-
Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzeinrichtung mit einem ersten gasgefüllten Überspannungsableiter und einem zweiten gasgefüllten Überspannungsableiter.
-
Elektrische Stromkreise und Anlagen arbeiten mit einer für sie spezifizierten Spannung, der sogenannten Nennspannung, störungsfrei, es sei denn, dass Überspannungen auftreten. Als Überspannungen gelten alle Spannungen, die oberhalb einer oberen Toleranzgrenze der Nennspannung liegen. Hierzu zählen vor allem auch transiente Überspannungen, die aufgrund von atmosphärischen Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen oder Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können und galvanisch, induktiv oder kapazitiv in elektrische Stromkreise eingekoppelt werden können. Um nun elektrische oder elektronische Stromkreise, insbesondere elektronische Mess-, Steuer-, Regel- und Schaltkreise in den verschiedensten Einsatzbereichen gegen transiente Überspannungen zu schützen, wurden Überspannungsschutzeinrichtungen entwickelt, wie aus dem Stand der Technik seit einigen Dekaden bekannt.
-
Grundlage einer jeden Industrieanlage sind die Leitungen bzw. Leiter der Mess-, Steuer- und Regeltechnik. Der reibungslose Betrieb dieser Leitungen setzt ein hohes Maß an Verfügbarkeit der übertragenen Signale voraus. Die Schutzschaltungen entsprechender Überspannungsschutzeinrichtungen müssen dabei auf die verschiedenen Signal- und Messprinzipien angepasst werden. Als Überspannungsableiter kommen dabei insbesondere Varistoren, Supressor-Dioden und gasgefüllte Überspannungsableiter oder Funkenstrecken sowie Kombinationen der vorgenannten Bauelemente zum Einsatz. Die einzelnen Überspannungsableiter können dabei unter anderem nach der Höhe des Ableitvermögens bzw. dem Schutzpegel unterschieden werden. Während Varistoren in der Regel als Mittelschutzstufe eingesetzt werden, dienen gasgefüllte Überspannungsableiter und Funkenstrecken in der Regel als Grobschutz. Darüber hinaus können die einzelnen Überspannungsableiter in spannungsbegrenzende Elemente, beispielsweise Varistoren, einerseits und spannungsschaltende Elemente, beispielsweise gasgefüllte Überspannungsableiter und Funkenstrecken, andererseits unterteilt werden.
-
Aus dem Stand der Technik sind gasgefüllte Überspannungsableiter (ÜsAg) als zwei-Elektroden-ÜsAg oder als drei-Elektroden-ÜsAg bekannt. Ein zwei-Elektroden-ÜsAg weist eine charakteristische Nennansprechgleichspannung zwischen den beiden Elektroden des gasgefüllten Überspannungsableiters auf, während bei einem drei-Elektroden-ÜsAg die Nennansprechspannung zwischen den Außenelektroden und der Mittelektrode des gasgefüllten Überspannungsableiters gleich sind.
-
Nachteilig bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten gasgefüllten Überspannungsableitern ist, dass gasgefüllte Überspannungsableiter eine gegenüber der Nennansprechgleichspannung wesentlich erhöhte dynamische Ansprechspannung aufweisen, also einen wesentlich erhöhten Spannungswert aufweisen, bei dem der gasgefüllte Überspannungsableiter bei schnell ansteigender Spannung anspricht. Selbiges gilt auch bei Triggerung des gasgefüllten Überspannungsableiters durch eine externe Beschaltung, die einen ebenso wesentlich erhöhten Spannungswert in der Größenordnung der anstehenden Überspannung erfordert, damit der ÜsAg anspricht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Überspannungsschutzeinrichtung mit einem gasgefüllten Überspannungsableiter anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Überspannungsschutzeinrichtung mit einem gasgefüllten Überspannungsableiter anzugeben, wobei der gasgefüllte Überspannungsableiter bei einer geringen Ansprechspannung anspricht, während eine hohe Betriebsspannung an die Überspannungsschutzeinrichtung anlegbar ist.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Demnach wird diese Aufgaben gelöst durch eine Überspannungsschutzeinrichtung mit einem ersten gasgefüllten Überspannungsableiter und einem zweiten gasgefüllten Überspannungsableiter, wobei der erste Überspannungsableiter und der zweite Überspannungsableiter jeweils wenigstens eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode zur Zündung der Gasfüllung aufweisen, die zweite Elektrode des ersten Überspannungsableiters und die erste Elektrode des zweiten Überspannungsableiters elektrisch leitend verbunden sind und die Gasfüllung zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter zirkulierbar ist.
-
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass der erste Überspannungsableiter und der zweite Überspannungsableiter eine gemeinsame Gasfüllung aufweisen, die Gasfüllung also gemäß der Erfindung zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter „verschiebbar” ist. Dadurch können sich freie Ladungsträger der Gasfüllung zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter bewegen, so dass ein Ansprechen des ersten Überspannungsableiters, also bei einer an dem ersten Überspannungsableiter anliegenden Überspannung, die zur Zündung der Gasfüllung führt, zur Ionisation der Gasfüllung und damit auch zum Ansprechen des zweiten Überspannungsableiters führt.
-
Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung ermöglicht somit eine Verwendung in Anwendungsgebieten, die zum einen eine hohe Betriebsspannung der Überspannungsschutzeinrichtung verlangen, welche durch Verwendung eines ersten Überspannungsableiters mit einer hohen Spannungsfestigkeit erreichbar ist, sowie zum anderen eine geringe Ansprechspannung zum Ansprechen der Überspannungsschutzeinrichtung verlangen, welche durch Verwendung des zweiten Überspannungsableiters mit einer geringen Ansprechspannung erreichbar ist.
-
Überraschenderweise wurde weiterhin gefunden, dass die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung durch Kombination bzw. Verbindung der Gasvolumina zweier aus dem Stand der Technik bekannter gasgefüllter Überspannungsableiter besonders einfach fertigbar ist.
-
Die Gasfüllung weist vorzugsweise ein Edelgas auf, insbesondere Argon oder Neon. Die Elektroden sind vorzugsweise als aus dem Stand der Technik bekannte Elektroden für gasgefüllte Überspannungsableiter ausgeführt. Vorzugsweise sind die Elektroden beabstandet zueinander, ganz besonders bevorzugt gegenüberliegend beabstandet in dem Überspannungsableiter angeordnet. Die elektrisch leitende Verbindung der einen Elektrode des ersten Überspannungsableiters mit der einen Elektrode des zweiten Überspannungsableiters ist vorzugsweise durch ein dem Fachmann bekanntes Mittel, beispielsweise Löten, herstellbar. Ebenso sind jegliche aus dem Stand der Technik bekannte gasgefüllte Überspannungsableiter, auch Gasableiter genannt, verwendbar, die, wie ausgeführt, zu einer erfindungsgemäßen gemeinsamen Gasfüllung ausgestaltbar sind.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt, dass wenigstens drei gasgefüllte Überspannungsableiter vorgesehen sind, wobei jeder Überspannungsableiter wenigstens eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode zur Zündung der Gasfüllung aufweist und die jeweils ersten Elektroden der Überspannungsableiter elektrisch leitend miteinander verbunden sind und die Überspannungsableiter eine gemeinsame Gasfüllung aufweisen.
-
Grundsätzlich ist vorgesehen, dass die Gasfüllung zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter zirkulieren kann. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Gasfüllung zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter ungehindert zirkulierbar ist. Dadurch, dass die Gasfüllung ungehindert zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter zirkulieren kann, können sich freie Ladungsträger der Gasfüllung zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter ungehindert bewegen, so dass nach ein Ansprechen des ersten Überspannungsableiter durch umgehende Ionisation der Gasfüllung das unmittelbar folgende Ansprechen des zweiten Überspannungsableiters erfolgt.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt, dass die Ansprechspannung des ersten Überspannungsableiters größer oder kleiner als die Ansprechspannung des zweiten Überspannungsableiters ist. Mit anderen Worten ist bevorzugt, dass der erste Überspannungsableiter und der zweite Überspannungsableiter unterschiedlich große Ansprechspannungen aufweisen, so dass beispielsweise der erste Überspannungsableiter eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen kann, um eine hohe Betriebsspannung zu ermöglichen, während der zweite Überspannungsableiter eine geringe Ansprechspannung aufweisen kann, um die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung mit einer geringen Steuerspannung zu schalten bzw. die Gasfüllung zu zünden.
-
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt, dass der erste Überspannungsableiter und der zweite Überspannungsableiter jeweils ein Gehäuse aufweisen, die jeweiligen Elektroden in dem Gehäuse angeordnet sind und die Gasfüllung in dem Gehäuse vorgesehen ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass das Gehäuse des ersten Überspannungsableiters und das Gehäuse des zweiten Überspannungsableiters eine Verbindungseinrichtung zur Zirkulation der Gasfüllung aufweisen. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise als Kanal oder Rohr zwischen dem ersten Überspannungsableiter und dem zweiten Überspannungsableiter ausgestaltet sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt, dass in dem Gehäuse zwischen den Elektroden eine Lichtbogenbrennkammer zur Aufnahme der Gasfüllung ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist ferner bevorzugt, dass die Verbindungseinrichtung die Lichtbogenbrennkammer des Gehäuses des ersten Überspannungsableiters mit der Lichtbogenbrennkammer des Gehäuses des zweiten Überspannungsableiter verbindet und somit die Zirkulation der Gasfüllung ermöglicht.
-
Grundsätzlich können die Gehäuse des ersten Überspannungsableiters und/oder des zweiten Überspannungsableiters beliebig ausgestaltet sein, wobei jede aus dem Stand der Technik bekannte Form eines Gehäuses eines Überspannungsableiters möglich ist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass das Gehäuse des ersten Überspannungsableiters und das Gehäuse des zweiten Überspannungsableiters als gemeinsames Gehäuse ausgeführt sind. Dadurch lässt sich die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung besonders einfach, kostengünstig und/oder platzsparend fertigen und/oder installieren.
-
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überspannungsschutzeinrichtung wenigstens drei in das gemeinsame Gehäuse hineinführende elektrischen Leiter zum elektrischen Anschließen der Überspannungsschutzeinrichtung aufweist, der erste Leiter mit der ersten Elektrode des ersten Überspannungsableiters elektrisch leitend verbunden ist, der zweite Leiter mit der zweiten Elektrode des ersten Überspannungsableiters und mit der ersten Elektrode des zweiten Überspannungsableiter elektrisch leitend verbunden ist und der dritte Leiter mit der zweiten Elektrode des zweiten Überspannungsableiters elektrisch leitend verbunden ist. Eine derartige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Überspannungsschutzeinrichtung erlaubt ein Anschließen der Überspannungsschutzeinrichtung an das zu schützende elektrische Bauelement in vergleichbarer und einfacher Weise wie bei einem aus dem Stand der Technik bekannten drei-Elektroden-ÜsAg. Weiterhin ist bevorzugt, dass die zweite Elektrode des ersten Überspannungsableiters und die erste Elektrode des zweiten Überspannungsableiters als eine gemeinsame Elektrode ausgeführt sind, was eine sehr einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht.
-
Ganz besonders ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Gehäuse druckdicht ausgeführt. Vorzugsweise weist das Gehäuse Stahl oder Keramik auf.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
-
Es zeigen
-
1 ein erfindungsgemäßes Überspannungsschutzelement in einer schematischen Ansicht.
-
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzelements mit einem ersten gasgefüllten Überspannungsableiter 1 und einem zweiten gasgefüllten Überspannungsableiter 2. Die Überspannungsableiter 1, 2 weisen jeweils eine Gehäuse 3 auf, welches druckdicht ausgeführt ist, beispielsweise aus Stahl oder Keramik. Die Überspannungsableiter 1, 2 sind derart ausgestaltet, dass die jeweiligen Ansprechspannungen unterschiedlich sind, also der erste Überspannungsableiter 1 eine gegenüber dem zweiten Überspannungsableiter 2 unterschiedliche Ansprechspannung aufweist.
-
In dem Gehäuse 3 des ersten Überspannungsableiters 1 und in dem Gehäuse 3 des zweiten Überspannungsableiters 2 sind jeweils eine erste Elektrode 4 und eine zweite Elektrode 5 zur Zündung der Gasfüllung 6 vorgesehen. Die Gasfüllung 6 umfasst ein Edelgas, beispielsweise Argon oder Neon. Die zweite Elektrode 5 des ersten Überspannungsableiters 1 und die erste Elektrode 4 des zweiten Überspannungsableiters 2 sind elektrisch leitend miteinander verbunden als gemeinsame Elektrode 7 ausgeführt. Derart ausgestaltet bildet das Gehäuse 3 zwischen den Elektroden 4, 5 eine Lichtbogenbrennkammer 8 zur Aufnahme der Gasfüllung 6 aus.
-
Das Gehäuse 3 bzw. die Lichtbogenbrennkammer 8 des ersten Überspannungsableiters 1 und das Gehäuse 3 bzw. die Lichtbogenbrennkammer 8 des zweiten Überspannungsableiters 2 sind über eine Verbindungseinrichtung 9 zur Zirkulation der Gasfüllung 6 miteinander verbunden, wobei vorliegend die Verbindungseinrichtung 9 als Rohr ausgeführt ist. Die Gasfüllung 6 des ersten Überspannungsableiters 1 kann also ungehindert mit der Gasfüllung 6 des zweiten Überspannungsableiters 2 zirkulieren bzw. sich austauschen.
-
Aufgrund der ungehinderten Zirkulation der Gasfüllung 6 zwischen den Lichtbogenbrennkammern 8 des ersten Überspannungsableiters 1 und des zweiten Überspannungsableiters 2, können sich freie Ladungsträger der Gasfüllung 6 zwischen dem ersten Überspannungsableiter 1 und dem zweiten Überspannungsableiter 2 bewegen, so dass ein Ansprechen des ersten Überspannungsableiters 1, also bei einer an dem ersten Überspannungsableiter 1 anliegenden Überspannung, die zur Zündung der Gasfüllung 6 führt, zur Ionisation der Gasfüllung 6 und damit auch zum Ansprechen des zweiten Überspannungsableiters 2 führt.
-
Die erfindungsgemäße Überspannungsschutzeinrichtung ermöglicht damit einen Einsatz in Anwendungsgebieten, die zum einen eine hohe Betriebsspannung der Überspannungsschutzeinrichtung verlangen, welche durch Verwendung eines ersten Überspannungsableiters 1 mit einer hohen Spannungsfestigkeit erreicht wird, sowie zum anderen eine geringe Ansprechspannung zum Ansprechen der Überspannungsschutzeinrichtung verlangen, welche durch Verwendung des zweiten Überspannungsableiters 2 mit einer geringen Ansprechspannung erreicht wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Erster Überspannungsableiter
- 2
- Zweiter Überspannungsableiter
- 3
- Gehäuse
- 4
- Erste Elektrode
- 5
- Zweite Elektrode
- 6
- Gasfüllung
- 7
- Gemeinsame Elektrode
- 8
- Lichtbogenbrennkammer
- 9
- Verbindungseinrichtung
