DE102014219913A1 - Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion - Google Patents

Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion Download PDF

Info

Publication number
DE102014219913A1
DE102014219913A1 DE102014219913.1A DE102014219913A DE102014219913A1 DE 102014219913 A1 DE102014219913 A1 DE 102014219913A1 DE 102014219913 A DE102014219913 A DE 102014219913A DE 102014219913 A1 DE102014219913 A1 DE 102014219913A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
overvoltage protection
protection device
overvoltage
measuring tap
varistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014219913.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Rainer Durth
Steffen Pförtner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority to DE102014219913.1A priority Critical patent/DE102014219913A1/de
Priority to EP15780802.3A priority patent/EP3202005A2/de
Priority to US15/508,624 priority patent/US10074973B2/en
Priority to PCT/EP2015/072680 priority patent/WO2016050907A2/de
Priority to CN201580052789.8A priority patent/CN107124912A/zh
Publication of DE102014219913A1 publication Critical patent/DE102014219913A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/042—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
    • G01R31/1236—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials of surge arresters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/12—Overvoltage protection resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/043—Protection of over-voltage protection device by short-circuiting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2827—Testing of electronic protection circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/048—Checking overvoltage diverters

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion (1), aufweisend eine Parallelschaltung von zwei Stromzweigen (A, B), wobei der erste Stromzweig (A) eine erste Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) und eine zweite Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Stromzweig (B) eine dritte Einrichtung (E3) und eine vierte Einrichtung (E4) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die erste Überspannungseinrichtung (Ü1) und die dritte Einrichtung (E3) in Betrieb ein erstes gemeinsames Spannungspotential (P1) aufweisen, und wobei die zweite Überspannungseinrichtung (Ü2) und die vierte Einrichtung (E4) in Betrieb ein zweites gemeinsames Spannungspotential (P2) aufweisen, wobei zwischen der ersten Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) zur zweiten Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) ein erster Messabgriff (M1) vorgesehen ist und wobei zwischen der dritten Einrichtung (E3) zur vierten Einrichtung (E4) ein zweiter Messabgriff (M2) vorgesehen ist, wobei aus der Spannung zwischen dem ersten Messabgriff (M1) und dem zweiten Messabgriff (M2) ein Signal (S1, S2) abgeleitet wird, dass eine Zustandsaussage in Bezug auf die erste Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) und die zweite Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) bereitstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion.
  • Überspannungsschutzvorrichtung setzen beispielsweise Varistoren oder Transient Voltage Suppressordioden (TVS-Dioden) ein.
  • Varistoren werden z.B. im Überspannungsschutz zur Begrenzung von Überspannungen eingesetzt. Der Leistungsbereich erstreckt sich von Mess-Steuer-Regelkreisen mit Kleinsignalen bis hin zu Anwendungen im Hochspannungsbereich. Es ist bekannt dass Varistoren einer Alterung unterliegen, die stark abhängig von den Einbaubedingungen und der Häufigkeit und der Intensität der Belastungen mit Überspannungsimpulsen ist, weswegen das Alterungsverhalten von Varistoren nicht zuverlässig vorhersehbar ist.
  • Transient Voltage Suppressordioden (TVS-Dioden) werden zur Begrenzung von Überspannungen vorzugsweise im Bereich der Mess-Steuer-Regelungstechnik (MSR), in der Informationstechnik (IT), und generell in Kreisen geringerer elektrischer Leistung eingesetzt, also typischerweise in einem Bereich der als Feinschutz bezeichnet wird. Es ist bekannt, dass TVS-Dioden bei Überlastung (z.B. durch hohe Stoßstromamplituden) auf unterschiedliche Weise geschädigt werden. Neben dem sogenannten Durchlegieren in den Kurzschluss, kommt es auch zu Schädigungen bei denen die Dioden relativ hochohmig bleiben, bis hin zu dem Fall, dass die Sperrschichtkapazität der Diode relevant verändert ist.
  • Um diesem Problem zu begegnen werden typischerweise bei Varistoren Abtrenneinrichtungen vorgesehen, die den jeweiligen Varistor trennt. Diese Abtrenneinrichtungen nutzen Wärme des Varistors, um den Varistor bei Erreichen einer vom Hersteller vorgegebenen Temperatur abzutrennen.
  • TVS Dioden werden hingegen nur selten überwacht oder gar durch Abtrennvorrichtungen im Fehlerfall vom elektrischen Kreis getrennt. Aus der DE 10 2010 038 066 und der DE 10 2010 036 909 sind bereits thermische Abtrenneinrichtungen zur Überwachung von TVS-Dioden bekannt. Diese Abtrenneinrichtungen basieren ebenfalls auf dem Prinzip der Bauteilerwärmung. Hierfür muss jedoch der bereits fließende „Leckstrom“ eine gewisse Höhe haben um, die notwendige Bauteilerwärmung zu verursachen.
  • Gerade bei MSR- und IT-Anwendungen mit (sehr) energiearmen Systemen kann die Energie (der fließende Leckstrom) u.U. nicht ausreichen sein, um eine zuverlässige Abtrennung zu gewährleisten.
  • In anderen Lösungen (z.B. Raycap) werden die Varistoren mit massiven Gehäusen versehen, in denen der überlastete Varistor ohne Folgen für die Umgebung in den Kurzschluss gehen und zerstört werden kann. D.h. es wird auf eine Abschaltung verzichtet und die Zerstörung in Kauf genommen. Dabei müssen besonders druck- und temperaturfeste Gehäuse bereitgestellt werden, die zum einen großvolumig und zum anderen teuer sind.
  • Die thermische Abtrennmechanismen reagieren auf den Energieumsatz (Temperaturerhöhung) der aus Fehlerströmen / Leckströmen entsteht. Je nach Schädigungsgrad kann der Leckstrom sehr schnell ansteigen.
  • Wie schnell jedoch die thermischen Abtrenneinrichtungen ansprechen hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab. Kritisch ist in aller Regel die thermische Masse, die jede mechanische Abtrenneinrichtungen aufweist. Die Mechanik muss i. d. R. relativ massiv ausgeführt sein, da sie geeignet sein muss die angestrebten Stoßströme zu tragen, und wiederum für den Auslösefall ausreichend mechanische Energie gespeichert haben muss, um die Trennkontakte sicher zu bewegen. Erschwerend kommt dabei hinzu, dass der kritische Bereich eines Varistors, an dem sich die unzulässige Erwärmung bildet (sogenannter Hotspot) u. U. weiter entfernt von der thermischen Abtrenneinrichtungen liegt, so dass der Wärmeübergang zur Abtrennstelle schlecht ist.
  • Somit kann es zu einem stark verzögerten Reagieren der thermischen Abtrenneinrichtungen kommen. Damit besteht die Gefahr, dass die Schädigung des Varistors bzw. einer TVS Diode schneller abläuft, als die thermische Abtrenneinrichtung reagieren kann (oder können). In diesem Fall besteht die Gefahr, dass die Abtrenneinrichtung den Leckstrom, der sich bis zum Kurzschlussstrom des Netzes entwickeln kann, nicht mehr abschalten. Es kann zur vollständigen, explosionsartigen Zerstörung des Varistors bzw. der TVS Diode kommen.
  • Systeme, die die thermische Alterung der aktiven Überspannungsschutzelemente nicht überwachen, sondern lediglich die Auswirkung des Kurzschlussstromes durch den Ableiter mittels massiver metallische Gehäuse begrenzen, sind vergleichsweise groß und erzeugen starke Rückwirkungen auf das Netz, bis hin zum Ausfall durch Auslösen von Anlagensicherungen.
  • Nachteilig an den bekannten Überwachungsverfahren ist zudem, dass nicht die aktuelle Schädigung der Varistoren oder Dioden selbst erkannt wird, sondern lediglich die Folge einer Schädigung detektiert bzw. die Folgen des Totalversagens gemindert werden. Die Überwachung der Temperatur bedient sich somit also eines sekundären, zeitverzögerten Effektes, der erst dann zu Tage tritt, wenn eine Schädigung bereits wesentlich fortgeschritten ist und somit eine unmittelbare Gefahr gegeben ist.
  • Eine vorausschauende messtechnische Erkennung der Schädigung von Varistoren und TVS Dioden ist mit hohem Aufwand verbunden, denn für eine Messung muss das Bauteil, bzw. die Überspannungsschutzkomponente in der Regel vom Versorgungsnetz getrennt werden, so dass seine elektrischen Parameter gemessen und mit festgelegten Grenzwerten verglichen werden können.
  • Dies ist zum einen aufwändig, zum anderen in aller Regel auch mit einer Unterbrechung der Versorgungsspannung der zu schützenden Einrichtung verbunden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion zur Verfügung zu stellen, die einen Nachteil oder mehrere Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 ein erstes Prinzip-Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2 ein zweites Prinzip-Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 3 die Verwendung eines Multi-Kontaktvaristors in einer Schaltung gemäß 2,
  • 4 die Verwendung eines weiteren Multi-Kontaktvaristors in einer Schaltung gemäß 2,
  • 5 die Verwendung eines weiteren Multi-Kontaktvaristors in einer Schaltung gemäß 2,
  • 6 die Verwendung eines weiteren Multi-Kontaktvaristors in einer Schaltung gemäß 1,
  • 7 eine Anordnung mit einer Funkenstrecke und einer Schaltung gemäß 1.
  • Die Figuren zeigen eine Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion 1.
  • Die Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion 1 weist eine Parallelschaltung von zwei Stromzweigen A, B auf. Der erste Stromzweig A weist eine erste Überspannungsschutzeinrichtung Ü1 und eine zweite Überspannungsschutzeinrichtung Ü2 auf, die in Reihe geschaltet sind. Obwohl in den Figuren in denen in aller Regel Varistoren als Überspannungsschutzeinrichtung dargestellt sind, ist dies nicht limitierend sondern lediglich als ein Beispiel für Überspannungsschutzeinrichtungen allgemeiner Art zu sehen.
  • Weiterhin weist der zweite Stromzweig B eine dritte Einrichtung E3 und eine vierte Einrichtung E4 auf, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind.
  • Die erste Überspannungseinrichtung Ü1 und die dritte Einrichtung E3 weisen in Betrieb ein erstes gemeinsames Spannungspotential P1 auf, während die zweite Überspannungseinrichtung Ü2 und die vierte Einrichtung E4 in Betrieb ein zweites gemeinsames Spannungspotential P2 aufweisen. Zwischen der ersten Überspannungsschutzeinrichtung Ü1 zur zweiten Überspannungsschutzeinrichtung Ü2 ein erster Messabgriff M1 vorgesehen ist und wobei zwischen der dritten Einrichtung E3 zur vierten Einrichtung E4 ein zweiter Messabgriff M2 vorgesehen ist, wobei aus der Spannung zwischen dem ersten Messabgriff M1 und dem zweiten Messabgriff M2 ein Signal S1, S2 abgeleitet wird, dass eine Zustandsaussage in Bezug auf die erste Überspannungsschutzeinrichtung Ü1 und die zweite Überspannungsschutzeinrichtung Ü2 bereitstellt.
  • Dabei kann wie in 1 und in 6 und 7 gezeigt, die dritte Einrichtung E3 und die vierte Einrichtung E4 beispielsweise eine Serienschaltung von komplexen Widerständen, beispielsweise Kondensatoren, Spulen, Widerständen oder Kombination hiervon sein, oder aber, die dritte Einrichtung E3 und die vierte Einrichtung E4 sind selbst als dritte Überspannungsschutzeinrichtung Ü3 und vierte Überspannungsschutzeinrichtung Ü4 ausgeführt, wie in den 2–5 gezeigt. Soweit nachfolgend nicht explizit angegeben ist, dass eine bestimmte Bauform ausschließlich zur Verwendung kommen muss, sind mit der Beschreibung der einen Bauform auch immer die andere Bauform als mitumfasst anzunehmen.
  • Mit den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ist es nunmehr möglich auf einfache Weise den Zustand der Überspannungsschutzeinrichtungen zeitlich unmittelbar zu erkennen. Tritt nämlich eine Schädigung einer der Überspannungsschutzeinrichtungen auf, so wirkt sich dies unmittelbar auf die Impedanz aus. Auf Grund der Anordnung in einer der Wheatstoneschen Messbrücke ähnlichen Anordnung tritt nun auf Grund der geänderten Impedanzverhältnisse eine Spannung zwischen den Messabgriffen M1 und M2 auf.
  • D.h. es wird die Spannung zwischen dem ersten Messabgriff M1 des Stromzweigs A und dem zweiten Messabgriff M2 des Stromzweigs B verglichen. Ändert sich eines der Bauteile ist dieses sehr einfach über die Spannungsänderung zwischen dem ersten Messabgriff M1 des Stromzweigs A und dem zweiten Messabgriff M2 des Stromzweigs B nachweisbar. Dabei kann unter Umständen aus dem (Vorzeichen des) Signal auf den entsprechenden Stromzweig A oder B geschlossen werden, in dem der Fehler auftritt. Da diese Änderung sehr früh registriert werden kann, können entsprechende Maßnahmen sehr frühzeitig eingeleitet werden.
  • Zur Zustandskontrolle kann alternativ oder zusätzlich eine temporäre (auch periodisch wiederkehrende Messung z.B. in Kraftwerken) erfolgen oder auch eine dauerhafte Messung. Beide Messungen können während des Betriebes, bei anliegender Netzspannung auf einfachstem Weg realisiert werden. In allgemeinster Form kann dabei angenommen werden, dass bei einer Spannungsmessung ungleich Null ein Defekt einer der Überspannungsschutzeinrichtungen vorliegt. Aus den Messungen heraus können bei entsprechender Auswertung und Weiterverarbeitungen Störmeldesignal und Schaltbefehle (Ausschalten oder Trennen etc.) generiert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann nun z.B. wie in den 1 bis 6 gezeigt, eine Auswerteschaltung C bereitgestellt werden, wobei die Auswerteschaltung C eine Differenzspannung zwischen dem ersten Messabgriff M1 und dem zweiten Messabgriff M2 auswertet. Eine solche Auswerteschaltung kann z.B. mittels eines Operationsverstärkers aufgebaut werden, wobei z.B. bei Erreichen einer bestimmten Differenzspannung ein Abschalten eingeleitet wird und/oder eine lokale oder ferne Signalisierung S1 bereitgestellt wird. Eine lokale Signalisierung kann beispielsweise durch ein optisches und/oder akustisches Signal und/oder ein lokales Display, z.B. ein E-Paper Display, zur Zustandssignalisierung bzw. zur Signalisierung von Messwerten bereitgestellt werden. Eine entfernte Signalisierung kann beispielsweise durch eine Fernmeldung über eine Signalisierung und/oder Automatisierungsbus oder allgemein mittels Telekommunikation bereitgestellt werden.
  • Dabei kann die Auswerteeinheit C über unterschiedliche Algorithmen zum Ausschluss von Fehlern und zur Einstellbarkeit der Empfindlichkeit genutzt werden. Verschiedene Schalt- und Meldeschwellen sind insbesondere bei Varistoren problemlos generierbar, sodass z.B. eine erkannte niedrige Differenzspannung als Indikator einer beginnenden Degradation eines der Überspannungseinrichtungen genommen werden kann, sodass z.B. bei einer turnusgemäßen Revision ein entsprechendes Bauteil ersetz wird.
  • Von besonderem Vorteil ist, dass die Messung im laufenden Betrieb erfolgen kann, sodass eine Abschaltung oder ein Herausnehmen der Überspannungsschutzeinrichtungen nicht nötig ist.
  • Weiterhin kann in Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass das abgeleitete Signal S2 als Schaltsignal für eine Abschalteinrichtung SW verwendet wird.
  • Beispielsweise kann die Abschalteinrichtung ein Schütz oder sonst wie geeigneter Schalter sein oder aber es handelt sich um eine extern triggerbare Schmelzsicherung, wie sie ebenfalls von der Anmelderin erfunden wurden und die Gegenstand von anderen Anmeldungen ist.
  • Obwohl in der Einleitung auf Varistoren und Transient Voltage Suppressordioden abgestellt wurden, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern im Prinzip können die Wirkprinzipien auch für andere geeignete Überspannungsschutzeinrichtung Ü1, Ü2 Verwendung finden. Gleiches gilt in Bezug auf die dritte Einrichtung E3 und die vierte Einrichtung E4 in ihrer Ausformung als Überspannungsschutzeinrichtungen Ü3, Ü4.
  • In einer besonders kompakten Ausführungsform finden Multikontaktvaristoren M-MOV Verwendung, wie nun nachfolgend auf verschieden Ausführungsformen in Zusammenhang mit den 3 bis 6 beschrieben werden wird.
  • Beispielsweise ist in diesen die erste Überspannungsschutzeinrichtung Ü1 und die zweite Überspannungsschutzeinrichtung Ü2 je als Teilvaristor eines Multikontaktvaristors M-MOV ausgeführt und der erste Messabgriff M1 ist in elektrischem Kontakt mit einem (Mittel-)Kontakt des Multikontaktvaristors M-MOV. Obwohl die Teilvaristoren als gleichartig dargestellt sind, ist dies nicht zwingend notwendig.
  • Beispielsweise kann wie in 3 bis 6 durch unterschiedliche Maßnahmen der Multikontaktvaristors M-MOV bereitgestellt sein. Beispielsweise wird in der 3 in die Keramik eines Varistors zwei gleichartige Abgriffe zur Kontaktierung der Messabgriffe bereitgestellt, sodass sich zwei (virtuelle) Stromzweige A, B ausbilden. Ein hierzu entsprechende Maßnahme wird für den Fall, das nur in einem Stromzweige Überspannungsschutzeinrichtungen vorgesehen sind, am Beispiel eines einzigen Abgriffs gezeigt.
  • Zur besseren Trennung der Messabgriffe im Multikontaktvaristor M-MOV kann vorgesehen sein, dass z.B. eine erste Varistorkeramik auf einer weiteren Varistorkeramik angeordnet wird, wobei zwischen den Varistorkeramiken die Messabgriffe M1 M2 angeordnet sind, wobei diese zusätzlich im Zwischenraum isoliert sind, um so den Stromfluss in den Zweigen A und B zu trennen.
  • Weiterhin kann auch wie in 5 gezeigt eine vollständige Trennung der Keramiken vorgesehen sein.
  • In einer vorteilhaften Anordnung, welche in 7 gezeigt ist, ist eine Überspannungsschutzvorrichtung 1 mit einer Funkenstrecke FS mit einer oder mehreren Hilfselektroden H1, H2 angeordnet. Die Überspannungsschutzvorrichtung 1 und die Funkenstrecke FS sind dabei parallel geschaltet und der erste Messabgriff M1 der Überspannungsschutzvorrichtung 1 ist mit einer ersten Zündhilfselektrode H1 der Funkenstrecke FS verbunden.
  • Ein Beispiel, auf einfache Weise eine Varistorbrücke so zu überwachen, dass bei relevanter Schädigung eines Varistors die Vorrichtung 1 vor Zerstörung geschützt wird, ist die Zündung der parallelen Funkenstrecke FS, die für einen Kurzschluss sorgt, so dass eine vorgeschaltete Sicherung (nicht dargestellt) anspricht und das gesamte Überspannungsschutzgerät von der Betriebsspannung trennt. Dabei kann zu Zündung der Funkenstrecken FS beispielsweise eine von der Anmelderin angemeldete resisitiv unterstützte Zündung genutzt werden.
  • In den Überspannungsschutzvorrichtungen mit Überwachungsfunktion der Erfindung kann z.B. das Impedanzverhältnis (komplexes Widerstandverhältnis) der ersten Überspannungsschutzeinrichtung Ü1 zur zweiten Überspannungsschutzeinrichtung Ü2 im Normbetrieb dem Impedanzverhältnis (komplexes Widerstandverhältnis) der dritten Einrichtung E3 zur vierten Einrichtung E4 entsprechen. Hierdurch können besonders einfache Auswerteschaltungen bereitgestellt werden. Dabei kann es, wie in 1, 6 und 7 an den Einrichtung E3 und E4 dargestellt, von Vorteil sein, dass einer oder beide Einrichtungen E3 und E4 verstimmt werden kann, sodass im Normbetrieb die Impedanzverhältnisse gleich sind. Eine derartige Einstellung kann z.B. bei der Fertigung oder bei der Inbetriebnahme vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Maßnahmen, wie z.B. ein Anpassungsnetzwerk, verwendet werden.
  • Alternativ hierzu kann natürlich auch vorgesehen sein, dass die Impedanzverhältnisse im Normbetrieb nicht identisch sind. Auch hier kann durch eine geeignete Beschaltung erreicht werden, dass z.B. nur Abweichungen gegenüber einem (gemessenen oder zuvor eingestellten) Normwert als Fehlfunktion erkannt werden. Hierzu können beispielsweise geeignete Schwellwertschalter oder Anpassungsnetzwerke oder auch ein (elektronsicher) Vergleich mit einem oder mehreren zuvor ermittelten/eingestellten Werten der Spannung zwischen dem ersten Messabgriff M1 und dem zweiten Messabgriff M2 verwendet werden.
  • Obwohl die vorstehenden Elemente der Erfindung als Einzelelemente beschrieben wurden versteht es sich von selbst, dass diese auch Bestandteil einer verkaufsfähigen Vorrichtung sein können, die z.B. in einem Gehäuse vereinigt sind.
  • Das hier vorgeschlagene System ermöglicht eine ständige sehr genaue Überwachung der Überspannungsschutzkomponenten. Es können bereits geringe Veränderungen detektiert werden und anhand einer nachgeschalteten Auswerteeinheit entsprechende Informationen und Maßnahmen eingeleitet werden. Zum einen kann die Messmethode genutzt werden, um eine tatsächliche Analyse durchzuführen, also technische Daten zu liefern, zum anderen können direkte Mechanismen aus der Messung heraus in Gang gesetzt werden, die z.B. zum Abtrennen des Ableiters von Stromversorgungsnetz führen.
  • Durch ständige oder zyklische Auswertung der gewonnenen Daten kann eine Prognose für die weitere Entwicklung des Ableiters getroffen werden. Insbesondere für Anlagen deren Zugänglichkeit nicht immer gegeben ist, und deren Revision mit besonderem Aufwand verbunden ist (z.B. Windkraft offshore) ist eine solche Überwachung von besonderer Bedeutung (Smart SPD).
  • Weiterhin kann das Spannungssignal zwischen dem ersten Messabgriff M1 des Stromzweigs A und dem zweiten Messabgriff M2 des Stromzweigs B auch direkt zur Betätigung von Aktoren verwendet werden. Das bedeutet, dass zeitgleich, aus dem sich ausbildenden Fehler heraus, ein Aktor zum Abtrennen, Kurzschließen oder Überbrücken SW angesteuert werden kann. Damit entfällt der zeitkritisch Umweg über die Detektierung einer Erwärmung, so dass viel früher auf Fehler reagiert werden kann.
  • Dadurch können auch „schnell“ fortschreitende Schädigung die zum Fließen des Kurzschlussstromes und der einhergehenden Explosion des Ableiters führen könnten, so früh abgefangen werden, dass vergleichsweise einfache Schalteinrichtungen noch ausreichend sind, den Fehler abzuschalten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion
    A, B
    Stromzweig
    Ü1, Ü2,Ü3, Ü4
    Überspannungsschutzeinrichtung
    E3, E4
    Einrichtung
    P1, P2
    Spannungspotential
    M1, M2
    Messabgriff
    S1, S2
    Signal
    C
    Auswerteschaltung
    SW
    Abschalteinrichtung
    M-MOV
    Multikontaktvaristors
    FS
    Funkenstrecke
    H1, H2
    Zündhilfselektrode
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010038066 [0006]
    • DE 102010036909 [0006]

Claims (9)

  1. Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion (1), aufweisend eine Parallelschaltung von zwei Stromzweigen (A, B), wobei der erste Stromzweig (A) eine erste Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) und eine zweite Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Stromzweig (B) eine dritte Einrichtung (E3) und eine vierte Einrichtung (E4) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die erste Überspannungseinrichtung (Ü1) und die dritte Einrichtung (E3) in Betrieb ein erstes gemeinsames Spannungspotential (P1) aufweisen, und wobei die zweite Überspannungseinrichtung (Ü2) und die vierte Einrichtung (E4) in Betrieb ein zweites gemeinsames Spannungspotential (P2) aufweisen, wobei zwischen der ersten Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) zur zweiten Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) ein erster Messabgriff (M1) vorgesehen ist und wobei zwischen der dritten Einrichtung (E3) zur vierten Einrichtung (E4) ein zweiter Messabgriff (M2) vorgesehen ist, wobei aus der Spannung zwischen dem ersten Messabgriff (M1) und dem zweiten Messabgriff (M2) ein Signal (S1, S2) abgeleitet wird, dass eine Zustandsaussage in Bezug auf die erste Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) und die zweite Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) bereitstellt.
  2. Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Auswerteschaltung (C) bereitgestellt wird, wobei die Auswerteschaltung (C) eine Differenzspannung zwischen dem ersten Messabgriff (M1) und dem zweiten Messabgriff (M2) auswertet.
  3. Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung im laufenden Betrieb erfolgt.
  4. Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeleitete Signal (S2) als Schaltsignal für eine Abschalteinrichtung (SW) verwendet wird.
  5. Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) und die zweite Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Varistoren und Transient Voltage Suppressordioden sind.
  6. Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Einrichtung (E3) und die vierte Einrichtung (E4) Überspannungsschutzeinrichtungen sind.
  7. Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) und die zweite Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) Teilvaristoren eines Multikontaktvaristors (M-MOV) sind und dass der erste Messabgriff (M1) ein Kontakt des Multikontaktvaristors (M-MOV) ist.
  8. Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Impedanzverhältnis der ersten Überspannungsschutzeinrichtung (Ü1) zur zweiten Überspannungsschutzeinrichtung (Ü2) im Normbetrieb dem Impedanzverhältnis der dritten Einrichtung (E3) zur vierten Einrichtung (E4) entspricht
  9. Anordnung einer Überspannungsschutzvorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Funkenstrecke (FS) mit Hilfselektroden (H1, H2), wobei die Überspannungsschutzvorrichtung (1) und die Funkenstrecke (FS) parallel geschaltet sind und wobei der erste Messabgriff (M1) der Überspannungsschutzvorrichtung (1) mit einer ersten Zündhilfselektrode (H1) der Funkenstrecke (FS) verbunden ist.
DE102014219913.1A 2014-10-01 2014-10-01 Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion Pending DE102014219913A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014219913.1A DE102014219913A1 (de) 2014-10-01 2014-10-01 Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion
EP15780802.3A EP3202005A2 (de) 2014-10-01 2015-10-01 Überspannungsschutzvorrichtung mit überwachungsfunktion
US15/508,624 US10074973B2 (en) 2014-10-01 2015-10-01 Overvoltage protection apparatus with monitoring function
PCT/EP2015/072680 WO2016050907A2 (de) 2014-10-01 2015-10-01 Überspannungsschutzvorrichtung mit überwachungsfunktion
CN201580052789.8A CN107124912A (zh) 2014-10-01 2015-10-01 一种带监控功能的过电压保护装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014219913.1A DE102014219913A1 (de) 2014-10-01 2014-10-01 Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014219913A1 true DE102014219913A1 (de) 2016-04-07

Family

ID=54324947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014219913.1A Pending DE102014219913A1 (de) 2014-10-01 2014-10-01 Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10074973B2 (de)
EP (1) EP3202005A2 (de)
CN (1) CN107124912A (de)
DE (1) DE102014219913A1 (de)
WO (1) WO2016050907A2 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016125900A1 (de) 2016-08-31 2018-03-01 DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG. Überspannungsschutzeinrichtung mit Überwachungs- und Kommunikationsfunktion
DE102018114181A1 (de) * 2018-02-27 2019-08-29 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bewertung des Zustandes und der Qualität von Niederspannungsnetzen
LU501225B1 (de) 2022-01-10 2023-07-10 Phoenix Contact Gmbh & Co Steckverbinder mit Sensorelement zur Erfassung eines Kriechstroms, Anordnung mit zwei Steckverbindern und Verfahren zur Erkennung eines Kriechstroms in einem Steckverbinder
DE102022100350A1 (de) 2022-01-10 2023-07-13 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Steckverbinder mit Sensorelement zur Erfassung eines Kriechstroms, Anordnung mit zwei Steckverbindern und Verfahren zur Erkennung eines Kriechstroms in einem Steckverbinder
DE102022122121A1 (de) 2022-09-01 2024-03-07 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Steckverbinder mit Überwachungseinheit zur Erfassung eines Kriechstroms, Anordnung mit zwei Steckverbindern und Verfahren zur Erkennung eines Kriechstroms in einem Steckverbinder

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017204299B4 (de) * 2017-03-15 2020-01-30 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Trennvorrichtung mit einer thermischen Abtrenneinrichtung für ein Überspannungsschutzelement und eine Anordnung aus einem Gehäuse mit einer Trennvorrichtung mit einer thermischen Abtrennvorrichtung und ein Überspannungsschutzelement
US10848053B2 (en) * 2018-07-13 2020-11-24 Kohler Co. Robust inverter topology
US10756532B2 (en) 2018-07-13 2020-08-25 Kohler Co. Ground fault minimization
US20240072561A1 (en) * 2022-08-30 2024-02-29 Schneider Electric USA, Inc. Energy management for evse

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3423444A1 (de) * 1983-12-15 1985-09-05 AVE S.p.A., Vestone, Brescia Geraet fuer die begrenzung von oder den schutz vor auftretenden ueberspannungen mit einer hierin enthaltenen vorrichtung zum feststellen und anzeigen des auf alterung oder auf einen katastrophenfall zurueckgehenden lebensendes des geraetes
DE102010038066A1 (de) 2010-08-06 2012-02-09 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Thermische Überlastschutzanordnung
DE102010036909B3 (de) 2010-08-06 2012-02-16 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Thermische Überlastschutzvorrichtung
DE102011109007A1 (de) * 2011-07-29 2013-01-31 Epcos Ag Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauelements und elektrisches Bauelement
DE102012022399A1 (de) * 2012-11-16 2014-05-22 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Zündkreis

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3742419A (en) * 1971-09-30 1973-06-26 Gen Electric Integral sensor for monitoring a metal oxide varistor
US4912590A (en) * 1989-05-01 1990-03-27 Westinghouse Electric Corp. Electrical surge suppressor and dual indicator apparatus
US5617288A (en) * 1995-06-05 1997-04-01 Leviton Manufacturing Co., In. Automatic surge suppressor disconnect protection system
US5621309A (en) 1996-02-21 1997-04-15 Electric Power Research Institute Method for detecting a failed ZnO disk in a surge arrester network
US5864545A (en) * 1996-12-06 1999-01-26 Altocom, Inc. System and method for improving convergence during modem training and reducing computational load during steady-state modem operations
US6477025B1 (en) * 1999-10-12 2002-11-05 Innovative Technology, Inc. Surge protection device with thermal protection, current limiting, and failure indication
CN2824403Y (zh) * 2005-11-03 2006-10-04 宋嘉鸿 温控式带三色led指示的自动充电器
FR2893196B1 (fr) 2005-11-04 2008-02-15 Legrand France Appareil electrique de protection contre les surtensions transitoires
CN201322982Y (zh) * 2008-12-19 2009-10-07 马劲波 温控报警装置
DE102009004673A1 (de) * 2009-01-12 2010-07-15 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Überspannungsschutzelement
CN102957129A (zh) * 2011-08-18 2013-03-06 上海晨兴希姆通电子科技有限公司 硬件控制的过温保护终端
CN202309541U (zh) * 2011-11-01 2012-07-04 西安曼海特工业技术有限公司 带防雷击防浪涌功能的宽电压输入范围的交流稳压电源
CN202333745U (zh) * 2011-11-24 2012-07-11 佛山市新基德电子厂有限公司 一种具有温度保护的漏电保护装置
US9276391B2 (en) * 2013-07-21 2016-03-01 The Boeing Company Fault-tolerant self-indicating surge protection system for aircraft
CN203466559U (zh) * 2013-08-27 2014-03-05 惠州市蓝微电子有限公司 一种锂电池充放电保护电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3423444A1 (de) * 1983-12-15 1985-09-05 AVE S.p.A., Vestone, Brescia Geraet fuer die begrenzung von oder den schutz vor auftretenden ueberspannungen mit einer hierin enthaltenen vorrichtung zum feststellen und anzeigen des auf alterung oder auf einen katastrophenfall zurueckgehenden lebensendes des geraetes
DE102010038066A1 (de) 2010-08-06 2012-02-09 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Thermische Überlastschutzanordnung
DE102010036909B3 (de) 2010-08-06 2012-02-16 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Thermische Überlastschutzvorrichtung
DE102011109007A1 (de) * 2011-07-29 2013-01-31 Epcos Ag Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauelements und elektrisches Bauelement
DE102012022399A1 (de) * 2012-11-16 2014-05-22 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Zündkreis

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016125900A1 (de) 2016-08-31 2018-03-01 DEHN + SÖHNE GmbH + Co. KG. Überspannungsschutzeinrichtung mit Überwachungs- und Kommunikationsfunktion
WO2018041474A1 (de) 2016-08-31 2018-03-08 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Überspannungsschutzeinrichtung mit überwachungs- und kommunikationsfunktion
US11171482B2 (en) 2016-08-31 2021-11-09 Dehn Se + Co Kg Overvoltage protection device with monitoring and communication functions
DE102018114181A1 (de) * 2018-02-27 2019-08-29 Dehn + Söhne Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bewertung des Zustandes und der Qualität von Niederspannungsnetzen
WO2019166174A1 (de) 2018-02-27 2019-09-06 Dehn Se + Co Kg Verfahren zur bewertung des zustandes und der qualität von niederspannungsnetzen
US11454654B2 (en) 2018-02-27 2022-09-27 Dehn Se Method for evaluating the state and the quality of low-voltage networks
LU501225B1 (de) 2022-01-10 2023-07-10 Phoenix Contact Gmbh & Co Steckverbinder mit Sensorelement zur Erfassung eines Kriechstroms, Anordnung mit zwei Steckverbindern und Verfahren zur Erkennung eines Kriechstroms in einem Steckverbinder
DE102022100350A1 (de) 2022-01-10 2023-07-13 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Steckverbinder mit Sensorelement zur Erfassung eines Kriechstroms, Anordnung mit zwei Steckverbindern und Verfahren zur Erkennung eines Kriechstroms in einem Steckverbinder
WO2023131598A1 (de) 2022-01-10 2023-07-13 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Steckverbinder mit sensorelement zur erfassung eines kriechstroms, anordnung mit zwei steckverbindern und verfahren zur erkennung eines kriechstroms in einem steckverbinder
DE102022122121A1 (de) 2022-09-01 2024-03-07 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Steckverbinder mit Überwachungseinheit zur Erfassung eines Kriechstroms, Anordnung mit zwei Steckverbindern und Verfahren zur Erkennung eines Kriechstroms in einem Steckverbinder

Also Published As

Publication number Publication date
US10074973B2 (en) 2018-09-11
US20170279269A1 (en) 2017-09-28
EP3202005A2 (de) 2017-08-09
WO2016050907A2 (de) 2016-04-07
CN107124912A (zh) 2017-09-01
WO2016050907A3 (de) 2016-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014219913A1 (de) Überspannungsschutzvorrichtung mit Überwachungsfunktion
EP2418748B1 (de) Energieversorgungsvorrichtung
EP2675031A1 (de) Überspannungsschutzelement
DE202012002281U1 (de) Überspannungsschutzgerät mit einer Messeinrichtung zur Überwachung von einem oder mehreren Überspannungsschutzelementen
EP2104974B1 (de) Spannungsschutzanordnung für ein elektronisches gerät
DE102014215279A1 (de) Schmelzsicherung für eine zu schützende Einrichtung
EP2076947B1 (de) Überspannungsschutzgerät
DE102010038208A1 (de) Überspannungsschutzvorrichtung
EP2272146B1 (de) Schutzvorrichtung
DE102013012578A9 (de) Vorrichtung zum Absichern einer elektrischen Leitung
DE102015000576B4 (de) Kraftfahrzeug mit Schaltvorrichtung für eine bordnetzbetriebene Komponente
DE102008043047A1 (de) Schutzschaltung und Messgerät mit einer solchen Schutzschaltung
DE102019116233B4 (de) Zustandsüberwachung von Überspannungsschutzkomponenten
EP3128634A1 (de) Schutzschaltungsanordnung
EP3245694A1 (de) Verfahren zur kategorisierung eines lichtbogens beziehungsweise detektion eines störlichtbogens
DE102018218461B4 (de) Schutzensemble
EP3868021B1 (de) Elektronischer schalter
DE102020001411A1 (de) Überspannungsschutzschaltung mit Ausfallanzeige
WO2015028586A1 (de) Sicherungselement für eine überspannungsschutzeinrichtung
WO2014060513A1 (de) Schutzschaltungsanordnung und verfahren zum schutz einer elektrischen schaltungseinrichtung sowie vorrichtung mit der zu schützenden schaltung und der schutzschaltungsanordnung
DE102017102807A1 (de) Schutzvorrichtung für Schaltanlage
DE202016104781U1 (de) Schaltungsanordnung zum Schutz von an einem mehrphasigen Netz angeschlossenen Verbrauchern mit Unter- und Überspannungsabschaltfunktion
EP3485550B1 (de) Strombegrenzungsschaltung
DE102021210831A1 (de) Schutzschaltgerät und Verfahren
DE102022210358A1 (de) Schutzschaltgerät und Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: RCD-PATENT GIESEN, SCHMELCHER & GRIEBEL PATENT, DE

R016 Response to examination communication