DE10211796A1

DE10211796A1 - Multifunctional surge protection device

Info

Publication number: DE10211796A1
Application number: DE10211796A
Authority: DE
Inventors: Raimund Koenig; Wilhelm Hohenwaldt
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2002-03-16
Publication date: 2003-07-24

Description

Die Erfindung betrifft eine multifunktionale Überspannungs-Schutzeinrichtung, insbesondere für Blitzschutz- Potentialausgleichs- und Erdungssysteme mit Kurzschluß- und/oder Strombegrenzungsmitteln, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a multifunctional Surge protection device, especially for lightning protection Equipotential bonding and earthing systems with short-circuit and / or current limiting means, according to the preamble of Claim 1.

Gemäß den Maßnahmen des Blitzschutz-Potentialausgleichs werden Systemteile bzw. Anlagenteile mit unterschiedlichen Potentialen oder solchen, die im Beeinflussungsfall unterschiedliche Potentiale annehmen können, direkt oder indirekt elektrisch miteinander verbunden. According to the measures of lightning protection equipotential bonding system parts or system parts with different Potentials or those that are affected can assume different potentials, directly or indirectly electrically connected to each other.

Bei einer direkten Verbindung werden alle innerhalb eines zu schützenden Volumens befindlichen metallischen Konstruktionen untereinander verschaltet und mit der örtlichen Erde bzw. Erdungsanlage kontaktiert. Die indirekte Verbindung betrifft zum einen die Einbindung der aktiven Leiter des Systems über Überspannungs-Schutzgeräte und zum anderen elektrisch leitfähige Systemteile, die aus verschiedenen Gründen nicht auf direktem Weg verbunden und damit geerdet werden dürfen. Solche Systemteile, die nicht unmittelbar mit dem Gebäude-Potentialausgleich verbindbar sind, sind beispielsweise geschirmte Leitungen, deren Kabelschirm aus übertragungstechnischen Gründen nicht am Gebäudeeintritt mit der örtlichen Erdungsanlage verbunden werden darf; Systeme der Gas- und Wasserversorgung, die z. B. mit einer kathodischen Korrosionsschutzanlage betrieben werden und dadurch über Isolierstücke von dem geerdeten Teil der Anlage getrennt sein müssen, aber auch unterschiedliche Erdungsanlagen sowie erdfühlig verlegte Bandeisen oder Kabelschirme, die aus Beeinflussungs- oder Korrosionsschutzgründen nicht elektrisch verbunden werden dürfen. With a direct connection, all are within one metallic volumes to be protected Constructions interconnected with each other and with the local earth or earthing system contacted. The indirect On the one hand, connection concerns the integration of the active Head of the system via surge protective devices and to other electrically conductive system parts that are made of not connected directly for various reasons and may be grounded with it. Such system parts that are not Can be directly connected to the building potential equalization are, for example, shielded cables whose Cable shield not for transmission reasons Building entrance connected to the local earthing system may be; Systems of gas and water supply, the z. B. with a cathodic corrosion protection system are operated and thus by insulating pieces of the grounded part of the system must be separated, but also different earthing systems as well as earthed installation Band irons or cable shields made from influencing or Corrosion protection reasons are not electrically connected allowed to.

Oben genannte Systemteile werden nach dem Stand der Blitzschutztechnik über Trennfunkenstrecken mit der Erdungsanlage bzw. untereinander verbunden. Die resultierende Verbindung besteht damit lediglich für die Dauer der Beeinflussung, z. B. durch blitzbedingte Überspannungen. Nach dem Abklingen der Überspannung wird diese Verbindung aufgehoben und somit die gewünschte Trennung wieder hergestellt. The system parts mentioned above are based on the state of the Lightning protection technology over isolating spark gaps with the Earthing system or interconnected. The resulting one Connection is therefore only for the duration of the Influencing, e.g. B. by lightning-related surges. After the overvoltage subsides, this connection becomes canceled and thus the desired separation again manufactured.

Die Kopplung wird hierbei nur vorgenommen, wenn das Blitzereignis eine Potentialdifferenz zwischen den getrennten Systemen hervorruft, die ansonsten Isolationsschäden oder sogenannte zündende Störlichtbögen verursachen würde. Durch das Ansprechen der Trennfunkenstrecke wird quasi ein vorübergehender Potentialausgleich geschaffen, der Isolationsschäden vermeidet und undefinierte Überschläge und die damit auftretenden zündenden Lichtbögen verhindert. Gleichzeitig übernimmt die eingesetzte Trennfunkenstrecke einen Teilstoßstrom, der aus dem Ableitvorgang resultiert. Hierdurch werden nachfolgende Anlagenteile nur zu einem bestimmten, relativ geringen Anteil mit Blitzstoßströmen belastet. The coupling is only made if that Lightning event a potential difference between the separated Systems that otherwise damage insulation or so-called igniting arcing would cause. By responding to the isolating spark gap, quasi one temporary equipotential bonding created Insulation damage avoided and undefined flashovers and the resulting arcing prevents. At the same time, the isolating spark gap used a partial surge current that results from the discharge process. As a result, subsequent system parts become only one certain, relatively small proportion with lightning impulse currents loaded.

Unabhängig von einem Blitzereignis können die erwähnten System- oder Anlagenteile ein sogenanntes Fremdpotential führen, das entweder von einer regulären Quelle, z. B. aus dem kathodischen Korrosionsschutz, oder von einer Störquelle, z. B. Beeinflussungen aus Bahnanlagen oder Hochspannungsleitungen erzeugt wird. Insbesondere Fremdpotential aus Störquellen, das als Fremdspannung auftritt, kann an einer offenen Erdung, z. B. über eine Trennfunkenstrecke, eine dauerhafte oder vorübergehende unerwünschte Berührungsspannung erzeugen. Zur Begrenzung derartiger Vorgänge ist eine Funkenstrecke wegen ihres Ansprech- und Ableitverhaltens nicht geeignet. Es liegt nämlich die Ansprechspannung im Regelfall oberhalb der zulässigen Spannungswerte für Berührungsspannungen. Regardless of a flash event, the mentioned System or system parts a so-called external potential lead either from a regular source, e.g. B. from the cathodic corrosion protection, or by one Source of interference, e.g. B. Influences from railway systems or High voltage lines is generated. In particular External potential from sources of interference that occurs as external voltage can be connected to an open ground, e.g. B. via a Isolating spark gap, a permanent or temporary undesirable Generate touch voltage. To limit such Operations is a spark gap because of their response and Dissipation behavior not suitable. It is because Response voltage usually above the permissible Voltage values for touch voltages.

Gemäß den einschlägigen Normen sind bei Überschreiten eines bestimmten Spannungswerts einer möglichen Berührungsspannung Maßnahmen zu treffen, um eine direkte oder indirekte Berührung durch Personen zu verhindern. Es sind also auch bei Anwendung einer Fremdspannung führenden offenen Erdung über eine Trennfunkenstrecke z. B. der eines in ein Gebäude eingeführten, ungeerdeten Kabelschirms, die Belange des Berührungsschutzes zu berücksichtigen. Hier besteht in einigen Fällen die Möglichkeit, den Bereich der offenen Erdung bis zur Funkenstrecke zu isolieren, so daß eine direkte Berührung dieses Bereichs ausgeschlossen werden kann. Nachteilig aber ist jedoch, daß an jeder Stelle des Kabels, bei der die Isolation aufgehoben wird, weitere Schutzmaßnahmen anfallen. According to the relevant standards are exceeded a certain voltage value a possible one Touch voltage measures to take a direct or prevent indirect contact by people. There are thus also when using an external voltage open grounding via a spark gap z. B. the one unearthed cable shield inserted into a building Consideration of touch protection. Here in some cases, there is a possibility to cover the area of isolate open ground to the spark gap so that direct contact with this area is excluded can be. The disadvantage, however, is that everyone Location of the cable where the insulation is removed, further protective measures apply.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Fremdspannungspegel laufend zu überwachen und bei Erreichen einer berührungsgefährlichen Spannung die Fremdspannung für die Dauer ihres Auftretens abzuschalten oder kurzzuschließen. Another option is to use the Monitoring the external voltage level continuously and when reaching one dangerous voltage the external voltage for the Switch off the duration of their occurrence or short-circuit them.

Im Bereich der Niederspannungstechnik sind Trennschalter, sogenannte FI-Schutzschalter bekannt, die den durch eine Fehlerspannung hervorgerufenen Fehlerstrom auswerten, um diesen zu unterbrechen. Spezielle Ausführungen derartiger Schalter, sogenannte Erdschlußwächter, überwachen den Fehlerstrom auf geerdeten Kabelschirmen und schalten einen Strom oberhalb eines Ansprechwerts ab. In the field of low voltage technology, disconnectors, So-called RCCBs are known, which by a Evaluate the fault voltage caused fault current in order to to interrupt this. Special versions of such Switches, so-called earth fault monitors, monitor the Residual current on earthed cable shields and switch one Current above a response value.

Die DE 39 06 208 A1 offenbart eine Anordnung zur Wechselspannungsbegrenzung, die speziell auf kathodisch geschützte Rohrfernleitungen abgestimmt ist. Die vorbekannte Anordnung schließt Fehlerspannungen, die eine bestimmte Differenz zu einem Referenz-Erdungspunkt aufweisen, kurz. DE 39 06 208 A1 discloses an arrangement for AC voltage limitation, specifically on cathodic protected pipelines is coordinated. The previously known Arrangement excludes fault voltages that a certain Difference to a reference ground point, short.

Aus Elektropraktiker, 51/1 und 51/4, 1997, ist eine unsymmetrische Diodenschaltung bekannt, die blitzstrommäßig koordiniert mit einer Trennfunkenstrecke im Bereich der Erderkorrosion einsetzbar ist und die über gegebene Durchlaßspannungen der Dioden einen Korrosionsstrom verhindern soll. Im Bedarfsfall werden mehrere Dioden hintereinander geschaltet. Bei Spannungen oberhalb der Dioden-Durchlaßspannung, also z. B. für berührungsgefährliche Fremdspannungen, schließen die Dioden beide Polaritäten kurz. From Electro Practitioners, 51/1 and 51/4, 1997, is one asymmetrical diode circuit known coordinated by lightning current with an isolating spark gap in the area the earth corrosion can be used and the given Forward voltages of the diodes cause a corrosion current should prevent. If necessary, several diodes connected in series. At voltages above the Diode forward voltage, e.g. B. for External voltages dangerous to touch, the diodes both close Short polarities.

Für eine Entkopplung der Dioden zur Funkenstrecke werden Entkopplungsspulen und zur Spannungsbegrenzung Varistoren eingesetzt. Die Stoßstromkomponente über die nachgeordneten Begrenzungselemente verursacht unabhängig von der Stromänderungsgeschwindigkeit di/dt eine Induktionsspannung, die unter bestimmten Dimensionierungsbedingungen eine Spannung über der Funkenstrecke erzeugt, die diese zum Ansprechen bringt. Danach bricht die Spannung auf die Bogenspannung der Funkenstrecke im Bereich von typischerweise 20 V bis 30 V zusammen, die quasi als Gleichspannung und damit nur über den Ohmschen Widerstand der Spulenwicklung als Entkopplung auf die nachgeordnete Schaltung wirkt. Um zu verhindern, daß der Ableitstrom unbeabsichtigterweise von der Funkenstrecke auf die nachfolgende Schaltungsanordnung kommutiert, darf die Bogenspannung der Funkenstrecke von den Begrenzungselementen der Nachfolgeschaltung nicht begrenzt werden. Damit sind sowohl die Varistoren als auch die Diodenanordnung so auszulegen, daß sie bis in den Bereich 30 V stromundurchlässig sind. Da die Durchlaßspannung einzelner Siliziumdioden bei typischerweise 0,7 V liegt, müssen hier mindestens zweimal 39 Dioden für die Antiparallelschaltung eingesetzt werden, um eine wirksame Entkopplung über den gesamten Ableitvorgang zu erreichen. Decoupling coils and varistors for voltage limitation are used to decouple the diodes from the spark gap. The surge current component across the downstream limiting elements, regardless of the current rate of change di / dt, causes an induction voltage which, under certain dimensioning conditions, generates a voltage across the spark gap that triggers it. The voltage then breaks down to the arc voltage of the spark gap in the range of typically 20 V to 30 V, which acts as a direct voltage and thus only as a decoupling on the downstream circuit via the ohmic resistance of the coil winding. In order to prevent the leakage current from inadvertently commutating from the spark gap to the subsequent circuit arrangement, the arc voltage of the spark gap must not be limited by the limiting elements of the subsequent circuit. This means that both the varistors and the diode arrangement must be designed so that they are current-impermeable up to the 30 V range. Since the forward voltage of individual silicon diodes is typically 0.7 V, 39 diodes must be used for the anti-parallel connection at least twice in order to achieve effective decoupling over the entire discharge process.

Diese hohe Anzahl von Dioden ist sehr unwirtschaftlich. Andererseits sind mögliche Schwellwerte, die eine maximale Berührungsspannung festlegen, nur über die Anzahl der Dioden einzustellen. Bei einer zulässigen Berührungsspannung von z. B. 50 V eff mit Scheitelwert von ca. 70 V müßten jeweils 100 derartige Dioden eingesetzt werden. This high number of diodes is very uneconomical. On the other hand, possible threshold values are maximum Set the touch voltage only by the number of Adjust diodes. With a permissible Touch voltage of e.g. B. 50 V eff with a peak value of about 70 V would have to 100 such diodes are used in each case.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine multifunktionale Überspannungs-Schutzeinrichtung, insbesondere für Blitzschutz-Potentialausgleichs- und Erdungssysteme mit Kurzschluß- und/oder Strombegrenzungsmitteln anzugeben, die in der Lage ist, unterschiedliche Überspannungen verschiedenster Ursachen zu behandeln, und zwar unabhängig davon, ob es sich um transiente oder stationäre Überspannungsereignisse handelt. From the above, it is therefore an object of the invention a multifunctional surge protection device, especially for lightning protection equipotential bonding and Grounding systems with short-circuit and / or Current limiting means that are able to specify different Treat surges of various causes, and regardless of whether it is transient or stationary surge events.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Überspannungs-Schutzeinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. The object of the invention is achieved with a Surge protection device according to the characteristics of the Claim 1, the subclaims at least include expedient refinements and developments.

Demnach liegt der Grundgedanke der Erfindung darin, eine ereignis- und zeitgesteuerte Kurzschließeinrichtung für Überspannungen mit einer über Funktionsblöcke hergestellten Funktionstrennung bereitzustellen, die einerseits zur Begrenzung blitzbedingter Überspannungen und der koordinierten Ableitung der Stoß-, Lang- und Folgeströme, die im Zusammenhang mit einem Blitzereignis auftreten können, sowie andererseits dafür geeignet ist, Spannungen abzubauen, die unabhängig von solchen Ereignissen als berührungsgefährliche Spannungen in beeinflußten Potentialausgleichs- und Erdungssystemen auftreten. Accordingly, the basic idea of the invention is one event and time controlled short circuit device for Surges with one over function blocks Provide functional separation, the one hand for Limitation of lightning-related overvoltages and coordinated derivation of the surge, long and follow currents, which in the Associated with a lightning event as well as being suitable for tensions dismantle that regardless of such events as dangerous voltages in influenced Equipotential bonding and earthing systems occur.

Hierfür ist eine Selektionsbaugruppe vorgesehen, die die zwischen den zu schützenden Systemteilen und Erde auftretenden Überspannungsereignisse nach ihrem zeitlichen Verlauf sowie Höhe der jeweiligen Spannungswerte überwacht und bewertet. Die Selektionsbaugruppe erkennt dynamische/transiente, aber auch statische/stationäre, sich gegebenenfalls periodisch wiederholende Ereignisse und steuert je nach Ereignis entweder einen dynamischen Kurzschlußschalter oder einen statischen Kurzschlußschalter an. In einer Ausführungsform sind der dynamische und der statische Kurzschlußschalter nacheinander aktivierbar. A selection module is provided for this purpose between the system parts to be protected and earth occurring surge events according to their temporal The course and level of the respective voltage values are monitored and rated. The selection module recognizes dynamic / transient, but also static / stationary, itself if necessary, periodically repeating events and controls either dynamic depending on the event Short-circuit switch or a static short-circuit switch. In In one embodiment, the dynamic and the Static short-circuit switches can be activated one after the other.

Erfindungsgemäß wird also der zeitliche Ablauf und die Höhe des oder der Überspannungsereignisse erkannt, um dann gezielt kurzzuschließen, indem jeweils voneinander unabhängig funktionierende, unterschiedlich spezifizierte Komponenten in unterschiedlichen Funktionsblöcken der Kurzschließeinrichtung koordiniert aktiviert werden. According to the invention, the timing and the Amount of surge event (s) detected then deliberately short-circuiting each other independently functioning, differently specified Components in different functional blocks of the Short-circuiting device can be activated coordinated.

Der dynamische Bereich eines transienten Überspannungsereignisses umfaßt einen Zeitbereich von im wesentlichen etwa 1,5 ms. Nach dieser Zeit ist ein, etwa aus einem Blitzereignis resultierender Blitzstrom abgeklungen. Für derartige Überspannungen werden Überspannungsableiter eingesetzt, die die Überspannung kurzschließen. Beispielsweise finden hier Funkenstrecken Anwendung. Andererseits sind spannungsbegrenzende Überspannungsableiter, z. B. Varistoren, im Einsatz. The dynamic range of a transient Overvoltage event essentially covers a time range of about 1.5 ms. After that time is one, about one The resulting lightning current has decayed. For Such overvoltages become surge arresters used that short-circuit the overvoltage. For example, spark gaps are used here. on the other hand are voltage-limiting surge arresters, e.g. B. Varistors, in use.

Erfindungsgemäß bildet eine dieser Funktion entsprechende Komponente einen dynamischen Kurzschlußschalter. Überschreitet der Scheitelwert einer blitzbedingten transienten Überspannung einen bestimmten Betrag, wird ereignisgesteuert oder über eine entsprechende Initialzündung der so gebildete dynamische Kurzschlußschalter aktiviert und dadurch die transiente Überspannung im Sinne der Erfindung begrenzt respektive kurzgeschlossen. According to the invention forms a function corresponding to this Component a dynamic short circuit switch. If the peak value exceeds a lightning-related one transient overvoltage a certain amount event-controlled or via a corresponding initial ignition of the like formed dynamic short-circuit switch activated and thereby the transient overvoltage in the sense of the invention limited or short-circuited.

Der statische Bereich eines Überspannungsereignisses umfaßt zwei unterschiedliche Arten von Überspannungen. Eine erste bezieht sich auf den Zeitbereich eines stationären Vorgangs, der sich an den dynamischen Vorgang einer transienten Überspannung anschließt und endet, sobald die Überspannung insgesamt auf einen geringen Restwert bzw. vollständig abgeklungen ist. Eine weitere umfaßt den Zeitpunkt, bei dem ein bestimmter Spannungspegel überschritten wird, ohne daß ein dynamisches Ereignis vorausgegangen ist. The static area of a surge event includes two different types of surges. A first relates to the time range of one stationary process that follows the dynamic process connects and ends with a transient overvoltage, once the overall surge to a low Residual value or has completely subsided. Another includes the time at which a particular Voltage level is exceeded without a dynamic Event has preceded.

Der statische Bereich eines solchen Überspannungsereignisses, das mit oder ohne vorausgegangener dynamischer Komponente der Überspannung auftritt, wird von einem statischen Kurzschlußschalter als weiterem Funktionsblock innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung erfaßt und kurzgeschlossen, sobald der Wert einer transienten Überspannung eine bestimmte Zeitdauer oder der Wert einer gleichförmigen bzw. periodisch wiederkehrenden Überspannung einen bestimmten Betrag überschreitet. Der statische Kurzschlußschalter kann von einem steuerbaren elektromechanischen oder aber elektronischen Schalter bzw. einer solchen Schalteinrichtung gebildet sein. The static area of such Surge event, with or without a previous dynamic Component of the overvoltage occurs from one static short-circuit switch as a further function block detected within the device according to the invention and shorted once the value of a transient Overvoltage a certain period of time or the value of a uniform or periodically recurring Overvoltage exceeds a certain amount. The static Short circuit switch can be controlled by a electromechanical or electronic switch or one such switching device be formed.

Wesentlich für die Erfindung ist die Unterscheidung zwischen dynamischen und statischen Anteilen eines Überspannungsereignisses. Hierdurch werden die Baugruppen dynamischer und statischer Kurzschlußschalter jeweils nur dann aktiviert, wenn entsprechende Bereiche eines Überspannungsverlaufs bzw. Ableitvorgangs, für den diese Einrichtungen spezifiziert sind, vorliegen. Mögliche Ausfälle von Komponenten des dynamischen Kurzschlußschalters durch Langzeitvorgänge nach einem transienten Überspannungsereignis, wie sie bisher in der Praxis beobachtet werden, sind damit durch die Erfindung ausgeschlossen. Gleiches gilt im umgekehrten Fall, wenn eine den statischen Kurzschlußschalter entsprechende Komponente mit dynamischen, z. B. blitzbedingten Überspannungen beaufschlagt wird. Es wird deutlich, daß sich erfindungsgemäß die Komponenten in der Art der Zusammenschaltung ergänzen und somit Ereignisse, die jeweils zur Zerstörung der Einzelkomponente führen können, im Sinne der Erfindung koordiniert und kombiniert beherrschbar sind. The distinction is essential for the invention between dynamic and static parts of a Overvoltage event. This will make the assemblies dynamic and static short-circuit switch each only activated when corresponding areas of a Surge curve or discharge process for which this Facilities are specified. Possible Failure of components of the dynamic short-circuit switch through long-term processes after a transient Surge event as observed in practice so far are excluded by the invention. The same applies in the reverse case if one of the static short-circuit switch corresponding component dynamic, e.g. B. lightning-related surges is applied. It is clear that according to the invention complete the components in the way of interconnection and thus events that each destroy the Can lead individual component, in the sense of the invention coordinated and combined can be mastered.

Die Selektionsbaugruppe übernimmt die Koordinierung zwischen dem dynamischen und dem statischen Kurzschlußschalter über den gesamten Verlauf eines Überspannungsereignisses. Hierfür wird zwischen einem dynamischen Ereignis, das zum Ansprechen des dynamischen Kurzschlußschalters führt, und einem statischen Ereignis unterschieden, das zwar den dynamischen Kurzschlußschalter nicht anspricht, aber den Wert einer zulässigen Dauerspannung überschreitet. The selection module takes over the coordination between the dynamic and the static Short circuit switch over the entire course of a Overvoltage event. For this, a dynamic Event that addresses the dynamic Short-circuit switch leads, and a static event distinguished that the dynamic short-circuit switch does not respond, but the value of a permissible Continuous voltage exceeds.

Die Selektionsbaugruppe umfaßt zwei Bewertungseingänge, welche logisch ODER-verknüpft über einen Steuerausgang mit dem Steuereingang des statischen Kurzschlußschalters in Verbindung stehen, wobei der erste Bewertungseingang das Ansprechen des dynamischen Kurzschlußschalters mittels Stromsensor in dessen Ableitpfad und der zweite Bewertungseingang den Spannungspegel über dem dynamischen Kurzschlußschalter überwacht. The selection module comprises two valuation inputs, which is logically OR-linked via a control output the control input of the static short-circuit switch in Connected, with the first evaluation input the Response of the dynamic short-circuit switch using Current sensor in its discharge path and the second Evaluation input the voltage level above the dynamic Short-circuit switch monitored.

Mit erkanntem Ansprechen des dynamischen Kurzschlußschalters nach einer vorgestellten Verzögerungszeit wird der statische Kurzschlußschalter geschlossen, um den Ableitvorgang des dynamischen Kurzschlußschalters zu unterbrechen. With recognized response of the dynamic Short-circuit switch after a delay time presented the static shorting switch closed to the Derivation process of the dynamic short-circuit switch interrupt.

Beim Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Spannungspegels wird der statische Kurzschlußschalter bis zum Abklingen geschlossen. When a predetermined or reached Voltage level, the static short-circuit switch up to closed for decay.

Wie dargelegt, erfaßt also der erste Bewertungseingang das Ansprechen des dynamischen Funktionsblocks bzw. Kurzschlußschalters über einen Stromsensor in dessen Ableitpfad und aktiviert nach einer voreingestellten Verzögerungszeit von im wesentlichen 1 bis 1,5 ms den statischen Kurzschlußschalter, der einen Kurschluß der verbleibenden Überspannung bewirkt. As stated, the first valuation input records this Addressing the dynamic function block or Short circuit switch via a current sensor in its Discharge path and activated after a preset Delay time of essentially 1 to 1.5 ms the static Short-circuit switch that short-circuits the remaining Overvoltage causes.

Durch das Zuschalten des statischen Kurzschlußschalters wird der Ableitvorgang über den dynamischen Kurzschließer, z. B. eine Trennfunkenstrecke, unterbrochen, so daß der Ableitstrom nunmehr auf den statischen Kurzschlußschalter kommutiert. By switching on the static short-circuit switch the discharge process via the dynamic short-circuiter, z. B. an isolating spark gap, interrupted so that the Leakage current now on the static short-circuit switch commutated.

Der dynamische Kurzschlußschalter, dessen Zuständigkeit nur die transienten Ereignisse betrifft, wird dadurch immer innerhalb seines spezifizierten Ableitbereichs betrieben, da der Anteil des Ableitvorgangs, der auf ihn entfällt, unabhängig vom Verlauf des Gesamtereignisses auf je nach Voreinstellung maximal 1,5 ms begrenzt bleibt. The dynamic short circuit switch, its responsibility this only affects the transient events always within its specified lead range operated because of the portion of the drainage that is on it is noticeable, regardless of the course of the overall event depending on the default, it remains limited to a maximum of 1.5 ms

Der transienten Komponente eines Überspannungsereignisses gegebenenfalls nachfolgende stationäre, energieschwächere Ereignisse, die sich meist über längere Zeit erstrecken, werden hingegen nach Ablauf der Verzögerungszeit von der Selektionsbaugruppe koordiniert an den dynamischen Kurzschlußschalter übergeben. Solche Folgevorgänge sind z. B. Langstromkomponenten der verschiedenen normierten Blitzströme nach IEC und DIN/VDE, deren Kurschlußstrom z. B. 100 A/0,5 s beträgt, sowie netzfrequente Folgeströme, die ohne den Bypass durch den statischen Kurzschlußschalter zumindest eine hohe Beanspruchung des dynamischen Teils hervorrufen würden. The transient component of a surge event if necessary subsequent stationary, less energetic Events that usually last for a long time, however, after the delay time has expired, the Selection module coordinates with the dynamic Transfer short circuit switch. Such follow-up processes are e.g. B. Long current components of the various standardized Lightning currents according to IEC and DIN / VDE, their short-circuit current z. B. 100 A / 0.5 s, and line-frequency follow currents, those without the bypass through the static Short-circuit switch at least a high load on the dynamic Would cause some.

Der zweite Eingang der Selektionsbaugruppe erfaßt Spannungspegel oberhalb eines voreinstellbaren Schwellwerts, z. B. 50 V eff, und aktiviert ohne vorangegangen Ableitvorgang über den dynamischen Kurzschlußschalter abhängig von der Spannungshöhe innerhalb der ersten drei Halbwellen den statischen Kurzschlußschalter. The second input of the selection module is entered Voltage level above a preset threshold, z. B. 50 V eff, and activated without preceding Derivation process dependent on the dynamic short-circuit switch of the voltage level within the first three half-waves the static short-circuit switch.

Die Selektionsbaugruppe besteht vorzugsweise aus passiven Bauteilen, deren Verhalten bzw. deren Funktion durch die zu begrenzende Spannung bestimmt wird und abhängig davon in der oben beschriebenen Art die Selektion des jeweiligen Kurzschlußschalters vornimmt. Hierdurch kann eine netz- und versorgungsspannungs-unabhängige Funktion gewährleistet werden, die sich ausschließlich auf das zu begrenzende Ereignis bezieht. Durch blitzbedingte Ereignisse häufig zu verzeichnende Netzausfälle führen somit nicht zum Funktionsausfall der gesamten Baugruppe. The selection module preferably consists of passive ones Components, their behavior or their function by the voltage to be limited is determined and dependent on it the selection of the respective in the manner described above Short-circuit switch. In this way, a network and function independent of supply voltage be guaranteed, which relate exclusively to the limiting event relates. Through lightning-related events Power failures that are frequently recorded therefore do not result to the failure of the entire assembly.

In den Fällen, bei denen ein erweiterter Funktionsumfang erforderlich ist, können auch aktive Elemente verwendet werden, die über die beschriebenen Grundfunktionen weitere Aufgaben erfüllen. Ein solcher erweiterter Funktionsumfang kann eine Überwachungs- und Signalisierungseinrichtung sein, die z. B. Fehlerzustände der Kurzschlußschalter erfaßt und diese optisch oder akustisch anzeigt bzw. über eine geeignete Schnittstelle fernmeldet, wofür auch eine telemetrische Übertragung in Frage kommt. In cases where there is an extended range of functions active elements can also be used be the other basic functions described Fulfill tasks. Such an expanded range of functions can be a monitoring and signaling device be the z. B. Error states of the short-circuit switches detected and this optically or acoustically indicates or via remotely reports a suitable interface, for which a telemetric transmission comes into question.

Zusammenfassend geht die multifunktionale Überspannungs- Schutzeinrichtung von einer Selektionsbaugruppe aus, die die zwischen dem zu schützenden Systemteil und Erde auftretenden Überspannungsereignisse nach ihrem zeitlichen Verlauf sowie der Höhe der jeweiligen Spannungswerte überwacht und bewertet. Hierdurch gelingt es, dynamische/transiente, aber auch statische/stationäre, auch periodisch wiederkehrende Ereignisse zu erkennen, wobei je nach Ereignis ein dynamischer Kurzschlußschalter oder ein statischer Kurzschlußschalter, gegebenenfalls diese nacheinander, aktiviert werden. Der dynamische Kurzschlußschalter ist ein spannungsbegrenzender oder spannungsschaltender Überspannungsableiter, z. B. ein Varistor oder eine Funkenstrecke. Als statischer Kurzschlußschalter wird ein elektromechanischer oder elektronischer Schalter, z. B. ein Halbleiterschalter eingesetzt. In summary, the multifunctional surge Protective device from a selection module, the between the system part to be protected and earth occurring surge events according to their temporal Course and the level of the respective voltage values monitored and evaluated. This makes it possible dynamic / transient, but also static / stationary, too Recognize periodically recurring events, depending on Event a dynamic short circuit switch or a static short-circuit switch, if applicable one after the other. The dynamic Short circuit switch is a voltage limiting or voltage switching surge arrester, e.g. B. a varistor or a spark gap. As a static short circuit switch an electromechanical or electronic switch, e.g. B. a semiconductor switch is used.

Der statische Kurzschlußschalter wird dann aktiviert, wenn der Wert einer transienten Überspannung eine vorbestimmte Zeitdauer oder der Wert einer gleichförmigen oder periodisch wiederkehrenden Überspannung einen vorbestimmten Betrag überschreitet. The static shorting switch is activated when the value of a transient overvoltage is a predetermined one Period of time or the value of a uniform or periodically recurring overvoltage a predetermined Amount exceeds.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden. The invention is based on a Embodiment and with the help of figures closer are explained.

Hierbei zeigen: Here show:

Fig. 1 zeitliche Grenzwerte von Berührungsspannungen nach E DIN VDE 0805 bzw. E DIN IEC74/484/CDV durch möglich, transiente, temporäre oder stationäre Störbeeinflussungen; Fig. 1 temporal limit values of touch voltages according to E DIN VDE 0805 or E DIN IEC74 / 484 / CDV by possible, transient, temporary or stationary interference;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der multifunktionalen Schutzeinrichtung; Fig. 2 is a block diagram of the multi-functional protection device;

Fig. 3 den Spannungs- bzw. Strom-Zeitverlauf des Ableit- und Begrenzungsvorgangs unter Verwendung der erfindungsgemäßen Überspannungs- Schutzeinrichtung bei transienten Ereignissen; Fig. 3 the voltage or current-time course of the leakage and limiting operation using the overvoltage protection device according to the invention for transient events;

Fig. 4 den Ableit- und Begrenzungsvorgang bei temporären bzw. stationären Ereignissen bei Überschreiten eines vorbestimmbaren Grenzwertes, wobei in Fig. 4 shows the leakage and limiting operation for temporary or stationary events upon exceeding a predeterminable limit value, wherein in

Fig. 3a/4a jeweils der unbeeinflusste Verlauf der Störgröße sowie Fig. 3a / 4a respectively the prospective course of the disturbance variable, and

Fig. 3b/4b jeweils die Begrenzung der Störgröße, die sich zwischen den Anschlüssen A/B in Fig. 2 einstellt, sobald der jeweilige Grenzwert der transienten, der temporären oder der stationären Störgröße überschritten wird dargestellt ist und FIG. 3b / 4b respectively limiting the disturbance variable which is established between the terminals A / B in Fig. 2, when the respective limit value of the transient, temporary, or the stationary noise is exceeded is shown and

Fig. 3c/4c den Stromverlauf bezogen auf Fig. 3b/4b. FIG. 3c / 4c shows the current profile with respect to FIG. 3b / 4b.

Beim Blockschaltbild gemäß Fig. 2 wird von einer Überspannungs-Schutzeinrichtung ausgegangen, die einen dynamischen Kurzschlußschalter FS, z. B. in Form einer Trennfunkenstrecke, und einen statischen Kurzschlußschalter KS, z. B. in Form eines Halbleiterschalters aufweist. Die Selektionsbaugruppe, welche mit Steuerung bezeichnet ist, besitzt einen ersten Eingang, der mit einem Stromsensor, beispielsweise nach Art eines Impulstransformators Timp in Verbindung steht. Ein zweiter Eingang erfaßt die Spannung zwischen den Anschlußpunkten A und B und stellt fest, ob ein vorgegebener Spannungsbegrenzungswert, z. B. 50 V, überschritten wird. When the block diagram of Fig. 2 it is assumed that an over-voltage protection means for a dynamic short-circuit switch FS. B. in the form of an isolating spark gap, and a static short-circuit switch KS, z. B. in the form of a semiconductor switch. The selection module, which is designated the controller, has a first input which is connected to a current sensor, for example in the manner of a pulse transformer Timp. A second input detects the voltage between the connection points A and B and determines whether a predetermined voltage limit value, e.g. B. 50 V is exceeded.

Eine erste Ansteuerung des statischen Kurzschlußschalters KS erfolgt über den erwähnten Impulstransformator Timp, der, wie erwähnt, als Stromsensor im Ableitpfad des dynamischen Kurzschlußschalters angeordnet ist. Sobald der dynamische Kurzschlußschalter angesprochen hat, wird über einen Impuls Timp des Sensors der erste Steuereingang (Eingang 1) respektive der statische Kurzschlußschalter aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt liegt zwischen den Anschlußpunkten A/B nunmehr bereits die Restspannung des spannungsbegrenzenden oder spannungsschaltenden dynamischen Kurzschlußschalters FS an, die sich als Folge des Ableitvorgangs anstelle der ursprünglichen Überspannung einstellt. Nach Ablauf einer eingestellten Verzögerungszeit wird der statische Kurzschlußschalter KS aktiviert, so daß die Restspannung über dem dynamischen Kurzschlußschalter FS vom statischen Kurzschlußschalter KS kurzgeschlossen wird und der gesamte, aus dem Überspannungsereignis resultierende Strom auf diesen kommutiert. A first control of the static short-circuit switch KS takes place via the aforementioned pulse transformer Timp, which, as mentioned, is arranged as a current sensor in the discharge path of the dynamic short-circuit switch. As soon as the dynamic short-circuit switch has responded, the first control input (input 1 ) or the static short-circuit switch is activated via a pulse Timp of the sensor. At this point in time, the residual voltage of the voltage-limiting or voltage-switching dynamic short-circuit switch FS, which arises as a result of the discharge process instead of the original overvoltage, is already present between the connection points A / B. After a set delay time, the static short-circuit switch KS is activated so that the residual voltage across the dynamic short-circuit switch FS is short-circuited by the static short-circuit switch KS and the entire current resulting from the overvoltage event commutates thereon.

Eine weitere Aktivierung des statischen Kurzschlußschalters KS erfolgt ohne vorgelagerte transiente Überspannung bzw. Ansprechen des dynamischen Kurzschlußschalters FS über den zweiten Eingang (Eingang 2), der die Spannung zwischen den Anschlußpunkten A/B ständig dahingehend überwacht, ob ein bestimmter vorgegebener Spannungswert überschritten ist. A further activation of the static short-circuit switch KS takes place without an upstream transient overvoltage or response of the dynamic short-circuit switch FS via the second input (input 2 ), which constantly monitors the voltage between the connection points A / B to determine whether a certain predetermined voltage value has been exceeded.

Der statische Kurzschlußschalter KS kann als ein elektromagnetisch betätigter Schalter oder aber auch, wie erwähnt, als Halbleiterschalter ausgeführt sein. Die Verwendung eines Halbleiterschalters ist deshalb von Vorteil, da dieser leistungslos angesteuert werden kann, so daß der Kurzschließer ohne zusätzliche Hilfsenergie betreibbar ist. The static short-circuit switch KS can be used as a electromagnetically operated switch or how mentioned, be designed as a semiconductor switch. The Use of a semiconductor switch is therefore of Advantage, since it can be controlled without power, so that the short-circuiter without additional auxiliary energy is operable.

In den Figuren nicht dargestellte Teile der Schaltung der Einrichtung nach Fig. 2 haben die Aufgabe, den dynamischen Teil und den statischen Teil der Überspannung zwischen dem dynamischen und statischen Kurzschlußschalter zu entkoppeln, so daß der dynamische Anteil nur mit reduzierten Parametern am statischen Kurzschlußschalter auftritt. Dieser Schaltungsteil kann z. B. aus einer Induktivität mit nachgeschaltetem Überspannungsableiter, vorzugsweise Varistorableiter bestehen. Parts of the circuit of the device according to FIG. 2, not shown, have the task of decoupling the dynamic part and the static part of the overvoltage between the dynamic and static short-circuit switch, so that the dynamic part only occurs at the static short-circuit switch with reduced parameters. This circuit part can, for. B. consist of an inductor with a downstream surge arrester, preferably varistor arrester.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, den dynamischen Kurzschlußschalter als Trennfunkenstrecke zu realisieren, die mit einer Zündelektrode versehen ist und die über einen Zündimpuls von einer Impulsauswerteschaltung in der Selektionsbaugruppe gezündet wird, sobald ein entsprechendes Ereignis eintritt. Another embodiment is the dynamic short circuit switch as isolating spark gap too realize that is provided with an ignition electrode and via an ignition pulse from a pulse evaluation circuit in the selection module is ignited as soon as a corresponding event occurs.

Fig. 3 beschreibt den prinzipiellen Verlauf eines Ableit- und Begrenzungsvorgangs der Überspannungs-Schutzeinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel, die mit einer fiktiven Stoßüberspannung, wie im Bildteil 3a dargestellt, beaufschlagt wird. Bildteil 3b beschreibt den Spannungsverlauf zwischen den Punkten A/B gemäß Fig. 2, Teil 3c den dazugehörigen Stromverlauf. Aus den Fig. 3b und 3c ist die funktionale Trennung zwischen einer Funkenstrecke als dynamischer Kurzschlußschalter und einem Triac als statischer Kurzschlußschalter zu entnehmen. In der Fig. 3b wurde zusätzlich der Grenzwertverlauf der zulässigen Überspannung nach E DIN IEC 74/484/CDV eingetragen. Fig. 3 shows the basic profile describes a leakage and limiting operation of the overvoltage protection device according to the embodiment, the presented with a fictitious surge overvoltage, as in the image portion 3 a, is applied. Part 3 b describes the voltage curve between points A / B according to FIG. 2, part 3 c the associated current curve. From Figs. 3b and 3c can be seen between a spark gap as a dynamic short-circuiting switch and a triac as a static short-circuiting switch the functional separation. In FIG. 3b, the limit value curve of the allowable surge E DIN IEC 74 was added to 484 / CDV addition /.

Die Darstellungen nach Fig. 4 beschreiben den Ableit- und Begrenzungshergang der Überspannungs-Schutzeinrichtung bei einer fiktiven Wechselspannung oberhalb eines Grenzwertes U_GW. Hierbei stellt Fig. 4a auf den unbeeinflußten Verlauf ab, wie er sich ohne Kurzschlußschalter einstellt. Fig. 4b zeigt den Begrenzungsverlauf, der dann gegeben ist, wenn der Kurzschlußschalter zwischen den Anschlüssen A/B aktiv wird, sobald der Wert von U_GW, d. h. z. B. der Scheitelwert einer 50 V eff Spannung, überschritten ist. Fig. 4c stellt den zugehörigen Stromverlauf graphisch dar. The descriptions according to FIG. 4 describe the derivation and limitation process of the overvoltage protection device with a fictitious AC voltage above a limit value U _GW . Here, Fig. 4a on the unaffected curve on how he adjusts without short-circuiting switch. FIG. 4b shows the boundary curve which is given when the short-circuit switch between the terminals A / B becomes active as soon as the value of U _GW, ie, for example, has been exceeded, the peak value of 50 V rms voltage. Fig. 4c illustrates the corresponding current flow graphically.

Die Überspannungs-Schutzeinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel ist als eine ereignis- und zeitgesteuerte Kurzschließeinrichtung von Überspannungen mit einer über Funktionsblöcke hergestellten Funktionstrennung realisiert, die einerseits zur Begrenzung blitzbedingter Überspannungen und der koordinierten Ableitung der Stoß-, Lang- und Folgeströme, die im Zusammenhang mit einem Blitzereignis auftreten können, dient, und die andererseits in der Lage ist, Spannungen, die unabhängig von solchen Ereignissen als berührungsgefährliche Spannungen in beeinflußten Potentialausgleichs- und Erdungssystemen auftreten, über eine selektive Steuereinrichtung zu bewerten und hiernach durch einen Kurzschluß auf einen ungefährlichen Wert zu begrenzen, bis die Überspannung abgeklungen ist. The overvoltage protection device according to Embodiment is as an event and time controlled Short-circuiting device of overvoltages with an over Functional blocks produced functional separation realized that on the one hand to limit lightning-related Surges and the coordinated derivation of the surge, Long and follow currents that are associated with a Lightning event can occur, and that serves on the other hand is able to withstand tensions independent of such events as dangerous tensions in influenced equipotential bonding and earthing systems occur via a selective control device too evaluate and then by a short circuit to one limit harmless value until the overvoltage has subsided.

Claims

1. Multifunctional overvoltage protection device, in particular for lightning protection equipotential bonding and earthing systems with short-circuiting and / or current limiting means, characterized by a selection module which is independent of a mains and supply voltage and which detects the overvoltage events occurring between the system part to be protected and earth according to their chronological course and the level of the respective voltage values are monitored and evaluated in order to detect dynamic / transient events on the one hand and static / stationary events, also periodically recurring events, on the other hand, depending on the event, a dynamic short-circuit switch or static short-circuit switch, if appropriate activated one after the other, is or are activated.

2. Multifunctional overvoltage protection device after Claim 1 characterized in that the dynamic short-circuit switch on voltage-limiting or voltage-switching surge arrester is.

3. Multifunctional overvoltage protection device after Claim 2, characterized in that a varistor or a spark gap is used.

4. Multifunctional overvoltage protection device after one of the preceding claims, characterized in that the static short-circuit switch is an electromechanical or is an electronic switch.

5. Multifunctional overvoltage protection device after Claim 4 characterized in that a semiconductor switch is used.

6. Multifunctional overvoltage protection device after one of the preceding claims, characterized in that the static short-circuit switch is activated when the value of a transient overvoltage is a predetermined one Period of time or the value of a uniform or periodically recurring overvoltage a predetermined Amount exceeds.

7. Multifunctional overvoltage protection device after one of the preceding claims, characterized in that the selection module comprises two valuation inputs, which is logically OR-linked via a control output the control input of the static short-circuit switch in Connected, with the first evaluation input the Response of the dynamic short-circuit switch using Current sensor in its discharge path and the second Evaluation input the voltage level above the dynamic Short-circuit switch monitored.

8. Multifunctional overvoltage protection device after Claim 7 characterized in that with recognized response of the dynamic Short circuit switch after a preset delay time static shorting switch is closed to the Derivation process of the dynamic short-circuit switch interrupt.

9. Multifunctional overvoltage protection device after Claim 7 characterized in that the delay time in the range of essentially 1 to 1.5 ms.

10. Multifunctional overvoltage protection device after Claim 7 characterized in that when reaching or exceeding a certain one Voltage level of the static short-circuit switch up to Decay is closed.

11. Multifunctional overvoltage protection device after Claim 7 characterized in that the current sensor as in the discharge path of the dynamic Short-circuit switch arranged pulse transformer is trained.