspannung begrenzenden Bauelemente. In der steilen Anstiegsphase einer einlaufenden Überspannung begrenzt während der Zündverzugszeit des Überspannungsabieiters zunächst der Zinkoxid-Varistor mit seinem vorgeschalteten ohmschen oder induktiven Widerstand. Mit Eintritt der Zündung des Überspannungsabieiters verteilt sich die Energieabsorption der Überspannung auf alle Bauelemente der Überspannungsschutzeinrichtung, dabei kommen sowohl die große Stoßstromtragfähigkeit des Überspannungsabieiters als auch die vorteilhaft niedrige und in weiten Grenzen wählbare Begrenzungsspannung des Zinkoxid-Varistors vorteilhaft zur Wirkung.The interconnect device, typically an ohmic resistor or inductor, favors this process and effects both the flow of energy under normal operating conditions and control of the energy introduced by the incoming overvoltage and their distribution to the two over-voltage limiting devices. During the steep rise phase of an incoming overvoltage, the zinc oxide varistor with its upstream ohmic or inductive resistance is initially limited during the ignition delay time of the surge arrester. With the onset of ignition of Überspannungsabieiters the energy absorption of the overvoltage distributed to all components of the surge protector, while both the high surge current carrying capacity of the surge arrester and the advantageously low and selectable within wide limits limiting voltage of the zinc oxide varistor advantageous effect.

With the specified solution according to the invention can be plants and equipment of zero or low frequency and with Voltages up to "380 V." are used efficiently and with low component expenditure

schützen.protect.

The protection effect occurs regardless of the polarity of the overvoltage. Particularly suitable is the Overvoltage protection device for wireline Informat'onsanlagen with working frequencies up to 2OkHz, such. B. LF speech connections, devices of the measurement and control technology, here both for display) -, reporting and facilities of

logischen Signalverknüpfung als auch für leistungsintensive Stellglieder und für Elektroenergieerzeugungs-, -verteilungs-,-steuerungs- und -Verbrauchersysteme.logical signal linking as well as for power intensive actuators and for electric power generation, distribution, control and consumer systems.

With the staggering of the limiting voltages of the zinc oxide varistors of 25 V up to 800 V, the most varied can be Master voltage levels. The overvoltage protection device is not or only conditionally usable in systems with operating frequencies greater than 2OkHz

wegen der dann nicht mehr zu vernachlässigenden Kapazität des Zinkoxid-Varistor. Besteht die Möglichkeit, daß die normalebecause of the then no longer negligible capacity of the zinc oxide varistor. There is a possibility that the normal

Operating voltage can maintain the arc of the ignited arrester, i t a series connection of two or

mehrerer Ableiter anzuwenden. Zur Potentialsteuerung erhalten die Ableiter dann hochohmige Parallelwiderstände.to use several arresters. For potential control, the arresters then receive high-impedance parallel resistors.

embodiment

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Überspannungsschutzeinrichtung für allgemeine Anwendungen. Als Grobschutz fungiert ein gasgefüllter Überspannungsableiter 1, auf diesen folgt nach einer Induktivität 2 r'er Feinschutz in Form eines Zinkoxid-Varistors 3Fig. 1 shows an embodiment of the overvoltage protection device for general applications. Coarse protection is provided by a gas-filled surge arrester 1, followed by fine-protection in the form of a zinc oxide varistor 3 after an inductance 2 r'er

E bildet den Schaltungseingang, A den Ausgang. E forms the circuit input, A the output.

Claims

Overvoltage protection device for general applications, characterized in that

- A gas-filled surge arrester realizes the coarse protection on the input side;

on the output side, a zinc oxide varistor forms the fine protection, coarse and fine protection being connected by a coupling and distributing component in the form of an ohmic or inductive resistor, and

- Can be ensured by the coupling and connecting device and the zinc oxide varistor due to their large Dimen ^ ionierungsvielfalt various applications of overvoltage protection device in the direct current and low frequency operated heavy and weak current technology;

- At operating voltages that are above the erase voltage of the Ableitcrs, the coarse protection consists of a series circuit of two or more arresters, which high-impedance potential control resistors are connected in parallel.