DE102011115722B4

DE102011115722B4 - Surge protection device

Info

Publication number: DE102011115722B4
Application number: DE102011115722.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meyer; Steffen Pförtner
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2031-10-13
Also published as: CN103050936B; DE102011115722A1; CN103050936A

Abstract

Überspannungsschutzgerät zum Schutz von elektrischen Niederspannungsinstallationen, bestehend aus einem Geräteunterteil (2) und aus mindestens einem auf das Geräteunterteil (2) aufsteckbaren Geräteoberteil (3), wobei das Geräteunterteil (2) Eingangs- und Ausgangsklemmen (4, 5) für elektrische Leiter, mindestens zwei Leitungspfade (6a, 6b), die jeweils einander zugeordnete Eingangs- und Ausgangsklemmen (4, 5) miteinander verbinden und mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen (4, 5) verbundene Kontaktelemente (7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b) aufweist, wobei in den Leitungspfaden (6a, 6b) Längsimpedanzen (10) angeordnet sind, wobei das Geräteoberteil (3) zu den Kontaktelementen (7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b) korrespondierende Gegenkontaktelemente (11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b) und mindestens ein zwischen zwei Gegenkontaktelemente (11a, 11b) geschaltetes Grobschutzelement (14) und mindestens ein zwischen zwei andere Gegenkontaktelemente (12a, 12b) geschaltetes Feinschutzelement (15) aufweist, und wobei das mindestens eine Grobschutzelement (14) und das mindestens eine Feinschutzelement (15) durch Aufstecken des Oberteils (3) auf das Unterteil (2) mit den Längsimpedanzen (10) elektrisch verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Feinschutzelement (15) mit seinem ersten Anschluss (16) mit zwei ersten Gegenkontaktelementen (12a, 13a) und mit seinem zweiten Anschluss (17) mit zwei zweiten Gegenkontaktelementen (12b, 13b) verbunden ist, dass die zwei ersten Gegenkontaktelemente (12a, 13a) zwei Kontaktelementen (8a, 9a) im ersten Leitungspfad (6a), zwischen denen ein Schalter (18a) angeordnet ist, zugeordnet sind, dass die zwei zweiten Gegenkontaktelemente (12b, 13b) zwei Kontaktelementen (8b, 9b) im zweiten Leitungspfad (6b), zwischen denen ein Schalter (18b) angeordnet ist, zugeordnet sind, und dass die Schalter (18a, 18b) geöffnet sind, wenn das Geräteoberteil (3) auf das Geräteunterteil (2) aufgesteckt ist.Overvoltage protection device for the protection of electrical low-voltage installations, consisting of a lower device part (2) and at least one on the device lower part (2) attachable device upper part (3), wherein the lower device part (2) input and output terminals (4, 5) for electrical conductors, at least two conduction paths (6a, 6b) interconnecting respective input and output terminals (4, 5) and contact elements (7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b) connected to the input and output terminals (4, 5) In the line paths (6a, 6b) longitudinal impedances (10) are arranged, wherein the device upper part (3) to the contact elements (7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b) corresponding mating contact elements (11a, 11b, 12a, 12b , 13a, 13b) and at least one coarse protection element (14) connected between two mating contact elements (11a, 11b) and at least one fine protection element (15) connected between two other mating contact elements (12a, 12b), and wherein the at least one coarse protection element (14) and the at least one fine protection element (15) are electrically connectable by attaching the upper part (3) to the lower part (2) with the longitudinal impedances (10), characterized in that the at least one fine protection element (15) is connected with its first terminal (16) with two first mating contact elements (12a, 13a) and with its second terminal (17) with two second mating contact elements (12b, 13b) that the two first mating contact elements (12a, 13a) two contact elements (8a , 9a) in the first conduction path (6a), between which a switch (18a) is arranged, are associated, that the two second counter contact elements (12b, 13b), two contact elements (8b, 9b) in the second conduction path (6b), between which a Switch (18 b) is arranged, are assigned, and that the switches (18 a, 18 b) are opened when the upper device part (3) is attached to the lower device part (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzgerät zum Schutz von elektrischen Niederspannungsinstallationen, bestehend aus einem Geräteunterteil und aus mindestens einem auf das Geräteunterteil aufsteckbaren Geräteoberteil, wobei das Geräteunterteil Eingangs- und Ausgangsklemmen für elektrische Leiter, mindestens zwei Leitungspfade, die jeweils einander zugeordnete Eingangs- und Ausgangsklemmen miteinander verbinden und mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen verbundene, insbesondere als Steckerbuchsen ausgebildete, Kontaktelemente aufweist, wobei in den Leitungspfaden Längsimpedanzen angeordnet sind, wobei das Geräteoberteil zu den Kontaktelementen korrespondierende, insbesondere als Steckerstifte ausgebildete, Gegenkontaktelemente und mindestens ein zwischen zwei Gegenkontaktelemente geschaltetes Grobschutzelement und mindestens ein zwischen zwei andere Gegenkontaktelemente geschaltetes Feinschutzelement aufweist, und wobei das mindestens eine Grobschutzelement und das mindestens eine Feinschutzelement durch Aufstecken des Oberteils auf das Unterteil mit den Längsimpedanzen elektrisch verbindbar sind.The invention relates to an overvoltage protection device for the protection of electrical low-voltage installations, consisting of a lower device part and at least one attachable to the device lower device upper part, the lower device part input and output terminals for electrical conductors, at least two conduction paths, each interconnected input and output terminals interconnect and having connected to the input and output terminals, in particular designed as sockets, contact elements, wherein in the conduction paths longitudinal impedances are arranged, wherein the upper device part corresponding to the contact elements, in particular designed as a plug pins, mating contact elements and at least one connected between two mating contact elements coarse protection element and at least one comprising between two other mating contact elements switched fine protective element, and wherein the at least one coarse protective element and the minde Stens a fine protection element by attaching the upper part to the lower part with the longitudinal impedances are electrically connected.

Die Leitungen der Mess-, Steuer-, und Regeltechnik (MSR-Technik) bilden die Nervenbahnen von Industrieanlagen. Die an ihnen angeschlossenen elektronischen Mess-, Steuer-, und Regel- und Schaltkreise sind empfindlich gegen transiente Überspannungen, wie sie insbesondere durch atmosphärische Entladungen, aber auch durch Schalthandlungen, Netzbeeinflussung durch induktive Lasten oder durch Kurzschlüsse in Energieversorgungsnetzen auftreten können. Diese Empfindlichkeit hat in dem Maße zugenommen, in dem elektronische Bauelemente, insbesondere Transistoren und Thyristoren, verwendet werden; vor allem sind zunehmend eingesetzte integrierte Schaltkreise in starkem Maße durch transiente Überspannungen gefährdet.The cables of the measuring, control and regulating technology (MCR technology) form the nerve pathways of industrial plants. The electronic measuring, control and regulating circuits and circuits connected to them are sensitive to transient overvoltages, such as may occur in particular due to atmospheric discharges, but also due to switching operations, network interference by inductive loads or short circuits in power supply networks. This sensitivity has increased as electronic components, in particular transistors and thyristors, are used; above all, increasingly used integrated circuits are to a great extent endangered by transient overvoltages.

Elektrische Stromkreise arbeiten mit der für sie spezifizierten Spannung, der Nennspannung, normalerweise störungsfrei. Das gilt dann nicht, wenn Überspannungen auftreten. Als Überspannungen gelten alle Spannungen, die oberhalb der oberen Toleranzgrenze der Nennspannung liegen. Hierzu zählen vor allem auch die transienten Überspannungen, die aufgrund von atmosphäri- schen 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, wo auch immer sie eingesetzt sind, gegen transiente Überspannungen zu schützen, sind Überspannungsschutzelemente entwickelt worden und seit Jahrzehnten bekannt, die Überspannungsspitzen abfangen bzw. begrenzen.Electrical circuits operate at the voltage specified for them, the nominal voltage, normally without interference. This does not apply if surges occur. Overvoltages are all voltages that are above the upper tolerance limit of the rated voltage. These include above all the transient overvoltages that can occur in power supply networks due to atmospheric discharges, but also due to switching operations or short circuits, and that can be coupled into electrical circuits galvanically, inductively or capacitively. In order to protect electrical or electronic circuits, in particular electronic measuring, control and regulating circuits, wherever they are used, against transient overvoltages, overvoltage protection elements have been developed and have been known for decades which intercept or limit overvoltage spikes.

Die erforderlichen Maßnahmen zum Schutz der Stromversorgung von Anlagen und Geräten gliedern sich je nach Ableiterauswahl und den zu erwartenden Umwelteinflüssen in verschiedene Stufen. Die Überspannungsschutzgeräte für die einzelnen Stufen unterscheiden sich dabei grundsätzlich durch die Höhe des Ableitvermögens und den Schutzpegel.The necessary measures for the protection of the power supply of plants and devices are divided into different stages depending on the arrester selection and the expected environmental influences. The overvoltage protection devices for the individual stages basically differ in terms of the level of the discharge capacity and the protection level.

Die erste Schutzstufe (Typ 1) wird dabei in der Regel von einem Blitzstromableiter gebildet, der als leistungsstärkstes Schutzgerät in der zentralen Stromversorgung eines Gebäudes installiert wird. Wesentlicher Bestandteil eines derartigen Blitzstromableiters ist eine Funkenstrecke mit mindestens zwei Elektroden, wobei beim Zünden der Funkenstrecke zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen entsteht.The first protection level (type 1) is usually formed by a lightning arrester, which is installed as the most powerful protection device in the central power supply of a building. An essential component of such a lightning arrester is a spark gap with at least two electrodes, wherein an arc arises when the spark gap between the two electrodes is ignited.

Die zweite Schutzstufe (Typ 2) bildet in der Regel ein Überspannungsableiter auf Varistorbasis. Diese Schutzstufe begrenzt nochmals die verbleibende Restspannung über dem Blitzstromableiter. Je nach Gefährdungspotential der zu schützenden Anlage, bzw. des zu schützenden Gebäudes, kann es im Einzelfall ausreichen, wenn mit der zweiten Schutzstufe, d. h. dem Überspannungsableiter, begonnen wird.The second protection level (type 2) usually forms a varistor-based surge arrester. This protection level again limits the remaining voltage across the lightning arrester. Depending on the hazard potential of the system to be protected or the building to be protected, it may be sufficient in individual cases, if with the second level of protection, d. H. the surge arrester, is started.

Die dritte Schutzstufe (Typ 3) wird als Geräteschutz bezeichnet und in der Regel unmittelbar vor dem zu schützenden Gerät installiert. Mit dem Geräteschutz wird eine Restspannung erreicht, die für das angeschlossene Gerät gefahrlos ist. Derartige Überspannungsschutzgeräte gibt es in verschiedenen Bauformen, beispielsweise als Steckdose, Doseneinbaumodul oder als Schaltschrankmodul.The third protection level (type 3) is called device protection and is usually installed immediately in front of the device to be protected. The device protection achieves a residual voltage that is safe for the connected device. Such overvoltage protection devices are available in various designs, for example as a socket, box module or as a control cabinet module.

In der MSR-Technik weisen die Überspannungsschutzgeräte aufgrund der höheren Empfindlichkeit gegen Überspannungen häufig Überspannungsschutzelemente mit kombinierten Schutzschaltungen auf, wobei ein Überspannungsschutzelement dem Grobschutz und ein Überspannungsschutzelement dem Feinschutz dient. Die Überspannungsschutzelemente, bei denen es sich insbesondere um gasgefüllte Überspannungsableiter, Funkenstrecken, Varistoren oder Suppressordioden handeln kann, sind dabei häufig indirekt parallel geschaltet, wobei zwischen den Überspannungsschutzelementen Längselemente als Entkopplungswiderstände angeordnet sind, die an die jeweilige Schutzschaltung, d. h. an die verwendeten Überspannungsschutzelemente, angepasst sein müssen.In the field of MCR technology, the overvoltage protection devices often have overvoltage protection elements with combined protection circuits due to the higher sensitivity to overvoltages, with an overvoltage protection element serving for coarse protection and an overvoltage protection element for fine protection. The overvoltage protection elements, which may be, in particular, gas-filled surge arresters, spark gaps, varistors or suppressor diodes, are often connected indirectly in parallel, wherein longitudinal elements are arranged as decoupling resistors between the overvoltage protection elements, which are connected to the respective protection circuit, ie. H. must be adapted to the overvoltage protection elements used.

Die vorliegende Erfindung wird insbesondere bei Überspannungsschutzgeräten angewandt, die dem Geräteschutz dienen und als Schaltschrankmodul ausgebildeten sind. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt und kann grundsätzlich auch bei Überspannungsschutzgeräte des Typs 1 oder des Typs 2 realisiert werden.The present invention is particularly applied to overvoltage protection devices that serve the device protection and as Control cabinet module are trained. However, the invention is not limited to this and can basically also be implemented in type 1 or type 2 overvoltage protection devices.

Aus Gründen der Modularität, der Flexibilität sowie zur Erleichterung von Reparaturarbeiten werden Schaltschrankmodule häufig zweiteilig ausgebildet, wobei sie aus einem fest installierten Basiselement als Geräteunterteil und mindestens einem austauschbaren Schutzstecker als Geräteoberteil bestehen. Das Basiselement dient dabei zur Befestigung des Überspannungsschutzgeräts auf einer Tragschiene sowie zum Anschluss der einzelnen elektrischen Leiter, wozu das Basiselement entsprechende Eingangs- und Ausgangsklemmen aufweist, die in beliebiger Anschlusstechnologie – beispielsweise Schraubklemmen, Zugfederklemmen, Direktsteckklemmen oder Schnellanschlussklemmen – ausgeführt sein können. Je nach Ausführungsvariante kann ein derartiges Überspannungsschutzgerät als Zweileiter-, Dreileiter- oder Vierleiterschutz ausgebildet sein. Der Schutzstecker weist die eigentliche Überspannungsschutzschaltung mit den an den jeweiligen Einsatzzweck angepassten Überspannungsschutzelementen auf. Prinzipiell können auch zwei oder mehrere Schutzstecker in Längsrichtung der Tragschiene nebeneinander auf ein entsprechend breites Basiselement aufgesteckt werden.For reasons of modularity, flexibility and to facilitate repair work, control cabinet modules are often formed in two parts, wherein they consist of a permanently installed base element as a device base and at least one interchangeable protective plug as a device upper part. The base element serves for fastening the overvoltage protection device on a mounting rail and for connecting the individual electrical conductors, including the base element corresponding input and output terminals, which may be in any connection technology - for example, screw terminals, spring clips, direct plug-in terminals or quick connection terminals. Depending on the embodiment variant, such an overvoltage protection device can be designed as a two-wire, three-wire or four-wire protection. The protective plug has the actual overvoltage protection circuit with the overvoltage protection elements adapted to the respective intended use. In principle, two or more protective plug in the longitudinal direction of the mounting rail next to each other can be plugged onto a correspondingly wide base element.

Zur einfachen mechanischen und elektrischen Kontaktierung des Geräteunterteils mit dem jeweiligen Geräteoberteil weist das Geräteunterteil mit den Anschlussklemmen verbundene Steckerbuchsen und das Geräteoberteil korrespondierende Steckerstifte auf, so dass das Geräteoberteil werkzeuglos auf das Geräteunterteil aufsteckbar ist. Zusätzlich weisen bekannte Überspannungsschutzgeräte häufig noch einen Wechslerkontakt als Signalgeber zur Fernmeldung des Zustandes mindestens eines Schutzelements auf, wodurch eine komfortable Fernüberwachung möglich ist. Darüber hinaus ist es beispielsweise aus der DE 20 2004 006 227 U1 bekannt, dass das Geräteoberteil eine optische Zustandsanzeige aufweist, die mechanisch betätigbar ist. Dadurch kann der Zustand des Überspannungsschutzgeräts auch direkt vor Ort am Gerät abgelesen werden.For simple mechanical and electrical contact with the lower part of the device with the respective upper part of the device, the lower part of the device with the terminals connected sockets and the top of the device corresponding pins, so that the upper part of the device can be attached without tools on the lower part of the device. In addition, known overvoltage protection devices frequently still have a changeover contact as a signaling device for remote signaling of the state of at least one protection element, as a result of which convenient remote monitoring is possible. In addition, it is for example from the DE 20 2004 006 227 U1 It is known that the upper part of the device has an optical status indicator which can be actuated mechanically. As a result, the state of the surge protection device can also be read directly on site at the device.

Die DE 20 2011 002 019 U1 offenbart ein Überspannungsschutzgerät zum Einsatz bei Telekommunikationsanlagen mit einem Geräteunterteil und einem auf das Geräteunterteil aufsteckbaren Geräteoberteil. Dabei weist das Geräteunterteil Eingangs- und Ausgangsklemmen für elektrische Leiter sowie mehrere Leitungspfade auf, die jeweils einander zugeordnete Eingangs- und Ausgangsklemmen miteinander verbinden und jeweils zwei Kontaktelemente aufweisen. Außerdem sind in den Leitungspfaden Trennkontakte zwischen den Kontaktelementen angeordnet, die beim Aufstecken des Oberteils auf das Unterteil geöffnet werden. Im Geräteoberteil ist ein Schutzelement angeordnet, bei dem es sich insbesondere um ein Überspannungsfeinschutzelement mit zwei zugeordneten Ansprechimpedanzen handelt. Damit ein entnommenes Geräteoberteil sicher verwahrt werden kann, ist bei dem aus der DE 20 2011 002 019 U1 bekannten Überspannungsschutzgerät ein Adapter vorgesehen, der bei Mess- und Prüfarbeiten anstelle des Geräteoberteils auf das Geräteunterteil aufgesteckt wird, wobei der Adapter eine Kopfteil aufweist, in das das Geräteoberteil eingesteckt werden kann.The DE 20 2011 002 019 U1 discloses an overvoltage protection device for use in telecommunications systems with a lower device part and an attachable to the lower device device upper part. In this case, the device lower part on input and output terminals for electrical conductors and a plurality of line paths, each interconnected input and output terminals connect to each other and each have two contact elements. In addition, separating contacts between the contact elements are arranged in the line paths, which are opened when attaching the upper part to the lower part. In the upper part of the device, a protective element is arranged, which is in particular an overvoltage fine protective element with two associated Ansprechimpedanzen. So that a removed device upper part can be safely stored, in which from the DE 20 2011 002 019 U1 known overvoltage protection device provided an adapter which is plugged in measurement and test work instead of the upper part of the device on the lower part of the device, the adapter having a head part into which the upper part of the device can be inserted.

Ein Überspannungsschutzgerät, von dem die Erfindung ausgeht, ist grundsätzlich bereits in der DE 33 46 753 C2 beschrieben. Darüber hinaus werden derartige Überspannungsschutzgeräte seit vielen Jahren von der Anmelderin unter dem Produktnamen "PLUGTRAB PT" vertrieben (vgl. Phoenix Contact Prospekt "Überspannungsschutz TRABTECH 2007, Seiten 60 und 61). Ein wesentliches Merkmal dieser Überspannungsschutzgeräte besteht dabei in der Möglichkeit, die einzelnen Schutzstecker impedanzneutral stecken und ziehen zu können, wodurch empfindliche Signalkreise, wie beispielsweise Temperaturmessungen oder Bussysteme, beim Austausch des Schutzsteckers nicht beeinflusst werden. Hierzu sind im Geräteunterteil in den zwischen einander zugeordneten Eingangs- und Ausgangsklemmen durchgehend verlaufenden Leitungspfaden Längselemente, insbesondere Entkopplungswiderstände oder Induktivitäten angeordnet. Da das Basiselement auch beim Austausch des Schutzsteckers in der Durchgangsverdrahtung installiert bleibt, ist somit ein unterbrechungsfreies und impedanzneutrales Ziehen und Stecken des Schutzsteckers zu Prüf- und Austauschzwecken möglich.An overvoltage protection device, from which the invention proceeds, is basically already in the DE 33 46 753 C2 described. In addition, such overvoltage protection devices have been marketed by the applicant under the product name "PLUGTRAB PT" for many years (see Phoenix Contact Prospectus "TRABTECH Overvoltage Protection 2007, pages 60 and 61) An essential feature of these overvoltage protection devices is the possibility of protecting the individual protective plugs In the lower part of the device, longitudinal elements, in particular decoupling resistors or inductors, are arranged in the device lower part in the input paths and output terminals, which are arranged continuously between each other, in particular, decoupling resistors or inductors the base element remains installed even when replacing the protective plug in the through-wiring, so is an uninterrupted and impedance neutral pulling and plugging the protective plug to test and A exchange purposes possible.

Überspannungsschutzgeräte mit kombinierten, zwei-stufigen Schutzschaltungen, die sowohl einen Grobschutz als auch einen Feinschutz aufweisen, haben den Vorteil, dass sich dadurch sehr kleine Schutzpegel erzielen lassen. Bei einer Anordnung des Feinschutzelements in der Stichleitung zwischen zwei Leitungspfaden wird der Schutzpegel U_P lediglich von dem als Feinschutzelement verwendeten Bauteil, beispielsweise einer Suppressordiode bestimmt. Die Integration einer kombinierten, zwei-stufigen Schutzschaltung in einem Schutzstecker als Geräteoberteil bei gleichzeitiger Gewährleistung der impedanzneutralen Steckbarkeit, d.h. die Kombination von zwei-stufigen impedanzneutral steckbaren Schaltungen und modularen steckbarem Aufbau, führt bei den bekannten Überspannungsschutzgeräten zu einer nicht unerheblichen Schutzpegelerhöhung.Overvoltage protection devices with combined, two-stage protection circuits, which have both coarse protection and fine protection, have the advantage of being able to achieve very low protection levels. In the case of an arrangement of the fine protection element in the stub line between two conduction paths, the protection level U _{P is determined} only by the component used as a fine protection element, for example a suppressor diode. The integration of a combined, two-stage protection circuit in a protective plug as a device shell while ensuring the impedance neutral pluggability, ie the combination of two-stage impedance neutral pluggable circuits and modular plug-in structure, leading in the known surge protection devices to a significant increase in protection level.

Die bekannten zwei-stufigen kombinierten Schutzschaltungen sind so ausgelegt, dass sich im Überspannungsfall zunächst ein Strom über die Längsimpedanzen und das Feinschutzelement fließt. Überschreitet die dadurch entstehende Spannung die Zündspannung des hierzu parallel liegenden Grobschutzelements, so wird dieses leitend, so dass der Strom auf das Grobschutzelement kommutiert, d.h. der Strom durch das Feinschutzelement und dessen Zuleitungen nimmt schlagartig ab. Hierbei wird aufgrund der großen Stromänderung eine Spannung in den Zuleitungen des Feinschutzelements induziert, die durchaus größer als die Spannungsbegrenzung des freien Schutzelements sein kann, so dass es zu einer Schutzpegelerhöhung kommt.The known two-stage combined protection circuits are designed so that in the event of an overvoltage, a current first flows through the longitudinal impedances and the fine protection element. If the resulting voltage exceeds the starting voltage of the coarse protective element lying parallel to it, then it becomes conductive, so that the current commutates on the coarse protective element, ie the current through the fine protective element and its leads decreases abruptly. In this case, due to the large current change, a voltage is induced in the supply lines of the fine protection element, which voltage may well be greater than the voltage limitation of the free protection element, so that a protection level increase occurs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Überspannungsschutzgerät zur Verfügung zu stellen, welches bei Beibehaltung der Vorteile einer zwei-stufigen, kombinierten Schutzschaltung und der Vorteile eines zweiteiligen Aufbaus des Überspannungsschutzgeräts einen möglichst niedrigen Schutzpegel aufweist.The invention is therefore based on the object to provide an initially described overvoltage protection device which, while retaining the advantages of a two-stage, combined protection circuit and the advantages of a two-part construction of the overvoltage protection device has the lowest possible protection level.

Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Überspannungsschutzgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass das mindestens eine Feinschutzelement mit seinem ersten Anschluss mit zwei ersten Gegenkontaktelementen und mit seinem zweiten Anschluss mit zwei zweiten Gegenkontaktelementen verbunden ist, wobei die zwei ersten Gegenkontaktelemente zwei Kontaktelementen im ersten Leitungspfad und die zweiten Gegenkontaktelemente zwei Kontaktelementen im zweiten Leitungspfad zugeordnet sind. Zwischen den zuvor genannten Kontaktelementen im ersten Leitungspfad und den zuvor genannten Kontaktelementen im zweiten Leitungspfad ist dabei jeweils ein Schalter angeordnet, wobei die Schalter geöffnet sind, wenn das Oberteil auf das Unterteil aufgesteckt ist. Ist dagegen das Oberteil nicht auf das Unterteil aufgesteckt, so sind die beiden Schalter geschlossen.This object is achieved in the above-described surge protection device with the features of claim 1, characterized in that the at least one fine protection element is connected with its first terminal with two first mating contact elements and with its second terminal with two second mating contact elements, wherein the two first mating contact elements two contact elements in first conduction path and the second counter contact elements are associated with two contact elements in the second conduction path. In each case, a switch is arranged between the aforementioned contact elements in the first conduction path and the aforementioned contact elements in the second conduction path, wherein the switches are open when the upper part is attached to the lower part. If, however, the upper part is not attached to the lower part, the two switches are closed.

Erfindungsgemäß ist somit eine V-Verdrahtung für das Feinschutzelement realisiert, die die zuvor beschriebene Schutzpegelerhöhung verhindert, da auf den Abschnitten der Leitungspfade zur Endgerätseite bei der Kommutierung des Stroms vom Feinschutzelement auf das Grobschutzelement keine Stromänderungen auftreten, so dass auch kein den Schutzpegel erhöhende Spannung induziert wird.According to the invention a V-wiring for the fine protection element is thus realized, which prevents the above-described protection level increase, since no current changes occur on the portions of the line paths to the terminal side in the commutation of the current from the fine protection element to the coarse protection element, so that also induces no voltage increasing the protection level becomes.

Um die impedanzneutrale Steckbarkeit beizubehalten ist zwischen den Anschlüssen des Feinschutzelements in den Leitungspfaden im Geräteunterteil ein Schalter vorgesehen, wobei es sich bei dem Schalter um einen mechanischen Schalter oder um einen Halbleiterschalter handeln kann. Beim Aufstecken des Geräteoberteils auf das Geräteunterteil wird zunächst die Verbindung zu den Überspannungsschutzelementen im Geräteoberteil und damit auch zum Feinschutzelement hergestellt. Anschließend werden die Schalter in den Leitungspfaden geöffnet, so dass ein Betriebsstrom über die V-Verdrah-tung des Feinschutzelementes im Geräteoberteil fließt.In order to maintain the impedance-neutral pluggability, a switch is provided between the terminals of the fine protection element in the line paths in the device lower part, wherein the switch may be a mechanical switch or a semiconductor switch. When attaching the upper part of the device to the lower part of the device, first the connection to the overvoltage protection elements in the upper part of the device and thus also to the fine protection element is established. Subsequently, the switches are opened in the line paths, so that an operating current flows through the V-wiring of the fine protection element in the upper part of the device.

Wie grundsätzlich bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist auch bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgerät vorteilhafterweise zwischen dem Geräteunterteil und dem Geräteoberteil eine Kodierung ausgebildet, so dass Fehlinstallationen, beispielsweise bei Schutzsteckern unterschiedlicher Spannungsebenen, ausgeschlossen sind. Hierzu kann beispielsweise das Geräteoberteil an seiner Unterseite eine Ausnehmung und das Geräteunterteil an seiner Oberseite ein korrespondierendes Kodierelement aufweisen. Die Kodierung kann dabei vorzugsweise "selbst kodierend" ausgebildet sein, so dass beim erstmaligen Aufstecken eines Geräteoberteils das Geräteunterteil auf den entsprechenden Typ des Geräteoberteils kodiert wird. Hierzu ist im Auslieferungszustand am Geräteoberteil ein Kodierelement fixiert. Beim ersten Einstecken des Steckers in das unkodierte Geräteunterteil wird ein Teil des Kodierelementes dauerhaft im Geräteunterteil verrastet. Vor dem Einstecken eines Ersatzsteckers muss die verbleibende Kodierung aus dem Geräteunterteil entfernt werden; ein ungewolltes Einstecken eines anderen Geräteoberteils ist nicht mehr möglich.As is already known in principle from the prior art, an encoding is advantageously also formed in the inventive overvoltage protection device between the device lower part and the upper device part, so that incorrect installations, for example, with protective plugs different voltage levels, are excluded. For this purpose, for example, have the device upper part on its underside a recess and the lower device part at its top a corresponding coding element. The coding can preferably be "self-coding", so that when first plugging in a device upper part, the lower device part is coded to the corresponding type of device upper part. For this purpose, a coding element is fixed in the delivery state on the device upper part. When plugging the plug into the uncoded lower part of the device for the first time, part of the coding element is permanently locked in the lower part of the device. Before inserting a replacement plug, the remaining coding must be removed from the bottom of the device; An unwanted plugging in another device upper part is no longer possible.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann auch bei dem erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgerät das Geräteoberteil eine Anzeige aufweisen, die den Betriebszustand des Schutzelements signalisiert, so dass dieser direkt vor Ort ablesbar ist. Darüber hinaus kann das Überspannungsschutzgerät auch einen zusätzlichen Fernmeldekontakt aufweisen, so dass – alternativ oder zusätzlich – eine Fernüberwachung möglich ist. Zusätzlich kann das Geräteunterteil und/oder das Geräteoberteil eine Anzeige aufweisen, die den korrekten Einbauzustand des Geräteoberteils im Geräteunterteil signalisiert. Bei der Anzeige kann es sich dabei insbesondere um eine optische oder eine mechanische Anzeige handeln.According to a further preferred embodiment, the device upper part can also have a display in the overvoltage protection device according to the invention, which signals the operating state of the protective element, so that it can be read directly on site. In addition, the overvoltage protection device may also have an additional telecommunications contact, so that - alternatively or additionally - a remote monitoring is possible. In addition, the lower part of the device and / or the upper part of the device may have a display which signals the correct installation state of the upper part of the device in the lower part of the device. The display may be in particular an optical or a mechanical display.

Weist das Geräteunterteil eine Erdungsklemme zum Anschluss eines Erdleiters auf, so kann die Erdungsklemme entweder direkt über einen im Geräteunterteil angeordneten metallischen Montagefuß oder indirekt, beispielsweise über einen Gasableiter, an den Montagefuß angebunden sein. Der Montagefuß stellt dabei vorzugsweise unmittelbar beim Aufsetzen des Geräteunterteils auf die Tragschiene die elektrische Verbindung mit der das Erdpotential führenden Tragschiene her.If the device base has a grounding terminal for connecting a grounding conductor, then the grounding terminal can either be connected directly to the mounting base via a metallic mounting base arranged in the device base or indirectly, for example via a gas discharge tube. The mounting foot preferably establishes the electrical connection with the earth rail leading to the mounting rail directly when placing the device base on the mounting rail.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Überspannungsschutzgerät auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigenIn particular, there are a variety of possibilities, the invention Design and develop overvoltage protection device. Reference is made to both the claims subordinate to claim 1, as well as to the following description of a preferred embodiment in conjunction with the drawings. In the drawings show

1 eine mögliche Gehäuseform eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts, 1 a possible housing form of an overvoltage protection device according to the invention,

2 eine Schaltungsanordnung eines aus dem Stand der Technik bekannten Überspannungsschutzgeräts, in schematischer Darstellung, und 2 a circuit arrangement of a known from the prior art overvoltage protection device, in a schematic representation, and

3 eine Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts, in schematischer Darstellung. 3 a circuit arrangement of an embodiment of the overvoltage protection device according to the invention, in a schematic representation.

1 zeigt eine Darstellung eines als Schaltschrankmodul ausgebildeten Überspannungsschutzgeräts 1, welches ein Geräteunterteil 2 und ein auf das Geräteunterteil 2 aufsteckbares Geräteoberteil 3 aufweist. Das Geräteunterteil 2 weist an seinen beiden Stirnseiten Eingangsklemmen 4 und Ausgangsklemmen 5 auf, die in zwei Reihen versetzt übereinander angeordnet und vorzugsweise als Schraubklemmen oder als Zugfederklemmen ausgebildet sind. 1 shows a representation of a control cabinet module designed as overvoltage protection device 1 , which is a device lower part 2 and one on the bottom of the device 2 attachable device upper part 3 having. The lower part of the device 2 has input terminals on its two end faces 4 and output terminals 5 arranged on one another in two rows superimposed and preferably designed as screw or as Zugfederklemmen.

Die 2 und 3 zeigen eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung eines Überspannungsschutzgeräts 1, wobei in 2 die Schaltungsanordnung eines aus dem Stand der Technik bekannten Überspannungsschutzgeräts 1 und in 3 die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts 1 dargestellt ist. Die Zweiteilung zwischen dem Geräteunterteil 2 und dem Geräteoberteil 3 ist dabei in beiden Figuren durch die gestrichelten Linien angedeutet.The 2 and 3 show a schematic representation of the circuit arrangement of an overvoltage protection device 1 , where in 2 the circuit arrangement of a known from the prior art overvoltage protection device 1 and in 3 the circuit arrangement of the overvoltage protection device according to the invention 1 is shown. The division between the lower part of the device 2 and the top of the device 3 is indicated in both figures by the dashed lines.

Sowohl aus 2 als auch aus 3 ist erkennbar, dass einander zugeordnete Eingangs- und Ausgangsklemmen 4, 5 über Leitungspfade 6a, 6b im Geräteunterteil 2 miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist aus den Figuren ersichtlich, dass die Eingangsklemmen 4 mit – lediglich als Punkte angedeuteten – Kontaktelementen 7a, 7b und die Ausgangsklemmen 5 mit Kontaktelementen 8a, 8b verbunden sind. Bei der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind darüber hinaus zwei weitere Kontaktelemente 9a, 9b vorgesehen, die ebenfalls mit den Ausgangsklemmen 5 im Geräteunterteil 2 verbunden sind. Außerdem sind im Geräteunterteil 2 zwei Längsimpedanzen 10, bei denen es sich beispielsweise um Entkupplungswiderstände handeln kann, angeordnet. Die Längsimpedanzen 10 sind dabei derart in den Leitungspfaden 6a, 6b angeordnet, dass sie bei aufgestecktem Geräteoberteil 3 Bestandteil der zwei-stufigen Schutzschaltung sind.Both off 2 as well as out 3 it can be seen that associated input and output terminals 4 . 5 via line paths 6a . 6b in the lower part of the device 2 connected to each other. In addition, it can be seen from the figures that the input terminals 4 with - only as points indicated - contact elements 7a . 7b and the output terminals 5 with contact elements 8a . 8b are connected. At the in 3 illustrated circuit arrangement according to the invention are also two further contact elements 9a . 9b provided, which also with the output terminals 5 in the lower part of the device 2 are connected. In addition, in the lower part of the device 2 two longitudinal impedances 10 , which may be, for example, uncoupling resistors arranged. The longitudinal impedances 10 are doing so in the Leitungspfaden 6a . 6b arranged that they with attached device upper part 3 Part of the two-stage protection circuit are.

Das Geräteoberteil 3 weist zu den Kontaktelementen im Geräteunterteil 2 korrespondierende – lediglich als Balken angedeuteten – Gegenkontaktelemente 11a, 11b, 12a, 12b und – bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß 3 – zusätzliche Gegenkontaktelemente 13a, 13b auf. Zwischen den Gegenkontaktelementen 11a, 11b, die im aufgesteckten Zustand des Geräteoberteils 3 mit den mit den Eingangsklemmen 4 verbundenen Kontaktelementen 7a, 7b verbunden sind, ist ein als gasgefüllter Überspannungsableiter ausgebildetes Grobschutzelement 14 angeordnet. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist zwischen den Gegenkontaktelementen 12a, 12b, die den mit den Ausgangsklemmen 5 verbundenen Kontaktelementen 8a, 8b zugeordnet sind, eine Suppressordiode als Feinschutzelement 15 angeordnet. Im Überspannungsfall fließt dann zunächst ein Strom über die Längsimpedanzen 10 und das Feinschutzelement 15. Überschreitet die dabei anstehende Spannung die Zündspannung des Grobschutzelements 14, so dass dieses leitend wird, so kommutiert der Strom auf das Grobschutzelement 14. Dies bedeutet, dass der Strom durch das Feinschutzelement 15 und dessen Zuleitungen schlagartig abnimmt, wodurch eine Spannung in den Zuleitungen induziert wird, die den Schutzpegel an den Ausgangsklemmen 5 deutlich erhöht, da sich der Schutzpegel aus der Summe der am Feinschutzelement 15 abfallenden Spannung und der auf den Zuleitungen induzierten Spannung ergibt.The upper part of the device 3 points to the contact elements in the device base 2 corresponding - only indicated as a bar - mating contact elements 11a . 11b . 12a . 12b and - in the circuit arrangement according to the invention according to 3 - Additional mating contact elements 13a . 13b on. Between the mating contact elements 11a . 11b , in the plugged state of the device upper part 3 with those with the input terminals 4 connected contact elements 7a . 7b are connected, designed as a gas-filled surge arrester coarse protection element 14 arranged. In the embodiment known from the prior art according to 2 is between the mating contact elements 12a . 12b that with the output terminals 5 connected contact elements 8a . 8b are assigned, a suppressor diode as fine protection element 15 arranged. In the event of overvoltage, a current first flows through the longitudinal impedances 10 and the fine protection element 15 , Exceeds the voltage applied to the ignition voltage of the coarse protection element 14 so that it becomes conductive, the current commutates on the coarse protection element 14 , This means that the current through the fine protection element 15 and its supply lines suddenly decreases, whereby a voltage is induced in the supply lines, the protection level at the output terminals 5 significantly increased, since the protection level of the sum of the fine protection element 15 decreasing voltage and the voltage induced on the leads results.

Bei der Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzgeräts 1 gemäß 3 wird die zuvor beschriebene Schutzpegelerhöhung dadurch vermieden, dass das Feinschutzelement 15 im Geräteoberteil 3 über eine V-Verdrahtung angeschlossen ist. Hierzu ist das Feinschutzelement 15 mit seinem ersten Anschluss 16 mit zwei ersten Gegenkontaktelementen 12a, 13a und mit seinem zweiten Anschluss 17 mit zwei zweiten Gegenkontaktelementen 12b, 13b verbunden. Die ersten Gegenkontaktelemente 12a, 13a, die mit dem ersten Anschluss 16 verbunden sind, sind zwei korrespondierenden Kontaktelementen 8a, 9a im ersten Leitungspfad 6a zugeordnet, während die zwei zweiten Gegenkontaktelemente 12b, 13b, die mit dem zweiten Anschluss 17 verbunden sind, zwei korrespondierenden Kontaktelementen 8b, 9b im zweiten Leitungspfad 6b zugeordnet sind. Im hier dargestellten aufgesteckten Zustand des Geräteoberteils 3 auf das Geräteunterteil 2 ist somit der erste Anschluss 16 des Feinschutzelements 15 mit dem ersten Leitungspfad 6a und der zweite Anschluss 17 mit dem zweiten Leitungspfad 6b verbunden.In the circuit arrangement of the overvoltage protection device according to the invention 1 according to 3 the protection level increase described above is avoided by the fact that the fine protection element 15 in the device upper part 3 connected via a V-wiring. This is the fine protection element 15 with his first connection 16 with two first mating contact elements 12a . 13a and with its second connection 17 with two second mating contact elements 12b . 13b connected. The first counter contact elements 12a . 13a that with the first connection 16 are connected, are two corresponding contact elements 8a . 9a in the first line path 6a assigned while the two second mating contact elements 12b . 13b connected to the second port 17 are connected, two corresponding contact elements 8b . 9b in the second line path 6b assigned. In the plugged state of the device upper part shown here 3 on the bottom of the device 2 is thus the first connection 16 of the fine protection element 15 with the first conduction path 6a and the second connection 17 with the second conduction path 6b connected.

Aus 3 ist darüber hinaus erkennbar, dass zwischen den jeweiligen Kontaktelementen 8a, 9a bzw. 8b, 9b im ersten Leitungspfad 6a bzw. im zweiten Leitungspfad 6b jeweils ein Schalter 18a, 18b angeordnet ist, wobei die Schalter 18a, 18b so ausgebildet sind, dass sie geöffnet sind, wenn das Geräteoberteil 3 auf das Geräteunterteil 2 aufgesteckt ist, so dass ein Betriebsstrom dann über die V-Verdrahtung des Feinschutzelements 15 im Geräteoberteil 3 fließt. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung führt somit eine starke Stromänderung in den Zuleitungen des Feinschutzelements 15 und die dadurch induzierte Spannung nicht zu einer Erhöhung des Schutzpegels, da über die Leitungen vom ersten Anschluss 16 des Feinschutzelements 15 zum Gegenkontaktelement 13a und vom zweiten Anschluss 17 zum Gegenkontaktelement 13b kein Stossstrom fließt, so dass es auf diesen Leitungen auch nicht zu einer starken Stromänderung und auch damit nicht zu einer Spannungsinduzierung kommt. Der Schutzpegel wird somit nur durch die über das Feinschutzelement 15 abfallenden Spannung bestimmt.Out 3 is also recognizable that between the respective contact elements 8a . 9a respectively. 8b . 9b in the first line path 6a or in the second conduction path 6b one switch each 18a . 18b is arranged, the switches 18a . 18b are designed so that they are open when the top of the device 3 on the bottom of the device 2 is plugged, so that an operating current then via the V-wiring of the fine protection element 15 in the device upper part 3 flows. In the embodiment according to the invention thus results in a strong current change in the leads of the fine protection element 15 and the voltage induced thereby does not increase the level of protection, since via the leads from the first terminal 16 of the fine protection element 15 to the mating contact element 13a and from the second port 17 to the mating contact element 13b no surge current flows, so that there is no strong current change on these lines and thus no voltage inducement. The protection level is thus only by the over the fine protection element 15 declining voltage determined.

Um eine sichere Befestigung des Geräteoberteils 3 im Geräteunterteil 2 zu gewährleisten, ist zwischen dem Geräteoberteil 2 und dem Geräteunterteil 2 eine Verrastung 19 vorgesehen, die aus an einem Gehäuseteil angeformten Rastnasen und aus im anderen Gehäuseteil ausgebildeten korrespondierenden Rastausnehmungen bestehen kann. Aus der Darstellung des Überspannungsschutzgeräts 1 gemäß 1 ist darüber hinaus erkennbar, dass das Geräteunterteil 3 einen Montagefuß 20 zur Befestigung des Überspannungsschutzgeräts 1 auf einer Tragschiene 21 aufweist. Weist das Überspannungsschutzgerät 1 Erdungsklemmen auf, so können die entsprechenden Anschlüsse entweder direkt oder über einen Gasableiter mit dem dann metallischen Montagefuß 20 verbunden werden, der die elektrische Verbindung zur geerdeten Tragschiene 21 herstellt.To secure attachment of the device shell 3 in the lower part of the device 2 to ensure is between the top of the device 2 and the lower part of the device 2 a catch 19 provided, which may consist of integrally formed on a housing part locking lugs and formed in the other housing part corresponding recesses. From the illustration of the surge protection device 1 according to 1 is also apparent that the lower device part 3 a mounting foot 20 for mounting the surge protection device 1 on a mounting rail 21 having. Indicates the overvoltage protection device 1 Grounding clamps, so the corresponding connections can either directly or via a gas discharge with the then metallic mounting base 20 connected, the electrical connection to the grounded mounting rail 21 manufactures.

Claims

Surge protection device for the protection of low-voltage electrical installations, consisting of a device lower part ( 2 ) and at least one on the lower part of the device ( 2 ) attachable device upper part ( 3 ), the lower part of the device ( 2 ) Input and output terminals ( 4 . 5 ) for electrical conductors, at least two conductive paths ( 6a . 6b ), each of the associated input and output terminals ( 4 . 5 ) and to the input and output terminals ( 4 . 5 ) connected contact elements ( 7a . 7b . 8a . 8b . 9a . 9b ), wherein in the line paths ( 6a . 6b ) Longitudinal impedances ( 10 ) are arranged, wherein the device upper part ( 3 ) to the contact elements ( 7a . 7b . 8a . 8b . 9a . 9b ) corresponding counter-contact elements ( 11a . 11b . 12a . 12b . 13a . 13b ) and at least one between two mating contact elements ( 11a . 11b ) switched coarse protection element ( 14 ) and at least one between two other mating contact elements ( 12a . 12b ) switched fine protection element ( 15 ), and wherein the at least one coarse protection element ( 14 ) and the at least one fine protection element ( 15 ) by attaching the upper part ( 3 ) on the lower part ( 2 ) with the longitudinal impedances ( 10 ) are electrically connected, characterized in that the at least one fine protection element ( 15 ) with its first connection ( 16 ) with two first mating contact elements ( 12a . 13a ) and with its second connection ( 17 ) with two second mating contact elements ( 12b . 13b ), that the two first mating contact elements ( 12a . 13a ) two contact elements ( 8a . 9a ) in the first conduction path ( 6a ), between which a switch ( 18a ), are assigned, that the two second mating contact elements ( 12b . 13b ) two contact elements ( 8b . 9b ) in the second conduction path ( 6b ), between which a switch ( 18b ), and that the switches ( 18a . 18b ) are open when the top of the device ( 3 ) on the lower part of the device ( 2 ) is attached.

Overvoltage protection device according to claim 1, characterized in that as a switch ( 18a . 18b ) A semiconductor switch is provided.

Overvoltage protection device according to claim 1 or 2, characterized in that between the device upper part ( 3 ) and the device lower part ( 2 ) An encoding is formed.

Overvoltage protection device according to claim 3, characterized in that the device upper part ( 3 ) on its underside a recess and the lower device part ( 2 ) has on its upper side a corresponding coding pin.

Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the device upper part ( 2 ) and the device lower part ( 2 ) a catch ( 19 ) is provided.

Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the device lower part ( 2 ) At least one Prüfabgriff is formed.

Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the device upper part ( 2 ) has a display which indicates the operating state of the at least one coarse protection element ( 14 ) and / or the at least one fine protection element ( 15 ) signals.

Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the device lower part ( 2 ) and / or the upper device part ( 3 ) has a display which indicates the correct installation state of the device upper part ( 3 ) in the lower part of the device ( 2 ) signals.

Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the device lower part ( 2 ) a mounting foot ( 20 ) for latching on a mounting rail ( 21 ) having.

Overvoltage protection device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the device lower part ( 2 ) has at least one ground terminal.