CN103050936A - 过压保护设备 - Google Patents

Abstract

示出和说明一种用于保护电气低压设备的过压保护设备，该过压保护设备由设备底部和由至少一个可插接到设备底部上的设备上部组成，其中设备底部具有电导体的输入端子和输出端子、至少两个分别将分配给彼此的输入端子和输出端子互相连接的线路路径、以及与输入端子和输出端子相连接的接触元件，其中在线路路径中布置有纵向阻抗，其中设备上部具有与接触元件相对应的对向接触元件、和至少一个连接在两个对向接触元件之间的粗略保护元件、以及至少一个连接在两个另外的对向接触元件之间的精细保护元件，并且其中至少一个粗略保护元件和至少一个精细保护元件能通过将上部插接到底部上与纵向阻抗在电气上相连接。

Description

过压保护设备

技术领域

本发明涉及一种用于保护电气低压设备的过压保护设备，该过压保护设备由设备底部和由至少一个可插接到该设备底部上的设备上部组成，其中设备底部具有电导体的输入端子和输出端子、至少两个分别将分配给彼此的输入端子和输出端子互相连接的线路路径、以及与输入端子和输出端子连接的尤其是构成为插座的接触元件，其中在线路路径中布置有纵向阻抗，其中设备上部具有与接触元件相对应的尤其是构成为插销的对向接触元件、和至少一个连接在两个对向接触元件之间的粗略保护元件、以及至少一个连接在两个另外的对向接触元件之间的精细保护元件，并且其中至少一个粗略保护元件和至少一个精细保护元件可通过将上部插接到底部上与纵向阻抗在电气上相连接。

背景技术

测量技术、控制技术和调节技术（MSR技术）的线路形成了工业设施的神经通道。连接在这些工业设备上的电子测量回路、控制回路和调节回路以及开关回路对于瞬间的过压是敏感的，所述过压可能尤其是通过大气的放电，但是也可能通过开关动作、由于感应负载引起的电网影响或通过能量供应网络中的短路而出现。该敏感性在使用电子器件、尤其是晶体管和晶闸管的范围内增加；尤其是越来越多地采用的集成电路强烈地受到瞬间过压的危及。

电路通常无干扰地以特定于其的电压、额定电压工作。当出现过压时，这则不适用。所有位于额定电压的公差上限之上的电压视作为过压。属于此的尤其是还有瞬间过压，所述瞬间过压可能由于大气放电，但是也可能通过开关动作或在能量供应网络中的短路出现并且可能电流地、感应地或电容地输入耦合到电路中。为了现在保护电气或电子电路、尤其是电子测量电路、控制电路、调节电路和开关电路在也总是采用它们的场合防止瞬间过压，已开发了过压保护元件，并且几十年来已知有截获或限制过压尖峰。

按照放电器选择和要预期的环境影响而定，用于保护设施和设备的电源的必要措施划分为不同的等级。在此，各个等级的过压保护设备原则上通过漏导能力的高低和保护电平来区分。

在此，第一保护等级（类型1）通常由作为效能最强的保护设备而被安装在楼宇的中央电源中的避雷器来形成。这样的避雷器的主要组成部分是具有至少两个电极的火花隙，其中在火花隙点火时，在两个电极之间产生电弧。

第二保护等级（类型2）通常形成基于压敏电阻的过压放电器。该保护等级再次限制了在避雷器上的剩余的残余电压。按照要保护的设置或要保护的楼宇的危险电势而定，如果用第二保护等级、即用过压放电器开始，则在个别情况下可以是足够的。

第三保护等级（类型3）称为设备保护，并且通常直接安装在要保护的设备之前。用设备保护达到了对于所连接的设备没有危险的残余电压。这样的过压保护设备以不同的结构形式存在，例如作为插座、插座装入模块或作为开关柜模块。

在MSR技术中，过压保护设备由于相对于过压的较高灵敏度常常具有带有组合的保护电路的过压保护元件，其中一个过压保护元件用于粗略保护并且一个过压保护元件用于精细保护。在此，可以尤其是充气的过压放电器、火花隙、压敏电阻或抑制二极管的过压保护元件经常间接地并联，其中在过压保护元件之间布置了纵向元件作为去耦电阻，这些纵向元件必须与相应的保护电路、即与所使用的过压保护元件相匹配。

本发明尤其是应用在过压保护设备中，其中所述过压保护设备用于设备保护并且构成为开关柜模块。但是本发明不局限于此，并且原则上也可以实现在类型1或类型2的过压保护设备中。

由于模块性、灵活性的原因以及为了方便维修工作，开关柜模块经常构成为两部分的，其中所述开关柜模块由作为设备底部的固定安装的基础元件和作为设备上部的至少一个可更换的保护插头组成。基础元件在此用于将过压保护设备固定在支承轨道上以及用于连接各个电导体，为此基础元件具有可以以任意的连接技术——例如螺纹端子、牵引弹簧端子、直接插接端子或快速连接端子——所实施的相应的输入端子和输出端子。按照实施变型方案而定，这样的过压保护设备可以构成为双导体保护、三导体保护或四导体保护。保护插头具有真正的过压保护电路，该过压保护电路具有与相应的使用目的相匹配的过压保护元件。原则上也可以将两个或更多个保护插头在支承轨道的纵向上毗邻地插接到相应地宽的基础元件上。

为了使设备底部与相应的设备上部简单地在机械和电气上接点接通，设备底部具有与连接端子相连接的插座，并且设备上部具有相对应的插销，使得设备上部可以不用工具地插接到设备底部上。已知的过压保护设备附加地经常还具有转换触点作为用于远程通知至少一个保护元件的状态的信号传感器，由此可以舒适地远程监视。除此之外，例如从DE 20 2004 006 227 U1中已知，设备上部具有可以机械操作的光学状态指示器。因此也可以直接在设备上就地读取过压保护设备的状态。

基本上已经在DE 33 46 753 C2中说明了本发明从其出发的过压保护设备。除此之外，这样的过压保护设备多年来由申请人在产品名称“PLUGTRAB PT”之下销售（请参阅Phoenix Contact产品宣传册“überspannungsschutz TRABTECH 2007”，60和61页）。在此这些过压保护设备的一个主要特征在于以下的可能性，即可以阻抗中性地插入或拔出各个保护插头，由此在更换保护插头时不影响诸如温度测量装置或总线系统的敏感的信号回路。为此在设备底部中在分配给彼此的输入端子和输出端子之间连续分布的线路路径中布置了纵向元件，尤其是去耦电阻或电感。由于基础元件在更换保护插头时也保持安装在贯穿布线中，因此为了检查和更换目的，可以无中断地和阻抗中性地拔出和插入保护插头。

带有组合的两级保护电路的过压保护设备具有由此可以达到很小的保护锥体的优点，其中所述保护电路具有粗略保护以及精细保护。在两个线路路径之间的分支线路中的精细保护元件的装置中，仅仅由用作为精细保护元件的部件、例如抑制二极管来确定保护电平U_P。

在同时确保阻抗中性的可插接性的情况下，将组合的两级保护电路集成在作为设备上部的保护插头中，即将两级的阻抗中性的可插接的电路和模块化的可插接的构造相组合，在已知的过压保护设备中导致显著的保护电平提高。

已知的两级的组合保护电路是如此设计的，即在过压情况下，电流首先流经纵向阻抗和精细保护元件。如果因此所产生的电压超出了与此平行的粗略保护元件的点火电压，则该粗略保护元件变得导通，使得电流换向到粗略保护元件上，即通过精细保护元件及其引线的电流突然下降。在此情况下，由于大的电流变化，在精细保护元件的引线中感应出完全可能大于空闲的保护元件的电压限制的电压，使得导致保护电平提高。

发明内容

因此本发明所基于的任务在于，提供一种开始时所说明的过压保护设备，该过压保护设备在保留两级的组合保护电路的优点和过压保护设备的两部分构造的优点的情况下具有尽可能低的保护电平。

该任务在具有权利要求1的特征的开始时所说明的过压保护设备中通过如下方式来解决，即至少一个精细保护元件用其第一接头与两个第一对向接触元件相连接，并且用其第二接头与两个第二对向接触元件相连接，其中两个第一对向接触元件被分配给第一线路路径中的两个接触元件，并且第二接触元件被分配给第二线路路径中的两个接触元件。在此在第一线路路径中的上述接触元件和第二线路路径中的上述接触元件之间，分别布置有开关，其中当上部插接到底部上时，开关断开。如果相反地上部没有插接到底部上，则两个开关闭合。

根据本发明因此实现了一种防止上面所说明的保护电平提高的精细保护元件的V布线，因为在通向终端设备侧的线路路径的分段上在电流从精细保护元件换向到粗略保护元件上时不出现电流变化，从而也没有感应出提高保护电平的电压。

为了保留阻抗中性的可插接性，在设备底部中在线路路径中的精细保护元件的接头之间设置开关，其中所述开关可以是机械的开关或可以是半导体开关。在设备上部插接到设备底部上时，首先建立了通向设备上部中的过压保护元件的连接，并因此也建立了通向精细保护元件的连接。随后断开线路路径中的开关，使得工作电流流经设备上部中的精细保护元件的V布线。

正如基本上已经从现有技术中已知的那样，也在本发明过压保护设备中有利地在设备底部和设备上部之间构成一种编码，使得排除了例如在不同电压层的保护插头情况下的误安装。为此，设备上部例如可以在其下侧上具有缺口，并且设备底部在其上侧上具有相对应的编码元件。在此可以优选“自编码地”构成编码，使得在首次插接设备上部时，按照设备上部的相应类型对设备底部进行编码。为此在供货状态下，在设备上部上固定编码元件。在插头首次插入没有编码的设备底部中时，编码元件的一部分持久地定位在设备底部中。在插入备用插头之前，必须从设备底部中除去余留的编码；另一设备上部的无意插入不再可能。

根据另一优选的构型，在本发明过压保护设备中，设备上部也可以具有用信号通知保护元件的工作状态的指示器，使得可以直接就地读取该工作状态。除此之外，过压保护设备也可以具有附加的远程通信联系，使得替代地或附加地可以远程监视。设备底部和/或设备上部可以附加地具有指示器，该指示器用信号通知设备上部在设备底部中的正确装入状态。所述指示器在此尤其是可以是光学的或机械的指示器。

如果设备底部具有用于连接地导体的接地端子，则接地端子可以要么直接经过布置在设备底部中的金属的安装脚要么间接地、例如经过气体放电器连接到安装脚上。所述安装脚在此优选直接在设备底部装配到支承轨道上时建立与引导地电势的支承轨道的电气连接。

附图说明

现在详细地存在构造和扩展本发明的过压保护设备的许多可能性。对此参考排在权利要求1之后的权利要求以及参考结合附图对优选实施例的以下说明。在附图中，

图1示出本发明的过压保护设备的一种可能的壳体形状，

图2以示意图示出从现有技术中已知的过压保护设备的电路装置，和

图3以示意图示出本发明的过压保护设备的实施例的电路装置。

具体实施方式

图1示出构成为开关柜模块的过压保护设备1的图示，该过压保护设备1具有设备底部2和可插接到该设备底部2上的设备上部3。设备底部2在其两个端面上具有输入端子4和输出端子5，这些输入端子4和输出端子5以两列错开地相叠布置，并且优选构成为螺纹端子或构成为牵引弹簧端子。

图2和3示出过压保护设备1的电路装置的示意图，其中在图2中示出了从现有技术中已知的过压保护设备1的电路装置，并在图3中示出了本发明的过压保护设备1的电路装置。在此，在两个图中通过虚线表明了在设备底部2和设备上部3之间的两部划分。

从图2中以及从图3中可以看出，分配给彼此的输入端子和输出端子4，5经过设备底部2中的线路路径6a，6b互相连接。除此之外，从图中可以看出，输入端子4与（仅仅表明为点的）接触元件7a，7b相连接，并且输出端子5与接触元件8a，8b相连接。除此之外，在图3中所示出的本发明电路装置中，设置了同样与设备底部2中的输出端子5相连接的两个另外的接触元件9a，9b。此外，在设备底部2中布置了例如可以是去耦电阻的两个纵向阻抗10。纵向阻抗10在此如此方式地布置在线路路径6a，6b中，使得它们在所插接的设备上部3中是两级保护电路的组成部分。

设备上部3具有与设备底部2中的接触元件相对应的（仅仅表明为条的）对向接触元件11a，11b，12a，12b，并且（在根据图3的本发明电路装置中）具有附加的对向接触元件13a，13b。在对向接触元件11a，11b之间布置了构成为充气的过压放电器的粗略保护元件14，这些对向接触元件11a，11b在设备上部3的插接状态下与同输入端子4连接的接触元件7a，7b相连接。在根据图2的从现有技术中已知的实施例中，在分配给与输出端子5相连接的接触元件8a，8b的对向接触元件12a，12b之间，布置了作为精细保护元件15的抑制二极管。在过压情况下，电流于是首先流经纵向阻抗10和精细保护元件15。如果在此存在的电压超出了粗略保护元件14的点火电压，使得该粗略保护元件14变得导通，则电流换向到粗略保护元件14上。这意味着，通过精细保护元件15及其引线的电流突然下降，由此在引线中感应出显著提高在输出端子5上的保护电平的电压，因为保护电平由在精细保护元件15上下降的电压和在引线上所感应的电压的总和得出。

在根据图3的本发明过压保护设备1的电路装置中，通过如下方式来避免上面所说明的保护电平提高，即经过V布线来连接设备上部3中的精细保护元件15。为此，精细保护元件15用其第一接头16与两个第一对向接触元件12a，13a相连接，并用其第二接头17与两个第二对向接触元件12b，13b相连接。与第一接头16相连接的第一对向接触元件12a，13a被分配给第一线路路径6a中的两个相对应的接触元件8a，9a，而与第二接头17相连接的两个第二对向接触元件12b，13b被分配给第二线路路径6b中的两个相对应的接触元件8b，9b。因此，在这里所示出的设备上部3插接到设备底部2上的状态下，精细保护元件15的第一接头16与第一线路路径6a相连接，并且第二接头17与第二线路路径6b相连接。

除此之外，从图3中可以看出，在笫一线路路径6a中的相应接触元件8a，9a之间或在第二线路路径6b中的相应接触元件8b，9b之间分别布置了开关18a，18b，其中如此构成开关18a，18b，使得当设备上部3插接到设备底部2上时，这些开关18a，18b断开，从而工作电流于是流经设备上部3中的精细保护元件15的V布线。因此在本发明的构型中，精细保护元件15的引线中的强烈的电流变化和由此所感应的电压不会导致保护电平的提高，因为没有冲击电流流经从精细保护元件15的第一接头16通向对向接触元件13a的线路和从第二接头17通向对向接触元件13b的线路，使得在这些线路上也不会导致强烈的电流变化并且也因此不导致电压感应。因此仅由在精细保护元件15上下降的电压来确定保护电平。

为了确保设备上部3可靠地固定在设备底部2中，在设备上部2和设备底部2之间设置有定位机构19，该定位机构19可以由成型在一个壳体部分上的定位凸起和由构成在另一壳体部分中的相对应的定位缺口所组成。除此之外，从根据图1的过压保护设备1的图示中可以看出，设备底部3具有用于将过压保护设备1固定在支承轨道21上的安装脚20。如果过压保护设备1具有接地端子，则相应的接头可以要么直接地要么经过气体放电器地与由此金属的安装脚20相连接，该安装脚20建立了通向接地的支承轨道21的电气连接。

Claims (9)

1.用于保护电气低压设备的过压保护设备，由设备底部（2）和由至少一个可插接到设备底部（2）上的设备上部（3）组成，

其中设备底部（2）具有电导体的输入端子和输出端子（4，5）、至少两个分别将分配给彼此的输入端子和输出端子（4，5）互相连接的线路路径（6）、以及与输入端子和输出端子（4，5）相连接的尤其是构成为插座的接触元件（7a，7b，8a，8b，9a，9b），其中在线路路径（6a，6b）中布置有纵向阻抗（10），

其中设备上部（3）具有与接触元件（7a，7b，8a，8b，9a，9b）相对应的尤其是构成为插销的对向接触元件（11a，11b，12a，12b，13a，13b）、和至少一个连接在两个对向接触元件（11a，11b）之间的粗略保护元件（14）、以及至少一个连接在两个另外的对向接触元件（12a，12b）之间的精细保护元件（15），并且

其中至少一个粗略保护元件（14）和至少一个精细保护元件（15）能通过将上部（3）插接到底部（2）上与纵向阻抗（10）在电气上相连接，

其特征在于，

至少一个精细保护元件（15）用其第一接头（16）与两个第一对向接触元件（12a，13a）相连接，并用其第二接头（17）与两个第二对向接触元件（12b，13b）相连接， 

两个第一对向接触元件（12a，13a）被分配给第一线路路径（6a）中的两个在其之间布置有开关（18a）的接触元件（8a，9a），和

两个第二对向接触元件（12b，13b）被分配给第二线路路径（6b）中的两个在其之间布置有开关（18b）的接触元件（8b，9b），和

当设备上部（3）插接到设备底部（2）上时，开关（18a，18b）断开。

2.根据权利要求1的过压保护设备，其特征在于，设置有半导体开关作为开关（18a，18b）。

3.根据权利要求1或2的过压保护设备，其特征在于，在设备上部（3）和设备底部（2）之间构成编码，尤其是设备上部（3）在其下侧上具有缺口并且设备底部（2）在其上侧上具有相对应的编码销。

4.根据权利要求1至3之一的过压保护设备，其特征在于，在设备上部（3）和设备底部（2）之间设置定位机构（19）。

5.根据权利要求1至4之一的过压保护设备，其特征在于，在设备底部（2）中构成至少一个检查抽头，尤其是检查插座。

6.根据权利要求1至5之一的过压保护设备，其特征在于，设备上部（2）具有用信号通知至少一个粗略保护元件（14）和/或至少一个精细保护元件（15）的工作状态的指示器。

7.根据权利要求1至6之一的过压保护设备，其特征在于，设备底部（2）和/或设备上部（3）具有用信号通知设备上部（3）在设备底部（2）中的正确装入状态的指示器。

8.根据权利要求1至7之一的过压保护设备，其特征在于，设备底部（2）具有用于在支承轨道（21）上定位的安装脚（20）。

9.根据权利要求1至8之一的过压保护设备，其特征在于，设备底部（2）具有至少一个接地端子，该接地端子尤其是经过金属的安装脚（20）直接地或间接地与地电势、尤其是与支承轨道（21）相连接。

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