DE102011010180A1 - Electronic device i.e. over voltage protecting device, for use in building to protect sensitive equipment against lighting, has capacitor connected with inductors of outer conductors through rectifiers - Google Patents

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    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage

Abstract

The device has a capacitor (C1) connected with inductors (DR1, DR2) of respective outer conductors (L1, L2) through rectifiers (D1-D6). The rectifiers are switched between the inductors and the capacitor, where current flows to the capacitor through the rectifier. Impulse withstand voltage of the device is reduced to 6 kV for a period of approximately 50 microseconds at energy of 5 KA during lighting without discharging current of several kA to earth. The capacitor is connected with a ballast circuit (R1) that comprises a burst generator with a trigger circuit and a trigger input.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzvorrichtung zum Schutz vor einer nach Blitzeinschlag auftretenden Bemessungsstehstossspannung von 6 KV bis 8 KV für die Dauer von einigen μsec für Betriebsmittel und Geräte der Überspannungskategorie II, Überspannungskategorie III und Überspannungskategorie IV mit Nennspannungen von 230 V bis 400 V Wechselspannung zum Beispiel nach DIN VDE 0100-443 .The present invention relates to an overvoltage protection device for protection against occurring after lightning Rated standing surge voltage of 6 KV to 8 KV for a period of a few microseconds for equipment and devices overvoltage category II, overvoltage category III and overvoltage category IV with rated voltages of 230 V to 400 V AC voltage, for example to DIN VDE 0100-443 ,

Überspannungskategorie II sind zum Beispiel Steckdosen, Verteilertafeln, Schalter. Überspannungskategorie III sind zum Beispiel Haushaltsgeräte, tragbare Werkzeuge. Überspannungskategorie IV sind zum Beispiel empfindliche Geräte wie Personalcomputer.Overvoltage category II are, for example, sockets, distribution boards, switches. Overvoltage category III are, for example, household appliances, portable tools. Overvoltage category IV are, for example, sensitive devices such as personal computers.

Die Versorgungsspannung im Gebäude beträgt 230 V Wechselspannung mit 50 Hz. In die Umgebung eines Gebäudes oder in den Blitzableiter des Gebäudes schlägt ein Blitz ein. Dieses Blitzereignis führt zu einer Bemessungsstehstossspannung von 6 KV für die Dauer von 50 μsec auf der Versorgungsspannung mit einem verfügbaren Strom von 5 KA. Die derzeitigen Überspannungsschutzvorrichtungen leiten diesen Strom von mehreren Kiloampere zur Erde ab. Die dabei eingesetzten Komponenten müssen diesen Strom verarbeiten können, was aber in der Regel zu vorzeitiger Alterung führt und letztendlich zum Ausfall der Komponenten.
ABB Merkblatt 13 „Die Blitzschutznormen”, DIN EN 62305/VDE 0185-305:2006 Datei: „Blitzschutznorm2006.pdf”, Überspannungs-Schutzeinrichtungen für jede Netzform (erschienen in etz 06/97) von Dipl.-Ing. Gerhard Wolff, Phoenix Contact GmbH & Co (Datei: ”wolff_d002.pdf”) .The supply voltage in the building is 230 V AC with 50 Hz. A lightning strikes the surroundings of a building or into the lightning conductor of the building. This lightning event results in a rated standstill voltage of 6 KV for the duration of 50 μsec on the supply voltage with an available current of 5 KA. Current overvoltage protection devices dissipate this current of several kiloamps to earth. The components used in the process must be able to process this current, but this usually leads to premature aging and ultimately to failure of the components.
ABB Leaflet 13 "Lightning Protection Standards", DIN EN 62305 / VDE 0185-305: 2006 File: "Lightning Protection Standard2006.pdf", Overvoltage Protection Devices for Each Network Form (published in etz 06/97) by Dipl.-Ing. Gerhard Wolff, Phoenix Contact GmbH & Co. (File: "wolff_d002.pdf") ,

DE 197 51 470 A1 beschreibt eine Überspannungsschutzvorrichtung für ein an eine Versorgungsspannung angeschlossenes elektronisches Gerät mit einer Einrichtung zum Ableiten von Überspannungen und Abschalten der Überspannungsschutzvorrichtung bei Überlast. DE 197 51 470 A1 describes an overvoltage protection device for a connected to a supply voltage electronic device with a device for dissipating overvoltages and switching off the overvoltage protection device in case of overload.

DE 43 42 635 A1 beschreibt eine Überspannungsschutzvorrichtung die einen Schutz bestehend aus einem Körper Metalloxid-Varistormaterial auf den Netzstecker aufbringt, um die Überspannung an den Netzsteckerstiften durch Kurzschluß abzuleiten. DE 43 42 635 A1 describes an overvoltage protection device which applies a protection consisting of a body metal oxide varistor material on the power plug to derive the overvoltage to the power plug pins by short circuit.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine verbesserte elektronische Vorrichtung bereitgestellt werden, die einen langfristigen Unterbrechungsfreien Betrieb der angeschlossenen Verbraucher bei Überspannung sicherstellt. Die Versorgungsspannung im Gebäude beträgt 230 V Wechselspannung mit 50 Hz. In die Umgebung eines Gebäudes oder in den Blitzableiter des Gebäudes schlägt ein Blitz ein. Dieses Blitzereignis kann z. B. zu einer Bemessungsstehstossspannung von 6 KV für die Dauer von 50 μsec auf der Versorgungsspannung mit einem verfügbaren Strom von 5 KA führen.The present invention is intended to provide an improved electronic device which ensures long-term, uninterrupted operation of the connected loads in the event of overvoltage. The supply voltage in the building is 230 V AC with 50 Hz. A lightning strikes the surroundings of a building or into the lightning conductor of the building. This lightning event can z. B. lead to a rated standing surge voltage of 6 KV for a period of 50 microseconds on the supply voltage with an available current of 5 KA.

Die derzeitigen Überspannungsschutzvorrichtungen leiten diesen Strom von mehreren Kiloampere zur Erde ab. Doch derzeitig erhältliche Geräte mit Schutz durch Varistoren lassen immer noch Spitzenspannungen von 1 kV und mehr am Verbraucher zu, was für empfindliche Geräte immer noch zum Ausfall durch Zerstörung führen kann. Die dabei eingesetzten Komponenten müssen diesen Strom verarbeiten können, was aber in der Regel zu vorzeitiger Alterung führt und letztendlich zum Ausfall der Überspannungsschutzvorrichtung! Danach folgende Blitzeinschläge zerstören dann die an die Überspannungsschutzvorrichtung angeschlossenen Verbraucher. Durch die hier vorliegenden Erfindung soll eine verbesserte Überspannungsschutzvorrichtung bereitgestellt werden, die weder bei Blitzeinschlag geschädigt wird, noch der angeschlossene Verbraucher bei Blitzeinschlag geschädigt wird.Current overvoltage protection devices dissipate this current of several kiloamps to earth. However, currently available devices with protection by varistors still allow peak voltages of 1 kV and more at the consumer, which can still lead to failure by destruction for sensitive devices. The components used must be able to process this current, which usually leads to premature aging and ultimately to the failure of the overvoltage protection device! Subsequently, the following lightning strikes then destroy the consumers connected to the overvoltage protection device. By the present invention, an improved overvoltage protection device is to be provided, which is neither damaged by lightning, nor the connected consumer is damaged in lightning strikes.

Die nach einem Blitzereignis entstehende Bemessungsstehstossspannung von 6 KV für die Dauer von 50 μsec auf der Versorgungsspannung mit einer Energie von 5 KA muss auf unschädliche Größen reduziert werden, ohne den Strom von mehreren Kiloampere zur Erde abzuleiten. Durch den Einsatz von Drosseln für jeden Außenleiter kann der Strom auf berechenbare Werte begrenzt werden. Der begrenzte Strom fließt nun zum Verbraucher und über einen Gleichrichter in einen Kondensator. Die Spannung am Kondensator ändert sich nur wenig, da der Strom nur sehr kurzzeitig (ein Blitz dauert nur einige Mikrosekunden) fließt. Über den Gleichrichter wiederum begrenzt der Kondensator die Spannung am Ausgang der Drosseln und damit am angeschlossenen Verbraucher. Die Spannung am Kondensator muss mit einer geeigneten Ballastschaltung auf ungefährliche Werte begrenzt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung zum Schutz empfindlicher Geräte vor Blitzeinschlag bereitgestellt.The rated residual surge voltage of 6 KV after a lightning strike for a duration of 50 μsec on the supply voltage with an energy of 5 KA must be reduced to harmless values, without diverting the current of several kiloamps to earth. By using chokes for each phase conductor, the current can be limited to predictable values. The limited current now flows to the load and via a rectifier into a capacitor. The voltage across the capacitor changes only slightly, since the current flows only very briefly (a flash lasts only a few microseconds). In turn, the capacitor limits the voltage at the output of the chokes and thus at the connected consumer via the rectifier. The voltage across the capacitor must be limited to safe levels with a suitable ballast circuit. In accordance with the present invention, there is provided an electronic device for protecting sensitive equipment from lightning.

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in exemplarischer Weise mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:Embodiment of the present invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

1 die prinzipielle Schaltung der Überspannungsschutzvorrichtung ist, 1 the principal circuit of the overvoltage protection device is

2 die prinzipielle Schaltung der getakteten Ballastschaltung zeigt. 2 the basic circuit of the clocked ballast circuit shows.

Es wird eine voll funktionsfähige Überspannungsschutzvorrichtung beschrieben, die sich in Ihrer Darstellung auf 1 u. 2 beziehen. Wesentliche Bestandteile der Überspannungsschutzvorrichtung sind eine Drossel für jeden Außenleiter (DR1), (DR2) (gekoppelt oder als einzelne Drosseln), ein Gleichrichter (D1 bis D6), ein Kondensator (C1) und eine Ballastschaltung (R1). Für jeden weiteren Außenleiter sind eine weitere Drossel und zwei weitere Dioden für den Gleichrichter erforderlich.A fully functional overvoltage protection device is described which is reflected in your presentation 1 u. 2 Respectively. Essential components of Overvoltage protection devices are a choke for each outer conductor (DR1), (DR2) (coupled or as individual inductors), a rectifier (D1 to D6), a capacitor (C1) and a ballast circuit (R1). For each additional outer conductor, another choke and two additional diodes are required for the rectifier.

Der besondere Schutz wird wie folgt erreicht. Die Drosseln liegen in der Zuleitung und begrenzen den maximalen Strom. Die Drosseln sind in ihrem Aufbau so beschaffen, dass sie die an ihnen auftretende Spitzenspannung ohne Überschlag und Schaden verarbeiten können. Der begrenzte Strom fließt nun zum Verbraucher und über einen Gleichrichter in einen Kondensator. Die Spannung am Kondensator ändert sich nur wenig, da der Strom nur sehr kurzzeitig (ein Blitz dauert nur einige Mikrosekunden) fließt. Über den Gleichrichter wiederum begrenzt der Kondensator die Spannung am Ausgang der Drosseln und damit am angeschlossenen Verbraucher. Die Netzspannung an Phin (Phase) und Mpin (Mittelpunktleiter) gelangt über (DR1) und (DR2) als Phout und Mpout zum Verbraucher, also Betriebsmittel und/oder Geräte der Überspannungskategorie II bis IV wie eingangs erwähnt. Über den Gleichrichter (D1) bis (D6) kommen Phout und Mpout ebenfalls zum Kondensator (C1) und zur Ballastschaltung.The special protection is achieved as follows. The chokes are located in the supply line and limit the maximum current. The chokes are designed in their construction so that they can handle the peak voltage occurring on them without rollover and damage. The limited current now flows to the load and via a rectifier into a capacitor. The voltage across the capacitor changes only slightly, since the current flows only very briefly (a flash lasts only a few microseconds). In turn, the capacitor limits the voltage at the output of the chokes and thus at the connected consumer via the rectifier. The line voltage at Phin (phase) and Mpin (center conductor) passes through (DR1) and (DR2) as Phout and Mpout to the consumer, ie equipment and / or devices of the overvoltage category II to IV as mentioned above. Via the rectifier (D1) to (D6) Phout and Mpout also come to the capacitor (C1) and to the ballast circuit.

Im Normalbetrieb ist die Ballastschaltung abgeschaltet und C1 wird auf den Spitzenwert Uss der Netzspannung geladen (Uss = Netzspannung × √2, bei 230 V Netzspannung sind das etwa 326 V). Es fließt anschließend nur der Strom, der vom Verbraucher selbst aufgenommen wird und der geringe Standby-Strom der Triggerschaltung (TR1) für die Ballastschaltung. Nach Blitzeinschlag gemäß DIN VDE 0100-443 kann nun die Netzspannung mit einer Bemessungsstehstossspannung von 6 KV bis 8 KV für die Dauer von einigen μsec überlagert werden mit Strömen in der Größenordnung von 5 KA.In normal operation, the ballast circuit is switched off and C1 is charged to the peak value Uss of the mains voltage (Uss = mains voltage × √2, at 230 V mains voltage this is about 326 V). It then flows only the current that is consumed by the consumer itself and the low standby current of the trigger circuit (TR1) for the ballast circuit. After lightning strike according to DIN VDE 0100-443 Now, the mains voltage can be superimposed with a rated standstill voltage of 6 KV to 8 KV for a period of a few microseconds with currents of the order of 5 KA.

Bei geeigneter Dimensionierung begrenzen (DR1) und (DR2) den Strom auf Werte unter 50 A und laden über (D1) bis (D6) mit diesem Strom für einige μsec (C1) auf. (C1) ist hinreichend groß bemessen, sodass sich seine Spannung lediglich um etwa 100 V ändert. Da (C1) über (D1) bis (D6) auch mit dem Ausgang Phout und Mpout zum Verbraucher verbunden ist, gelangt auch zum Verbraucher nur diese zusätzliche Spannungserhöhung von etwa 100 V für die Dauer von einigen msec. Bei einem Blitzereignis wird über eine Triggerschaltung (TR1) ein Verbraucher, hier bezeichnet mit Ballastschaltung (R1), parallel zu (C1) eingeschaltet, um die von ihm aufgenommene Ladung sofort wieder abzubauen. Die Ballastschaltung (R1) kann im einfachsten Fall aus einem Widerstand bestehen, der allerdings einige Kilowatt Impulsleistung verarbeiten muss. Die in der hier vorliegenden Erfindung verwendete Ballastschaltung (R1) wird bei einem Blitzereignis ebenfalls durch eine Triggerschaltung (TR1) gestartet und besteht aus einem getakteten Schalter, der einen Kondensator (C2) mit der Ladung von (C1) auflädt. In 1 wird die Ballastschaltung mit (R1) angegeben und besteht aus folgenden Komponenten: Ein Burstgenerator (BG1) mit Triggerschaltung (TR1) und Triggereingang, ein schneller Schalter (T1) (zum Beispiel ein MOSFET), eine Speicherdrossel (DR3), ein schneller Schalter (D7), ein Kondensator (C2), ein Widerstand (R2). Wirkungsweise der getakteten Ballastschaltung nach 2.With suitable dimensioning, limit the current (DR1) and (DR2) to values below 50 A and charge via (D1) to (D6) with this current for a few μsec (C1). (C1) is sufficiently large that its voltage changes only by about 100V. Since (C1) via (D1) to (D6) is also connected to the output Phout and Mpout to the consumer, also reaches the consumer only this additional voltage increase of about 100 V for a period of a few msec. In the case of a lightning event, a consumer, here referred to as a ballast circuit (R1), is switched on in parallel with (C1) via a trigger circuit (TR1) in order to immediately reduce the charge it has picked up. The ballast circuit (R1) can in the simplest case consist of a resistor, which, however, has to process a few kilowatts of pulse power. The ballast circuit (R1) used in the present invention is also started by a trigger circuit (TR1) in a lightning event and consists of a clocked switch which charges a capacitor (C2) with the charge of (C1). In 1 the ballast circuit is indicated by (R1) and consists of the following components: a burst generator (BG1) with trigger circuit (TR1) and trigger input, a fast switch (T1) (for example, a MOSFET), a storage choke (DR3), a fast switch ( D7), a capacitor (C2), a resistor (R2). Operation of the clocked ballast circuit after 2 ,

Die getaktete Ballastschaltung überträgt in Millisekunden die nach einem Blitzereignis in (C1) 1 gespeicherte Ladung nach (C2) 2. (C2) kann dann relativ hochohmig mit geringer Leistung über einen längeren Zeitraum entladen werden, zum Beispiel über einen Widerstand kleiner Leistung. Eine schnelle Triggerschaltung (TR1) kann die Übertragung der Ladung von (C1) nach (C2) noch während des Blitzereignisses starten. Im Normalbetrieb ist der Schalter (T1) geöffnet und der Kondensator (C2) ist entladen (wegen R2). Sobald durch ein Blitzereignis ausgelöst die Triggerschaltung (TR1) eine wesentliche Überschreitung der an (C1) 1 vorgegebenen Spannung feststellt, schaltet sie periodisch den Schalter (T1) und lädt über die Speicherdrossel (DR3) und mithilfe der Diode (D7) den Kondensator (C2) (ähnlich wie in einem Schaltnetzteil). Die Energie hierzu stammt von (C1) 1 und entlädt damit (C1) soweit, bis die maximal vorgegebene Spannung wieder unterschritten wird oder bis (C2) die Spannung von (C1) erreicht hat. Anschließend wird (C2) durch (R2) wieder entladen. Damit unterscheidet sich die Funktion dieser Ballastschaltung wesentlich von üblichen Ballastschaltungen und von elektronischen Lasten.The clocked ballast circuit transmits in milliseconds that after a lightning event in (C1) 1 stored charge according to (C2) 2 , (C2) can then be discharged relatively high impedance with low power over a longer period, for example, via a resistor of low power. A fast trigger circuit (TR1) can start transferring the charge from (C1) to (C2) during the lightning event. In normal operation, the switch (T1) is open and the capacitor (C2) is discharged (due to R2). As soon as the trigger circuit (TR1) triggers a significant overshoot of the (C1) due to a lightning event 1 voltage is determined, it periodically switches the switch (T1) and charges via the storage inductor (DR3) and using the diode (D7) the capacitor (C2) (similar to a switching power supply). The energy comes from (C1) 1 and thus discharges (C1) until the maximum specified voltage is fallen below again or until (C2) has reached the voltage of (C1). Then (C2) is discharged again by (R2). Thus, the function of this ballast circuit differs significantly from conventional ballast circuits and electronic loads.

Bei der hier vorliegenden Erfindung ist die Überspannungsschutzvorrichtung z. B. für den Störungsfreien Dauereinsatz von Datenverarbeitungsanlagen einsetzbar. Bei einem Blitzereignis ist der Störungsfreie Betrieb sichergestellt. Bei einem Ausfall der Netzspannung kann die Anlage über eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung weiter betrieben werden. Die Unterbrechungsfreie Stromversorgung wird ebenfalls über eine Überspannungsschutzvorrichtung gemäß beschriebener Erfindung betrieben.In the present invention, the overvoltage protection device z. B. for the trouble-free continuous use of data processing systems. A lightning event ensures trouble-free operation. If the mains voltage fails, the system can continue to operate via an uninterruptible power supply. The uninterruptible power supply is also operated via an overvoltage protection device according to the invention described.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19751470 A1 [0004] DE 19751470 A1 [0004]
  • DE 4342635 A1 [0005] DE 4342635 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN VDE 0100-443 [0001] DIN VDE 0100-443 [0001]
  • ABB Merkblatt 13 „Die Blitzschutznormen”, DIN EN 62305/VDE 0185-305:2006 Datei: „Blitzschutznorm2006.pdf”, Überspannungs-Schutzeinrichtungen für jede Netzform (erschienen in etz 06/97) von Dipl.-Ing. Gerhard Wolff, Phoenix Contact GmbH & Co (Datei: ”wolff_d002.pdf”) [0003] ABB Leaflet 13 "Lightning Protection Standards", DIN EN 62305 / VDE 0185-305: 2006 File: "Lightning Protection Standard2006.pdf", Overvoltage Protection Devices for Each Network Form (published in etz 06/97) by Dipl.-Ing. Gerhard Wolff, Phoenix Contact GmbH & Co. (file: "wolff_d002.pdf") [0003]
  • DIN VDE 0100-443 [0014] DIN VDE 0100-443 [0014]

Claims (3)

Elektronische Vorrichtung umfassend: die bei einem Blitzereignis die entstehende Bemessungsstehstossspannung von 6 KV für die Dauer von ca. 50 μsec auf der Versorgungsspannung mit einer Energie von 5 KA auf unschädliche Größen reduziert wird, ohne einen Strom von mehreren Kiloampere zur Erde abzuleiten. Eine Drossel (DR1) für den Außenleiter (L1) und Drossel (DR2) für den Außenleiter (L2), (gekoppelt oder als einzelne Drosseln), ein Gleichrichter (D1) bis (D6), ein Kondensator (C1) eine Ballastschaltung (R1) in der prinzipiellen Anordnung nach 1 und eine Triggerschaltung (TR1) in der prinzipiellen Anordnung nach 2. Für jeden weiteren Außenleiter sind eine weitere Drossel und zwei weitere Dioden für den Gleichrichter erforderlich. Dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (DR1) für den Außenleiter (L1) und Drossel (DR2) für den Außenleiter (L2), den Gleichrichtern (D1) bis (D6), dem Kondensator (C1) und die Ballastschaltung (R1) gemäß 1 angeordnet ist. Für jeden weiteren Außenleiter sind eine weitere Drossel und zwei weitere Dioden für den Gleichrichter erforderlich. Die Drosseln liegen in der Zuleitung. Der Strom fließt nun zum Verbraucher und über einen Gleichrichter in einen Kondensator. Über den Gleichrichter wiederum begrenzt der Kondensator die Spannung am Ausgang der Drosseln und damit am angeschlossenen Verbraucher. Wirkungsweise der Überspannungsschutzvorrichtung Begründung: Das Herausragende der Schaltung in 1 besteht darin, dass durch die besondere Anordnung dieser Bauelemente eine hohe Spannung mit einem sehr schnellen Spannungsanstieg innerhalb von Nanosekunden bis Mikrosekunden mit anschließend folgenden Spannungsabfall innerhalb von einigen Mikrosekunden nicht zu einem entsprechend hohen Strom führt. Das wird erreicht durch eine Drossel mit ihrer Eigenschaft, auf eine plötzliche Spannungsänderung mit einer allmählichen Stromänderung zu reagieren, der Strom hat zunächst den Wert, den der angeschlossene Verbraucher aufnimmt und nimmt davon ausgehend exponentiell zu:
Figure 00040001
mit τ = L/R (Zeitkonstante), L = Induktivität der Drossel, t = Zeit, R = Kupferwiderstand der Spule und I0 = U0/R, U0 = Spannung an der Drossel, i = Strom durch die Drossel Ist die Zeitdauer, in der eine hohe Spannung anliegt, kurz genug, erreicht der durch die an der Drossel anliegenden Spannung zunehmende Strom nur geringe Werte. In der Praxis ist ein Wert der Stromzunahme in der Größenordnung von einigen Ampere pro Mikrosekunde realisierbar. Da ein Blitzereignis nach 10 bis 50 μsec beendet ist, liegt der maximal erreichte Wert des Stromes durch die Drossel, je nach Kurvenform der Bemessungsstehstossspannung bei 10 A bis 50 A. In 1 ist das die Drossel (DR1) im Außenleiter (L1), bzw. die Drossel (DR2) im Außenleiter (L2). Wird mit diesem Strom ein hinreichend großer Kondensator geladen, dann ändert sich die Spannung am Kondensator innerhalb dieser Zeit nur wenig. In 1 ist das der Kondensator (C1), der über den Gleichrichter (D1) bis (D7) mit (DR1) und (DR2) verbunden ist. Der zwischen Drossel und Kondensator geschaltete Gleichrichter (D1 bis D7) erfüllt mehrere Aufgaben: Resonanzen, die zu einer Spannungsüberhöhung führen können, werden vermieden und bei Wechselspannung arbeitet die Anordnung für beide Polaritäten. Eine Schaltung zur Spannungsbegrenzung und/oder Entladung von (C1) arbeitet nur in einer Polarität.Electronic device comprising: in a lightning event the resulting rated withstand voltage of 6 KV for the duration of about 50 μsec on the supply voltage with an energy of 5 KA is reduced to harmless quantities, without diverting a current of several kiloamps to earth. A choke (DR1) for the outer conductor (L1) and choke (DR2) for the outer conductor (L2), (coupled or as individual reactors), a rectifier (D1) to (D6), a capacitor (C1), a ballast circuit (R1 ) in the basic arrangement 1 and a trigger circuit (TR1) in the basic arrangement 2 , For each additional outer conductor, another choke and two additional diodes are required for the rectifier. Characterized in that the choke (DR1) for the outer conductor (L1) and choke (DR2) for the outer conductor (L2), the rectifiers (D1) to (D6), the capacitor (C1) and the ballast circuit (R1) according to 1 is arranged. For each additional outer conductor, another choke and two additional diodes are required for the rectifier. The chokes are in the supply line. The current now flows to the load and via a rectifier into a capacitor. In turn, the capacitor limits the voltage at the output of the chokes and thus at the connected consumer via the rectifier. Operation of the overvoltage protection device Reason: The outstanding of the circuit in 1 is that the special arrangement of these devices, a high voltage with a very fast voltage rise within nanoseconds to microseconds with subsequent voltage drop within a few microseconds does not lead to a correspondingly high current. This is achieved by a choke with its ability to respond to a sudden change in voltage with a gradual change in current, the current initially has the value that the connected consumer receives and assumes it exponentially to:
Figure 00040001
with τ = L / R (time constant), L = inductance of the inductor, t = time, R = copper resistance of the coil and I0 = U0 / R, U0 = voltage at the inductor, i = current through the inductor The time duration, in If a high voltage is applied, short enough, the current increasing due to the voltage applied to the choke will reach only low values. In practice, a value of current increase on the order of a few amperes per microsecond can be realized. Since a lightning event has ended after 10 to 50 μsec, the maximum value of the current through the choke is 10 A to 50 A, depending on the waveform of the rated standstill voltage 1 this is the choke (DR1) in the outer conductor (L1), or the choke (DR2) in the outer conductor (L2). If a sufficiently large capacitor is charged with this current, then the voltage at the capacitor changes only slightly within this time. In 1 this is the capacitor (C1) which is connected to (DR1) and (DR2) via the rectifier (D1) to (D7). The rectifier (D1 to D7) connected between the choke and the capacitor fulfills several tasks: resonances which can lead to a voltage increase are avoided and at alternating voltage the arrangement works for both polarities. A voltage limiting and / or discharging circuit of (C1) operates in only one polarity. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ballastschaltung (R1) aus einem getakteten Schalter besteht, der einen Kondensator (C2) mit der Ladung von (C1) auflädt, da er bei einem Blitzereignis durch eine Triggerschaltung (TR1) gestartet wird. Die Ballastschaltung (R1) besteht aus folgenden Komponenten: Ein Burstgenerator (BG1) mit Triggerschaltung (TR1) und Triggereingang, ein schneller Schalter (T1) (zum Beispiel ein MOSFET), eine Speicherdrossel (DR3), ein schneller Schalter (D7), ein Kondensator (C2), ein Widerstand (R2). Wirkungsweise der getakteten Ballastschaltung nach 2. Die getaktete Ballastschaltung überträgt in Millisekunden die nach einem Blitzereignis in (C1) 1 gespeicherte Ladung nach (C2) 2. (C2) kann dann relativ hochohmig mit geringer Leistung über einen längeren Zeitraum entladen werden, zum Beispiel über einen Widerstand kleiner Leistung.An electronic device according to claim 1, wherein the ballast circuit (R1) consists of a clocked switch which charges a capacitor (C2) with the charge of (C1) since it is started by a trigger circuit (TR1) in a lightning event. The ballast circuit (R1) consists of the following components: a burst generator (BG1) with trigger circuit (TR1) and trigger input, a fast switch (T1) (for example a MOSFET), a storage choke (DR3), a fast switch (D7), on Capacitor (C2), a resistor (R2). Operation of the clocked ballast circuit after 2 , The clocked ballast circuit transmits in milliseconds that after a lightning event in (C1) 1 stored charge according to (C2) 2 , (C2) can then be discharged relatively high impedance with low power over a longer period, for example, via a resistor of low power. Elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüchen, wobei die schnelle Triggerschaltung (TR1) die Übertragung der Ladung von (C1) nach (C2) noch während des Blitzereignisses starten kann. Im Normalbetrieb ist der Schalter (T1) geöffnet und der Kondensator (C2) ist entladen (wegen R2). Sobald durch ein Blitzereignis ausgelöst die Triggerschaltung (TR1) eine wesentliche Überschreitung der an (C1) 1 vorgegebenen Spannung feststellt, schaltet sie periodisch den Schalter (T1) und lädt über die Speicherdrossel (DR3) und mithilfe der Diode (D7) den Kondensator (C2) (ähnlich wie in einem Schaltnetzteil). Die Energie hierzu stammt von (C1) 1 und entlädt damit (C1) soweit, bis die maximal vorgegebene Spannung wieder unterschritten wird oder bis (C2) die Spannung von (C1) erreicht hat. Anschließend wird (C2) durch (R2) wieder entladen. Damit unterscheidet sich die Funktion dieser Ballastschaltung wesentlich von üblichen Ballastschaltungen und von elektronischen Lasten.An electronic device according to any one of the preceding claims, wherein the fast trigger circuit (TR1) can start transferring the charge from (C1) to (C2) during the flash event. In normal operation, the switch (T1) is open and the capacitor (C2) is discharged (due to R2). As soon as the trigger circuit (TR1) triggers a significant overshoot of the (C1) due to a lightning event 1 voltage is determined, it periodically switches the switch (T1) and charges via the storage inductor (DR3) and using the diode (D7) the capacitor (C2) (similar to a switching power supply). The energy comes from (C1) 1 and thus discharges (C1) until the maximum specified voltage is fallen below again or until (C2) has reached the voltage of (C1). Then (C2) is discharged again by (R2). Thus, the function of this ballast circuit differs significantly from conventional ballast circuits and electronic loads.
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