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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überspannungsschutzschaltung und eine Überspannungsschutzvorrichtung, die diese umfasst.
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Verwandte Technik
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Eine Vielzahl in Büros, Fertigungsbetrieben und dergleichen verwendeter elektronischer Geräte kann Ungelegenheiten wie einen dielektrischen Durchschlag, Störungen und eine Schädigung von Vorrichtungen bereiten, wenn aufgrund eines Blitzschlags eine Überspannung an eine Stromleitung angelegt wird. Herkömmlicherweise kann ein als Gegenmaßnahme gegen Blitzschläge verwendeter isolierter Transformator eine Primärseite und eine Sekundärseite einer Stromleitung zuverlässig isolieren. Da der isolierte Transformator jedoch teuer ist und große Außenabmessungen aufweist, hat er den Nachteil, dass ein großer Einbauraum erforderlich ist. Andererseits wird auch eine als Überspannungsschutzvorrichtung (SPD, surge protective device) bezeichnete elektronische Komponente als Gegenmaßnahme gegen Blitzschläge verwendet (siehe beispielsweise Patentschriften 1 und 2).
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Patentschrift 3 beschreibt Verbesserungen an Überspannungsschutzgeräten.
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Gebrauchsmusterschrift 1 beschreibt ein Drei-in-Eins-Blitzschutzgerät welches spezialisiert auf Videoüberwachungssysteme ist.
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Gebrauchsmusterschrift 2 beschreibt Blitzschutzausrüstung für Übertragungsleitungs-Überwachungssysteme.
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Gebrauchsmusterschrift 3 beschreibt einen Matrixtyp eines Blitz-Überspannungsschutzes.
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- Patentschrift 1: japanisches Patent Nr. 5272123
- Patentschrift 2: japanisches Patent Nr. 5020560
- Patentschrift 3: DE 698 14 257 T2
- Gebrauchsmusterschrift 1: CN 201 018 277 Y
- Gebrauchsmusterschrift 2: CN 203 839 939 U
- Gebrauchsmusterschrift 3: CN 201 478 826 U
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die beanspruchte Erfindung wird durch ihre unabhängigen Ansprüche definiert, während bevorzugte Ausführungsformen Gegenstand der abhängigen Ansprüche sind.
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Da die Überspannungsschutzvorrichtung von elektrischen Komponenten wie einem Varistor, einem Gasableiter und dergleichen gebildet wird, kann ihre Größe leichter als die des isolierten Transformators verringert werden. Diese Vorrichtungen lassen jedoch allmählich nach, wenn wiederholt eine Überspannung angelegt wird; die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Ausfalls ist größer als bei dem isolierten Transformator. Obwohl die Überspannungsschutzvorrichtung zur Lösung dieses Problems doppelt vorgesehen sein kann, erhöht sich bei einem einfachen doppelten Vorsehen der Überspannungsschutzvorrichtung die Anzahl an Komponenten, und es ist schwierig, die Größe zu verringern. Als Beispiel einer einfachen Verdoppelung kommt eine Konfiguration in Betracht, bei der zwei Sätze von Komponenten, bei denen jede Komponente von einem Gasableiter und zwei Varistoren gebildet wird, in Bezug auf eine Stromleitung parallelgeschaltet werden. In diesem Fall sind für die doppelt vorgesehenen Gasableiter insgesamt vier Varistoren erforderlich.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überspannungsschutzschaltung und eine Überspannungsschutzvorrichtung bereitzustellen, die zum zuverlässigen Schutz eines elektronischen Geräts vor einem Blitzschlag bei gleichzeitiger Realisierung einer Verringerung der Anzahl an Komponenten geeignet sind.
- (1) Durch die vorliegende Erfindung wird eine Überspannungsschutzschaltung (beispielsweise eine später zu beschreibende Überspannungsschutzschaltung 30) bereitgestellt, die zwischen eine Ein-Phasen-Wechselstromquelle (beispielsweise eine später zu beschreibende Stromquellenvorrichtung 10) und ein mit von der Wechselstromquelle zugeführtem elektrischem Strom betriebenes Gerät (beispielsweise ein später zu beschreibendes elektronisches Gerät 20) geschaltet ist, um eine von der Wechselstromquelle an das Gerät angelegte Überspannung zu unterdrücken, wobei die Überspannungsschutzschaltung umfasst: eine erste Konstantspannungsvorrichtung (beispielsweise einen später zu beschreibenden ersten Varistor 31) und eine erste Entladevorrichtung (beispielsweise einen später zu beschreibenden ersten Gasableiter 33), die zwischen einem ersten Erdanschluss (beispielsweise einem später zu beschreibenden ersten Erdanschluss 35) und einem nicht erdseitigen Anschluss (beispielsweise einem später zu beschreibenden L-Anschluss) der Wechselstromquelle in Reihe geschaltet sind; und eine zweite Konstantspannungsvorrichtung (beispielsweise einen später zu beschreibenden zweiten Varistor 32) und eine zweite Entladevorrichtung (beispielsweise einen später zu beschreibenden zweiten Gasableiter 34), die zwischen einem zweiten Erdanschluss (beispielsweise einem später zu beschreibenden zweiten Erdanschluss 36) und einem erdseitigen Anschluss (beispielsweise einem später zu beschreibenden N-Anschluss) der Wechselstromquelle in Reihe geschaltet sind, wobei ein Mittelpunkt (beispielsweise ein später zu beschreibender Mittelpunkt N1) zwischen der ersten Konstantspannungsvorrichtung und der ersten Entladevorrichtung und ein Mittelpunkt (beispielsweise ein später zu beschreibender Mittelpunkt N2) zwischen der zweiten Konstantspannungsvorrichtung und der zweiten Entladevorrichtung verbunden sind.
- (2) Durch die vorliegende Erfindung wird auch eine Überspannungsschutzschaltung (beispielsweise eine später zu beschreibende Überspannungsschutzschaltung 130) bereitgestellt, die zwischen eine Drei-Phasen-Wechselstromquelle (beispielsweise eine später zu beschreibende Stromquellenvorrichtung 110) und ein mit von der Wechselstromquelle zugeführtem elektrischem Strom betriebenes Gerät geschaltet ist, um eine von der Wechselstromquelle an das Gerät angelegte Überspannung zu unterdrücken, wobei die Überspannungsschutzschaltung umfasst: eine erste Konstantspannungsvorrichtung (beispielsweise einen später zu beschreibenden ersten Varistor 131) und eine erste Entladevorrichtung, die zwischen einem ersten Erdanschluss und einem ersten Phasenanschluss (beispielsweise einem später zu beschreibenden U-Anschluss) der Wechselstromquelle in Reihe geschaltet sind; eine zweite Konstantspannungsvorrichtung (beispielsweise einen später zu beschreibenden zweiten Varistor 132) und eine zweite Entladevorrichtung, die zwischen einem zweiten Erdanschluss und einem zweiten Phasenanschluss (beispielsweise einem später zu beschreibenden V-Anschluss) der Wechselstromquelle in Reihe geschaltet sind; und eine dritte Konstantspannungsvorrichtung (beispielsweise einen später zu beschreibenden dritten Varistor 133), die an einen dritten Phasenanschluss (beispielsweise einen später zu beschreibenden W-Anschluss) der Wechselstromquelle angeschlossen ist, wobei ein Mittelpunkt zwischen der ersten Konstantspannungsvorrichtung und der ersten Entladevorrichtung, ein Mittelpunkt zwischen der zweiten Konstantspannungsvorrichtung und der zweiten Entladevorrichtung, und eine einer an den dritten Phasenanschluss angeschlossenen Seite entgegengesetzte Seite der dritten Konstantspannungsvorrichtung verbunden sind.
- (3) Durch die vorliegende Erfindung wird auch eine Überspannungsschutzvorrichtung (beispielsweise eine später zu beschreibende Überspannungsschutzvorrichtung 230) bereitgestellt, die die Überspannungsschutzschaltung gemäß (1) oder (2) umfasst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Überspannungsschutzschaltung und eine Überspannungsschutzvorrichtung bereitzustellen, die zum zuverlässigen Schutz eines elektronischen Geräts vor einem Blitzschlag bei gleichzeitiger Realisierung einer Verringerung der Anzahl an Komponenten geeignet sind.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration eines Stromquellensystems 1 darstellt, das eine Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst.
- 2A ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem ersten Gasableiter 33 darstellt.
- 2B ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem zweiten Gasableiter 34 darstellt.
- 3A ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem ersten Varistor 31 darstellt.
- 3B ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem zweiten Varistor 32 darstellt.
- 4 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration eines Stromquellensystems 1A darstellt, das eine Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst.
- 5A ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an dem ersten Gasableiter 33 darstellt.
- 5B ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an dem zweiten Gasableiter 34 darstellt.
- 6A ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem ersten Varistor 131 darstellt.
- 6B ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem zweiten Varistor 132 darstellt.
- 6C ist ein Schaltdiagramm, das eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem dritten Varistor 133 darstellt.
- 7 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Konfiguration einer Überspannungsschutzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend wird eine Ausführungsform einer Überspannungsschutzschaltung und einer Überspannungsschutzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die der vorliegenden Patentschrift beiliegenden Diagramme sind schematische Diagramme, und die jeweiligen Abschnitte sind zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung durch Schaltzeichen, funktionale Blöcke und dergleichen dargestellt. In den jeweiligen Diagrammen sind Impedanzkomponenten und dergleichen nicht dargestellt.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration eines Stromquellensystems 1 darstellt, das eine Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Stromquellensystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Stromquellenvorrichtung 10, ein elektronisches Gerät 20 und eine Überspannungsschutzschaltung 30.
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Die Stromquellenvorrichtung 10 ist eine Wechselstromquelle, die dem elektronischen Gerät 20 Ein-Phasen-Wechselstrom zuführt. Eine erste Stromleitung PL1 ist an einen (nicht erdseitigen) L-Anschluss der Stromquellenvorrichtung 10 angeschlossen, und eine zweite Stromleitung PL2 ist an einen (erdseitigen) N-Anschluss angeschlossen.
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Das elektronische Gerät 20 ist beispielsweise ein Informationsendgerät wie ein Personal Computer (PC), das in einem Büro verwendet wird, oder eine computerisierte numerische Steuerung, die in einem Fertigungsbetrieb verwendet wird. Das elektronische Gerät 20 kann beispielsweise ein Kommunikationsgerät wie ein Router oder ein Modem und eine industrielle Vorrichtung wie eine speicherprogrammierbare Steuerung oder eine Robotersteuerung sein. Dem elektronischen Gerät 20 wird über die erste Stromleitung PL1 und die zweite Stromleitung PL2 Wechselstrom von der Stromquellenvorrichtung 10 zugeführt.
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Die Überspannungsschutzschaltung 30 ist eine Schaltung, die verhindert, dass aufgrund eines Blitzschlags, der die Stromquellenvorrichtung 10 trifft, eine Überspannung an das elektronische Gerät 20 angelegt wird. Die Überspannungsschutzschaltung 30 kann als Teil der Stromquellenvorrichtung 10 oder des elektronischen Geräts 20 konfiguriert sein, und die Überspannungsschutzschaltung 30 kann, wie später beschrieben, als Überspannungsschutzvorrichtung an die Stromleitung angeschlossen sein. Die Überspannungsschutzschaltung 30 umfasst einen ersten Varistor (eine erste Konstantspannungsvorrichtung) 31, einen zweiten Varistor (eine zweite Konstantspannungsvorrichtung) 32, einen ersten Gasableiter (eine erste Entladevorrichtung) 33 und einen zweiten Gasableiter (eine zweite Entladevorrichtung) 34. Darüber hinaus umfasst die Überspannungsschutzschaltung 30 einen ersten Erdanschluss 35 und einen zweiten Erdanschluss 36, die an die Erde G angeschlossen sind.
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Der erste Varistor 31 und der zweite Varistor 32 sind Vorrichtungen, die nicht leitend sind, wenn eine niedrigere Spannung als eine Nennspannung an sie angelegt wird. Wenn jedoch aufgrund eines Blitzschlags eine Überspannung angelegt wird, die der Nennspannung entspricht oder höher als diese ist, nimmt der Widerstand abrupt ab und der erste und der zweite Varistor 31 und 32 werden in einen leitenden Zustand versetzt. Der erste und der zweite Varistor 31 und 32 haben die Funktion, eine Entladung des ersten und des zweiten Gasableiters 33 und 34, die später beschrieben werden, zu verhindern, indem sie in einen isolierenden Zustand versetzt werden, wenn die Spannung aufgrund einer Entladung des ersten und des zweiten Gasableiters 33 und 34 auf einen vorgegebenen Bereich sinkt. In der folgenden Beschreibung werden der erste und der zweite Varistor 31 und 32 auch einfach als „Varistor“ bezeichnet.
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Der erste und der zweite Gasableiter 33 und 34 sind Vorrichtungen, die in einen leitenden Zustand versetzt werden, wenn aufgrund eines Blitzschlags eine Überspannung angelegt wird, die einer Entladespannung entspricht oder höher als diese ist, wodurch eine Entladung auftritt. Ein durch eine Überspannung aufgrund eines Blitzschlags erzeugter Stoßstrom (ein Überstrom) fließt entweder durch den ersten oder den zweiten Varistor 31 oder 32 und anschließend zumindest durch einen unter dem ersten und dem zweiten Gasableiter 33 und 34 (oder beide) und wird über den ersten oder den zweiten Erdanschluss 35 oder 36 zur Erde G abgeleitet. In der folgenden Beschreibung werden der erste und der zweite Gasableiter 33 und 34 auch einfach als „Gasableiter“ bezeichnet.
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Wie in 1 dargestellt, ist eine erste Erdleitung GL1 an einer Verbindung J1 zwischen der Stromquellenvorrichtung 10 und dem elektronischen Gerät 20 an die erste Stromleitung PL1 angeschlossen. Der erste Varistor 31 und der erste Gasableiter 33 sind von der Verbindung J1 in der genannten Reihenfolge in Reihe an die erste Erdleitung GL1 angeschlossen. Dies bedeutet, dass der erste Varistor 31 und der erste Gasableiter 33 zwischen dem ersten Erdanschluss 35 und dem L-Anschluss der Stromquellenvorrichtung 10 in Reihe geschaltet sind.
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Die zweite Erdleitung GL2 ist an einer Verbindung J2 zwischen der Stromquellenvorrichtung 10 und dem elektronischen Gerät 20 an die zweite Stromleitung PL2 angeschlossen. Der zweite Varistor 32 und der zweite Gasableiter 34 sind von der Verbindung J2 in der genannten Reihenfolge in Reihe an die zweite Erdleitung GL2 angeschlossen. Dies bedeutet, dass der zweite Varistor 32 und der zweite Gasableiter 34 zwischen dem zweiten Erdanschluss 36 und dem N-Anschluss der Stromquellenvorrichtung 10 in Reihe geschaltet sind.
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Bei der Überspannungsschutzschaltung 30 sind ein Mittelpunkt N1 zwischen dem ersten Varistor 31 und dem ersten Gasableiter 33 und ein Mittelpunkt N2 zwischen dem zweiten Varistor 32 und dem zweiten Gasableiter 34 über eine Zwischenleitung ML1 verbunden. Daher fließt ein von dem ersten Varistor 31 fließender Stoßstrom über den Mittelpunkt N1 der ersten Erdleitung GL1 in den ersten Gasableiter 33 oder vom Mittelpunkt N2 der zweiten Erdleitung GL2 über die Zwischenleitung ML1 vom Mittelpunkt N1 der ersten Erdleitung GL1 in den zweiten Gasableiter 34. Darüber hinaus fließt ein von dem zweiten Varistor 32 fließender Stoßstrom über den Mittelpunkt N2 der zweiten Erdleitung GL2 in den zweiten Gasableiter 34 oder vom Mittelpunkt N1 der ersten Erdleitung GL1 über die Zwischenleitung ML1 vom Mittelpunkt N2 der zweiten Erdleitung GL2 in den ersten Gasableiter 33.
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Wenn bei dem Stromquellensystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform weder an dem Varistor noch an dem Gasableiter, die an die Überspannungsschutzschaltung 30 angeschlossen sind, eine Störung auftritt und ein aus einem Blitzschlag resultierender Stoßstrom die erste Stromleitung PL1 oder die zweite Stromleitung PL2 überlagert, wird der Stoßstrom über den Varistor und den Gasableiter, die an die Stromleitung angeschlossen sind, die der Stoßstrom überlagert, zur Erde G abgeleitet.
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Als nächstes wird eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 30 beim Auftreten eines Blitzschlags in dem Stromquellensystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Die 2A und 2B sind Schaltdiagramme, die eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem Gasableiter zeigen. In den 2A und 2B bezeichnet eine Kennzeichnung „x“ einen Gasableiter, an dem eine Störung aufgetreten ist. Eine Leiterunterbrechungsstörung ist ein Beispiel einer Störung des Gasableiters. Ein im Umriss dargestellter Pfeil in der Zeichnung zeigt den Fluss eines Stoßstroms an. In der Zeichnung bezeichnet ein im Umriss dargestelltes Blitzzeichen einen aufgrund eines Blitzes auftretenden Blitzschlag TS.
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Wie in 2A dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem ersten Gasableiter 33 ein aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die erste Stromleitung PL1 überlagernder Stoßstrom von dem ersten Varistor 31 über die Zwischenleitung ML1 in den normalen zweiten Gasableiter 34 und wird über den zweiten Erdanschluss 36 zur Erde G abgeleitet. Darüber hinaus fließt ein die zweite Stromleitung PL2 überlagernder Stoßstrom von dem zweiten Varistor 32 in den normalen zweiten Gasableiter 34 und wird über den zweiten Erdanschluss 36 zur Erde G abgeleitet.
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Wie in 2B dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem zweiten Gasableiter 34 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die erste Stromleitung PL1 überlagernde Stoßstrom von dem ersten Varistor 31 in den normalen ersten Gasableiter 33 und wird über den ersten Erdanschluss 35 zur Erde G abgeleitet. Darüber hinaus fließt der die zweite Stromleitung PL2 überlagernde Stoßstrom von dem zweiten Varistor 32 über die Zwischenleitung ML1 in den normalen ersten Gasableiter 33 und wird über den ersten Erdanschluss 35 zur Erde G abgeleitet. Auf diese Weise kann die Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform selbst beim Auftreten einer Störung an einem der beiden Gasableiter den Stoßstrom mit Hilfe des anderen normalen Gasableiters zur Erde G ableiten.
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Die 3A und 3B sind Schaltdiagramme, die eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem Varistor zeigen. In 3A und 3B bezeichnet eine Kennzeichnung „x“ einen Varistor, an dem eine Störung aufgetreten ist. Eine Leiterunterbrechungsstörung ist ein Beispiel einer Störung an dem Varistor. Ein im Umriss dargestellter Pfeil in der Zeichnung zeigt den Fluss eines Stoßstroms an.
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Wie in 3A dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem ersten Varistor 31 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die zweite Stromleitung PL2 überlagernde Stoßstrom von dem normalen zweiten Varistor 32 in den ersten Gasableiter 33 oder den zweiten Gasableiter 34 (oder beide) und wird über den ersten Erdanschluss 35 oder den zweiten Erdanschluss 36 zur Erde G abgeleitet. Darüber hinaus fließt der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die erste Stromleitung PL1 überlagernde Stoßstrom von dem normalen zweiten Varistor 32 über die Stromquellenvorrichtung 10 oder das elektronische Gerät 20 zu dem ersten Gasableiter 33 oder dem zweiten Gasableiter 34 (oder zu beiden) und wird über den ersten Erdanschluss 35 oder den zweiten Erdanschluss 36 zur Erde G abgeleitet.
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Wie in 3B dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem zweiten Varistor 32 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die erste Stromleitung PL1 überlagernde Stoßstrom von dem normalen ersten Varistor 31 in den ersten Gasableiter 33 oder den zweiten Gasableiter 34 (oder in beide) und wird über den ersten Erdanschluss 35 oder den zweiten Erdanschluss 36 zur Erde G abgeleitet. Darüber hinaus fließt der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die zweite Stromleitung PL2 überlagernde Stoßstrom von dem normalen ersten Varistor 31 über die Stromquellenvorrichtung 10 oder das elektronische Gerät 20 in den ersten Gasableiter 33 oder den zweiten Gasableiter 34 (oder in beide) und wird über den ersten Erdanschluss 35 oder den zweiten Erdanschluss 36 zur Erde G abgeleitet.
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Bei der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform kann, wie in den 2A und 2B dargestellt, selbst beim Auftreten einer Störung an entweder dem ersten Gasableiter 33 oder dem zweiten Gasableiter 34 der Stoßstrom über den anderen normalen Gasableiter zur Erde G abgeleitet werden. Darüber hinaus kann bei der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform, wie in den 3A und 3B dargestellt, selbst beim Auftreten einer Störung an entweder dem ersten Varistor 31 oder dem zweiten Varistor 32 der Stoßstrom aus dem anderen normalen Varistor über einen der beiden Gasableiter zur Erde G abgeleitet werden.
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Bei der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform sind der erste und der zweite Varistor 31 und 32 gemeinsam an den ersten und den zweiten Gasableiter 33 und 34 angeschlossen. Daher ist es möglich, die Anzahl an Varistoren im Vergleich zu einer Konfiguration zu verringern, bei der zwei Sätze von Komponenten, bei denen jede Komponente von einem Gasableiter und zwei Varistoren gebildet wird, in Bezug auf eine Stromleitung parallelgeschaltet werden, wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel der einfachen Verdoppelung. Daher ist es bei der Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform möglich, das elektronische Gerät 20 bei gleichzeitiger Realisierung einer Verringerung der Anzahl an Komponenten zuverlässig vor einem Blitzschlag zu schützen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind Abschnitte, die ähnliche Funktionen wie die gemäß der ersten Ausführungsform erfüllen, in geeigneter Weise durch die gleichen Bezugszeichen oder Bezugszeichen mit den gleichen Endzeichen (den beiden letzten Stellen) bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung wird gegebenenfalls verzichtet.
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4 ist ein Schaltdiagramm, das eine Konfiguration eines Stromquellensystems 1A darstellt, das eine Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst. Wie in 4 dargestellt, umfasst das Stromquellensystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform eine Stromquellenvorrichtung 110, ein elektronisches Gerät 20 und die Überspannungsschutzschaltung 130.
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Die Stromquellenvorrichtung 110 ist eine Wechselstromquelle, die dem elektronischen Gerät 20 DreiPhasen-Wechselstrom zuführt. Die erste Stromleitung PL1 ist an einen U-Anschluss (einen ersten Phasenanschluss) auf der Ausgangsseite der Stromquellenvorrichtung 110 angeschlossen, eine zweite Stromleitung PL2 ist an einen V-Anschluss (einen zweiten Phasenanschluss) angeschlossen, und eine dritte Stromleitung PL3 ist an einen W-Anschluss (einen dritten Phasenanschluss) angeschlossen.
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Die Überspannungsschutzschaltung 130 umfasst einen ersten Varistor (eine erste Konstantspannungsvorrichtung) 131, einen zweiten Varistor (eine zweite Konstantspannungsvorrichtung) 132, einen dritten Varistor (eine dritte Konstantspannungsvorrichtung) 133, einen ersten Gasableiter (eine erste Entladevorrichtung) 33 und einen zweiten Gasableiter (eine zweite Entladevorrichtung) 34. Darüber hinaus umfasst die Überspannungsschutzschaltung 130 einen ersten Erdanschluss 35 und einen zweiten Erdanschluss 36, die an die Erde G angeschlossen sind.
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Wie in 4 dargestellt, ist eine erste Erdleitung GL1 an einer Verbindung J1 zwischen der Stromquellenvorrichtung 110 und dem elektronischen Gerät 20 an die erste Stromleitung PL1 angeschlossen. Der erste Varistor 131 und der erste Gasableiter 33 sind von der Verbindung J1 in der genannten Reihenfolge in Reihe an die erste Erdleitung GL1 angeschlossen. Dies bedeutet, dass der erste Varistor 131 und der erste Gasableiter 33 zwischen dem ersten Erdanschluss 35 und dem U-Anschluss der Stromquellenvorrichtung 110 in Reihe geschaltet sind.
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Eine zweite Erdleitung GL2 ist an einer Verbindung J2 zwischen der Stromquellenvorrichtung 110 und dem elektronischen Gerät 20 an die zweite Stromleitung PL2 angeschlossen. Der zweite Varistor 132 und der zweite Gasableiter 34 sind von der Verbindung J2 in der genannten Reihenfolge in Reihe an die zweite Erdleitung GL2 angeschlossen. Dies bedeutet, dass der zweite Varistor 132 und der zweite Gasableiter 34 zwischen dem zweiten Erdanschluss 36 und dem V-Anschluss der Stromquellenvorrichtung 110 in Reihe geschaltet sind.
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Eine dritte Erdleitung GL3 ist an einer Verbindung J3 zwischen der Stromquellenvorrichtung 110 und dem elektronischen Gerät 20 an die dritte Stromleitung PL3 angeschlossen. Der dritte Varistor 133 ist an die dritte Erdleitung GL3 angeschlossen. Dies bedeutet, dass eine Seite des dritten Varistors 133 an den W-Anschluss der Stromquellenvorrichtung 110 angeschlossen ist.
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Darüber hinaus sind bei der Überspannungsschutzschaltung 130 ein Mittelpunkt N1 zwischen dem ersten Varistor 131 und dem ersten Gasableiter 33 und ein Mittelpunkt N2 zwischen dem zweiten Varistor 132 und dem zweiten Gasableiter 34 über eine Zwischenleitung ML2 verbunden. Die Zwischenleitung ML2 erstreckt sich bis zu einer Verbindung J4 vor dem Mittelpunkt N2, und eine der an den W-Anschluss der Stromquellenvorrichtung 110 angeschlossenen Seite des dritten Varistors 133 entgegengesetzte Seite ist an die Verbindung J4 der Zwischenleitung ML2 angeschlossen. Auf diese Weise ist die Stromabseite sowohl des ersten als auch des zweiten und des dritten Varistors 131, 132 und 133 über die Zwischenleitung ML2 an den ersten und den zweiten Gasableiter 33 und 34 angeschlossen.
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Wenn bei dem Stromquellensystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform an keinem der an die Überspannungsschutzschaltung 130 angeschlossenen Varistoren und Gasableiter eine Störung auftritt und ein aus dem Blitzschlag TS resultierender Stoßstrom eine unter der ersten bis dritten Stromleitung PL1 bis PL3 überlagert, wird der Stoßstrom über den Varistor und den Gasableiter, die an die Stromleitung angeschlossen sind, die der Stoßstrom überlagert, zur Erde G abgeleitet.
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Als nächstes wird eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 beim Auftreten eines Blitzschlags in dem Stromquellensystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Die 5A und 5B sind Schaltdiagramme, die eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem Gasableiter zeigen. In den 5A und 5B bezeichnet eine Kennzeichnung „x“ einen Gasableiter, an dem eine Störung aufgetreten ist. Eine Leiterunterbrechungsstörung ist ein Beispiel einer Störung an dem Gasableiter. Ein im Umriss dargestellter Pfeil in der Zeichnung zeigt den Fluss eines Stoßstroms an. In der Zeichnung zeigt ein im Umriss dargestelltes Blitzzeichen einen aufgrund eines Blitzes auftretenden Blitzschlag TS.
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Wie in 5A dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem ersten Gasableiter 33 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS eine unter der ersten bis dritten Stromleitung PL1 bis PL3 überlagernde Stoßstrom von dem an die Stromleitung, die der Stoßstrom überlagert, angeschlossenen Varistor (131 bis 133) zu dem normalen zweiten Gasableiter 34 und wird über den zweiten Erdanschluss 36 zur Erde G abgeleitet.
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Andererseits fließt, wie in 5B dargestellt, beim Auftreten einer Störung an dem zweiten Gasableiter 34 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS eine unter der ersten bis dritten Stromleitung PL1 bis PL3 überlagernde Stoßstrom von dem an die Stromleitung, die der Stoßstrom überlagert, angeschlossenen Varistor (131 bis 133) zu dem normalen ersten Gasableiter 33 und wird über den ersten Erdanschluss 35 zur Erde G abgeleitet. Auf diese Weise kann die Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform selbst beim Auftreten einer Störung an einem der beiden Gasableiter einen Stoßstrom mit Hilfe des anderen normalen Gasableiters zur Erde G ableiten.
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Die 6A bis 6C sind Schaltdiagramme, die eine Funktionsweise der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform beim Auftreten einer Störung an einem der Varistoren zeigen. In 6A bis 6C bezeichnet eine Kennzeichnung „x“ einen Varistor, an dem eine Störung aufgetreten ist. Wie in 6A dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem ersten Varistor 131 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die zweite Stromleitung PL2 oder die dritte Stromleitung PL3 überlagernde Stoßstrom von dem normalen zweiten oder dritten Varistor 132 oder 133 zu dem ersten oder zweiten Gasableiter 33 oder 34 (oder zu beiden) und wird über den ersten oder zweiten Erdanschluss 35 oder 36 zur Erde G abgeleitet. Darüber hinaus fließt der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die erste Stromleitung PL1 überlagernde Stoßstrom über die Stromquellenvorrichtung 110 oder das elektronische Gerät 20 von dem normalen zweiten oder dritten Varistor 132 oder 133 zu dem ersten oder zweiten Gasableiter 33 oder 34 (oder zu beiden) und wird über den ersten oder den zweiten Erdanschluss 35 oder 36 zur Erde G abgeleitet.
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Wie in 6B dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem zweiten Varistor 132 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die erste oder dritte Stromleitung PL1 oder PL3 überlagernde Stoßstrom von dem normalen ersten oder dritten Varistor 131 oder 133 zu dem ersten oder zweiten Gasableiter 33 oder 34 (oder zu beiden) und wird über den ersten oder zweiten Erdanschluss 35 oder 36 zur Erde G abgeleitet. Darüber hinaus fließt der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die zweite Stromleitung PL2 überlagernde Stoßstrom von dem normalen ersten oder dritten Varistor 131 oder 133 über die Stromquellenvorrichtung 110 oder das elektronische Gerät 20 zu dem ersten oder zweiten Gasableiter 33 oder 34 (oder zu beiden) und wird über den ersten oder zweiten Erdanschluss 35 oder 36 zur Erde G abgeleitet.
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Wie in 6C dargestellt, fließt beim Auftreten einer Störung an dem dritten Varistor 133 der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die erste oder zweite Stromleitung PL1 oder PL2 überlagernde Stoßstrom von dem normalen ersten oder zweiten Varistor 131 oder 132 zu dem ersten oder zweiten Gasableiter 33 oder 34 (oder zu beiden) und wird über den ersten oder zweiten Erdanschluss 35 oder 36 zur Erde G abgeleitet. Darüber hinaus fließt der aufgrund des Auftretens des Blitzschlags TS die dritte Stromleitung PL3 überlagernde Stoßstrom von dem normalen ersten oder zweiten Varistor 131 oder 132 über die Stromquellenvorrichtung 110 oder das elektronische Gerät 20 zu dem ersten oder zweiten Gasableiter 33 oder 34 (oder zu beiden) und wird über den ersten oder zweiten Erdanschluss 35 oder 36 zur Erde G abgeleitet.
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Bei der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform kann, wie in den 5A und 5B dargestellt, selbst beim Auftreten einer Störung an entweder dem ersten oder dem zweiten Gasableiter 33 oder 34 der Stoßstrom über den anderen normalen Gasableiter zur Erde G abgeleitet werden. Darüber hinaus kann bei der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in den 6A bis 6C dargestellt, selbst beim Auftreten einer Störung an einem unter dem ersten bis dritten Varistor 131 bis 133 der Stoßstrom von den beiden anderen normalen Varistoren über den Gasableiter zur Erde G abgeleitet werden.
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Darüber hinaus werden bei der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform der erste bis dritte Varistor 131 bis 133 von dem ersten und dem zweiten Gasableiter 33 und 34 gemeinsam genutzt. Daher ist es möglich, die Anzahl an Varistoren und Gasableitern im Vergleich zu einer Konfiguration zu verringern, bei der zwei Sätze von Komponenten, bei denen jede Komponente von einem Gasableiter und zwei Varistoren gebildet wird, in Bezug auf eine Stromleitung parallelgeschaltet werden. Daher ist es bei der Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform möglich, das elektronische Gerät 20 bei gleichzeitiger Realisierung einer Verringerung der Anzahl an Komponenten zuverlässig vor einem Blitzschlag zu schützen.
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(Dritte Ausführungsform)
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Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Konfiguration einer Überspannungsschutzvorrichtung (SPD) gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind Abschnitte, die ähnliche Funktionen erfüllen wie die gemäß der zweiten Ausführungsform, in geeigneter Weise durch die gleichen Bezugszeichen oder Bezugszeichen mit den gleichen Endzeichen (den letzten beiden Stellen) bezeichnet, und auf eine redundante Beschreibung wird gegebenenfalls verzichtet.
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Eine Überspannungsschutzvorrichtung 230 gemäß der dritten Ausführungsform ist eine Vorrichtung, bei der die Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform in einem isolierenden Gehäuse 231 untergebracht ist. Wie in 7 dargestellt, ist ein Satz von Anschlüssen des ersten, des zweiten und des dritten Varistors 131, 132 und 133 der Überspannungsschutzschaltung 130 jeweils an Elektroden T1, T2, und T3 angeschlossen. Die Elektroden T1 bis T3 sind Elektroden des in 4 gezeigten Stromquellensystems 1A, die beispielsweise an die erste bis dritte Stromleitung PL1 bis PL3 angeschlossen sind.
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Der andere Satz von Anschlüssen des ersten bis dritten Varistors 131 bis 133 ist jeweils an einen Satz von Anschlüssen des ersten und zweiten Gasableiters 33 und 34 angeschlossen. Der andere Satz von Anschlüssen des ersten und des zweiten Gasableiters 33 und 34 ist jeweils an Elektroden T4 und T5 angeschlossen. Die Elektroden T4 und T5 sind Elektroden des in 4 gezeigten Stromquellensystems 1A, die beispielsweise an die Erde G angeschlossen sind.
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Da bei der Überspannungsschutzvorrichtung 230 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die jeweiligen Komponenten der Überspannungsschutzschaltung 130 in dem isolierenden Gehäuse 231 untergebracht sind, können die Montage und Demontage der Überspannungsschutzvorrichtung 230 an und von dem Stromquellensystem leicht ausgeführt werden. Im Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform wurde die Überspannungsschutzvorrichtung 230 beschrieben, bei der die Überspannungsschutzschaltung 130 gemäß der zweiten Ausführungsform in dem isolierenden Gehäuse 231 untergebracht ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Überspannungsschutzschaltung 30 gemäß der ersten Ausführungsform kann in dem isolierenden Gehäuse 231 untergebracht sein.
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Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen und Veränderungen wie bei einer später beschriebenen modifizierten Ausführungsform vorgenommen werden, und diese Modifikationen und Veränderungen sind ebenfalls vom technischen Umfang der vorliegenden Erfindung abgedeckt. Die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschriebenen Ergebnisse sind lediglich Beispiele der bevorzugtesten Ergebnisse, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, und die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschriebenen beschränkt. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und die später zu beschreibende modifizierte Ausführungsform können gegebenenfalls kombiniert verwendet werden, auf eine diesbezügliche genaue Beschreibung wird jedoch verzichtet.
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(Modifizierte Ausführungsform)
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Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem zwei Gasableiter in einer Überspannungsschutzschaltung vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In der Überspannungsschutzschaltung können drei oder mehr Gasableiter vorgesehen sein. In der Überspannungsschutzschaltung gemäß der Ausführungsform kann ein Warnkontakt zur Meldung einer Aktivierung eines Varistors und eines Gasableiters als Reaktion auf einen Blitzschlag vorgesehen sein. Bei der Überspannungsschutzschaltung gemäß der Ausführungsform kann eine Funktion der Anzeige einer Schädigung eines Varistors vorgesehen sein. Es kann beispielsweise eine Sicherung zwischen einer Stromleitung und einem Varistor vorgesehen sein, und eine an die Sicherung angeschlossene Warnleuchte kann ausgeschaltet werden, wenn die Sicherung aufgrund eines aus einer Schädigung des Varistors resultierenden Temperaturanstiegs schmilzt. Auf diese Weise ist es möglich, eine Schädigung des Varistors optisch zu melden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A:
- Stromquellensystem
- 10, 110:
- Stromquellenvorrichtung
- 20:
- elektronisches Gerät
- 30, 130:
- Überspannungsschutzschaltung
- 31, 131:
- erster Varistor
- 32, 132:
- zweiter Varistor
- 33:
- erster Gasableiter
- 34:
- zweiter Gasableiter
- 35:
- erster Erdanschluss
- 36:
- zweiter Erdanschluss
- 133:
- dritter Varistor
- 230:
- Überspannungsschutzvorrichtung
- N1, N2:
- Mittelpunkt
