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Die Erfindung betrifft eine Überspannungs-Schutzanordnung
mit einer Funkenstrecke als Grobschutzelement, wobei die Funkenstrecke
zwei Hauptelektroden und mindestens eine Hilfselektrode umfaßt und die
Hilfselektrode mit einer als Feinschutz wirkenden Zündeinrichtung
in Verbindung steht, gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Der Schutzpegel für elektronische Geräte der unterschiedlichsten
Art und anderen, gegenüber transienten Überspannungen
sensiblen Anlagen hat sich in den zurückliegenden Jahren zu immer
kleineren Ansprechwerten bei gleichzeitiger Erhöhung der Leistungsfähigkeit
verschoben.
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Die damit verbundene drastische Reduzierung
der Ansprechspannung bewirkt jedoch in unerwünschter Weise ein häufiges Aktivieren
der Ableiter bereits bei energieschwachen Überspannungen, wodurch ein
verstärkter
Verschleiß der
Ableiter entsteht.
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Bei zum Einsatz kommenden triggerbaren Überspannungsableitern
auf Funkenstreckenbasis zur optimierten Steuerung des Ansprechverhaltens wird
davon ausgegangen, daß durch
eine Vorentladung mittels Hilfselektrode Ladungsträger innerhalb des Überschlagwegs
zwischen den Hauptelektroden eingebracht werden. Dieses Einbringen
von Ladungsträgern
bewirkt das Zünden
einer Entladung zwischen den Hauptelektroden bei einer Spannung, welche
deutlich unterhalb der Ansprechspannung der Funkenstrecke ohne Zündeinrichtung
bzw. Vorentladung liegt.
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Bei den bekannten Zündeinrichtungen
der triggerbaren Art existiert eine Gruppe, die selbst keinerlei
Möglichkeiten
zur Spannungsbegrenzung besitzt und welche bei Erreichen eines bestimmten Spannungswerts
die Zündung
der Funkenstrecke erzwingt.
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Derartige Anordnungen besitzen, insbesondere
bei der Verwendung von Kapazitäten,
den Vorteil einer sogenannten TOV (Temporary Overvoltage)-Festigkeit, da bei
netzfrequenten Überspannungen
nur Ausgleichsströme
in vorhandene Kapazitäten
fließen,
jedoch kein lang andauernder, kontinuierlicher Stromfluß eintritt.
Infolge der vergleichsweisen geringen Ausgleichsströme ist auch
bei Impulsbeanspruchungen die Energie, welche zum Zünden der Vorentladung
zur Verfügung
steht, niedrig, wodurch sich die Gestaltungs- und Einsatzmöglichkeiten der Funkenstrecke
in Grenzen halten.
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Der Hauptnachteil der oben genannten Überspannungsableiter
besteht jedoch vor allem darin, daß die Funkenstrecken selbst
einem hohen Verschleiß unterliegen,
da diese auch bei sehr energiearmen Impulsspannungen gezündet werden
und dann auch einer Belastung durch mögliche Netzfolgeströme ausgesetzt
sind.
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Bei einer weiteren Gruppe von Zündeinrichtungen
werden die Funkenstrecken vorteilhafterweise erst bei energiereichen
Impulsspannungen gezündet,
da bei kleineren Impulsen die Zündeinrichtung selbst
als Überspannungs-Feinschutz
wirkt.
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Auch ist bei dieser Bauart der Nachteil
der begrenzten Energie des Zündimpulses
sowie die Beschränkung
bei der Funkenstrecken-Gestaltung nicht gegeben. Allerdings tritt
jedoch hier das Problem auf, daß diese
Einrichtungen bei netzfrequenten Überspannungen, bei denen die
Funkenstrecke funktionsbedingt nicht gezündet werden sollte, überlastet
werden. Bei Überspannungen
ist die Wahrscheinlichkeit der thermischen Überlastung der eingesetzten
Bauelemente derartiger Zündeinrichtungen
auch schon bei vergleichsweise geringen, aber andauernden, insbesondere
netzfrequenten Strömen
gegeben. Die Ursache hierfür
ist die Auslegung und Optimierung der Überspannungsableiter auf Impulsbelastungen und
nicht bezüglich
lang andauernder netzfrequenter Belastungen.
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Beim Einsatz von Varistoren als Überspannungs-Feinschutzelemente
für derartige
Zündeinrichtungen
ergibt sich ein weiterer Nachteil.
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Varistoren sind spannungsabhängige Widerstände, die
bei einem bestimmten Spannungswert niederohmig werden und bei welchen
mit zunehmender Stromstärke
der Spannungsabfall nur geringfügig zunimmt.
Ein Spannungsabfall bei Zündeinrichtungen
wird also im wesentlichen durch die Varistoren selbst bestimmt.
Bei modernen Varistoren vom MOV-Typ ist der Spannungsabfall bei
sehr großen Impulsströmen im kA-Bereich
nur zwei- bis dreimal so hoch wie die Varistorspannung bei 1 mA.
Bei gebräuchlichen
Suppressordioden ist dieses Verhältnis sogar
noch kleiner.
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Da auch bei energiereichen Impulsströmen sich
der Spannungsabfall bei Varistoren aufgrund deren Charakteristik,
nämlich
u verhält
sich proportional zu i, nur geringfügig gegenüber einer Belastung mit kleinen
Impulsströmen
erhöht,
ist bei diesen Zündeinrichtungen
weiterhin von Nachteil, daß die
Verzögerungszeit
bis zum Zünden
der Hauptstrecke nahezu unabhängig
von der Größe des Impulsstroms
ist.
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Die Höhe des Spannungsabfalls ist
neben anderen Einflußgrößen jedoch
auch mit entscheidend für
das Zündverhalten
der Funkenstrecke, da sie die Spannungsdifferenz zwischen den Hauptelektroden
bestimmt. Durch die bei Varistoren beschriebenen geringen Spannungsunterschiede
ist es sehr schwierig, die Funkenstrecke erst bei energiereichen Impulsströmen sicher
zu zünden.
Vielmehr besteht hier zum Schutz der Varistoren vor Überlastung
die Notwendigkeit, die Funkenstrecken schon bei noch relativ geringen
Impulsströmen
zu zünden.
Damit werden also auch derartige Zündeinrichtungen bezüglich der
Funkenstrecken einem unnötigen
Verschleiß ausgesetzt.
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Die angegebenen Gruppen oder Arten
von Zündeinrichtungen
lassen sich bezüglich
ihrer Ausführungsform
noch in aktive oder passive Anordnungen unterscheiden. Bei Einrichtungen
mit passiver Zündung
erfolgt eine Vorentladung innerhalb der Funkenstrecke nur durch
eine Spannungsverlagerung ohne Spannungserhöhung. Bei Zündeinrichtungen mit aktiver
Zündung
ist eine Spannungserhöhung,
z.B. mit Hilfe eines Übertragers
zur Zündung der
Vorentladung gegeben.
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Bei passiver Zündung wird die Spannung zu den
Hilfselektroden üblicherweise
mittels Impedanzen, z.B. Kapazitäten,
ohmsche Widerstände
oder Induktivitäten
oder aber über
einen Teiler aus Impedanzen der Hilfselektrode direkt bzw. über ein
spannungsabhängiges
Schaltgerät,
z.B. einem Gasableiter oder Suppressordioden zugeführt. Wie
die
DE 199 52 004
A1 zeigt, ist auch eine Kombination von nichtlinearen Widerständen, z.B.
Varistoren denkbar.
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Die
EP 0 933 860 A1 offenbart eine Zündeinrichtung
zur aktiven Zündung,
die vom Grundaufbau einen Spannungsteiler parallel zur Funkenstrecke zwischen
den beiden Hauptpotentialen besitzt. Am Teiler wird jeweils eine
Spannung abgegriffen, und über
ein spannungsabhängiges
Schaltgerät
einem Übertrager
zugeführt,
welcher nach dem Ansprechen des Schaltgeräts aus dem Entladungsimpuls
eine Hochspannung generiert, die der Hilfselektrode zugeführt wird.
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Eine solche Schaltung besitzt im
Zusammenhang mit den üblichen
Baugrößen der
Ableiter nicht unerhebliche Nachteile. So bleibt die Dauer und die
Höhe der
Energiezufuhr durch die Zündentladung in
die Funkenstrecke begrenzt. Die notwendige Dimensionierung der Bauelemente,
insbesondere bei Verwendung von Kapazitäten, ist für einen wirksamen Überspannungs-Feinschutz
technisch kaum realisierbar. In dem Falle, wenn der Schutzpegel
des Ableiters gering zu halten ist, führt dies zwangsweise dazu,
daß die
Funkenstrecke bei kleinsten Impulsströmen gezündet werden muß, wodurch
ein unerwünschter
starker Verschleiß der
Funkenstrecke bedingt ist.
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Bei der Zündeinrichtung mit aktiver Zündung nach
JP 1-26-8427 ist ein Varistor
vorgesehen, welcher neben der Funktion des Überspannungs-Feinschutzes gleichzeitig
die Funktion eines spannungsabhängigen
Schalters übernimmt.
Eine solche Lösung
ist jedoch mit einem permanenten Leckstrom behaftet und erzeugt
gegenüber
Gasableitern aufgrund des sogenannten weichen Schattens geringere
di/dt-Werte, welche wiederum geringere Zündspannungen erzeugen, wodurch
die Gestaltungsmöglichkeiten
der Funkenstrecke eingeschränkt sind.
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Zum Stand der Technik sei noch auf
die
US-PS 4,760,486 ,
die
DE 19 47 349 A1 und
die
EP 0 186 939 A2 verwiesen,
die sämtlich
Zündeinrichtungen offenbaren,
bei denen zwischen der Funkenstrecke und der Zündeinrichtung eine Längsentkopplung mittels
Induktivitäten
oder ähnlichen
Bauelementen vorhanden ist.
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Die
JP 10023661 A zeigt eine Zündeinrichtung, bei der zur
Längsentkopplung
ein Kaltleiter benutzt wird. Die vorstehend genannten Zündeinrichtungen
sind insbesondere bei großen
Nennströmen der
zu schützenden
Verbraucher in ihrer Konstruktion sehr aufwendig und inakzeptabel.
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Die dortige Zündeinrichtung übernimmt
auch die Aufgabe des Überspannungs-Feinschutzes.
Neben dem Nachteil der Längsentkopplung
und der damit verbundenen relativ großen Baugröße besitzen die bekannten Anordnungen
eine zu geringe Festigkeit gegenüber
TOV-Belastung und insgesamt einen hohen Verschleiß der Funkenstrecke.
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Aus der
DE 199 14 313 A1 ist ein Überspannungsschutzsystem
vorbekannt, wobei dort eine Überwachungseinrichtung
für die
Zündeinrichtung vorhanden
ist, die bei thermischer Überlastung
sich und die Zündeinrichtung
durch Abschalten schützt. Als Überwachungsschaltung
kann im Zündkreis
eine reversible Temperatursicherung vorgesehen sein, konkret wird
bei der dortigen Lehre ein Temperaturschalter eingesetzt.
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Bei der Einrichtung zum Überspannungsschutz
in elektrischen Niederspannungsnetzen nach
G 93 14 632.9 ist eine Kombination
von Grob- und Feinschutz
vorbekannt, wobei eine Funkenstrecke als Grobschutzelement vorgesehen
und ein Kaltleiter in Feinschutzzweig angeordnet ist.
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Die Vorteile von keramischen Kaltleitern beim
Einsatz als Kurz- und Überlastschutz
werden in KAINZ G.: Keramische Kaltleiter (PTC) schützen Elektronik.
In: Elektronik Informationen, 1990, N. 11, S. 93–95 ausführlich vorgestellt.
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Zum Einsatz von Kaltleitern, die
im Längszweig
von Überspannungs-Schutzgeräten angeordnet
sind, um Überlastungsfällen vorzubeugen,
sei noch auf die
DE
39 08 236 A1 und die
JP 09084258 A aufmerksam gemacht.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher
Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Überspannungs-Schutzanordnung
mit einer Funkenstrecke als Grobschutzelement anzugeben, wobei die
Funkenstrecke zwei Hauptelektroden und mindestens eine Hilfselektrode
umfaßt
und die Hilfselektrode mit einer Zündeinrichtung in Verbindung
steht. Die weiterentwickelte Anordnung soll bezüglich der Zündeinrichtung selbsttätig als Überspannungs-Feinschutz
wirken. Weiterhin sollen Belastungen durch netzfrequente Überspannungen
sicher beherrscht und eine quasi frei wählbare Zündenergie bereitgestellt werden.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung
erfolgt mit einem Gegenstand gemäß den Merkmalen nach
Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.
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Erfindungsgemäß wird innerhalb der Zündeinrichtung
ein PTC-Element, d.h. ein Kaltleiter eingesetzt. Kaltleiter sind
nichtlineare, temperaturabhängie
Widerstände
mit einem positiven Temperaturkoeffizienten.
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Ein halbleitender Widerstand mit
positivem Temperaturkoeffizienten des, Widerstandswerts kann beispielsweise
aus gesintertem Bariumnitrat mit Zusätzen von Metallverbindungen
hergestellt werden.
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Mit der vorgeschlagenen Lösung wurde
das bisherige Vorurteil der Fachwelt überwunden, welches die Anwendung
von Kaltleitern im Zündkreis deshalb
ausschloß,
da bei sehr hohen Spannungen oder Temperaturen ein Kaltleiter einen
negativen Temperaturkoeffzienten annehmen kann.
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Durchgeführte Versuche haben ergeben, daß speziell
dimensionierte Kaltleiter geeignet sind, den hier angestrebten Zweck
zu erfüllen,
wobei derartige Kaltleiter bei Belastungen ihren Kaltwiderstand ohne
Zerstörung
um mindestens das 5fache erhöhen können und
weiterhin Sicherheitsreserven der Zündeinrichtung bis zum sicheren
Zünden
der Funkenstrecke des Ableiters gewährleisten.
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Die eingesetzten Kaltleiter sind
bezüglich
der Impulsströme
im Bereich bis zu mehreren 100 A standfest.
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Eine zur Steuerung der Eigenschaften
der Überspannungs-Schutzanordnung
genutzte Widerstandserhöhung
des Kaltleiters kann im Anwendungsfall durch joulsche Erwärmung bei
sehr hohen energiereichen Impulsströmen, aber auch bei länger andauernden
Strömen
mit kleiner Amplitude, wie z.B. bei TOV-Belastungen eintreten.
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Der erfindungsgemäßen Erkenntnis des zweckmäßigen Einsatzes
von Kaltleitern folgend sind diese derart, eine Zündeinrichtung
bildend, verschaltet, daß die
Widerstandserhöhung
des Kaltleiters bei Belastung der Funkenstrecke das Zünd- und
Löschverhalten
letzterer steuert.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung
kann dem Kaltleiter eine Impedanz, ein Varistor oder ein spannungsabhängiger Schalter
in Reihe geschaltet werden. Als spannungsabhängiger Schalter kann ein Gasableiter
Verwendung finden, der eine Einstellung der Zündspannung der Vorentladung
unabhängig vom
Zustand der eigentlichen Funkenstrecke ermöglicht.
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Der Kaltleiter ist bevorzugt am Knotenpunkt eines
Spannungsteilers angeschlossen, wobei dieser Spannungsteiler zwischen
dem Eingangspotential parallel zu den Hauptelektroden angeordnet
ist. Der Spannungsteiler kann einen Varistor aufweisen.
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Bei einer aktiven Ausführungsform
weist die Zündeinrichtung
einen Zündspannungs-Übertrager auf,
welcher primärseitig
zwischen dem Eingangspotential liegt und dessen Sekundärseite zur
Hilfselektrode führt.
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Sekundärseitig ist hier eine Impedanz
vorgesehen, die durch einen Varistor, eine Kapazität oder einen
weiteren Kaltleiter gebildet wird.
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Bei der Ausführungsform einer aktiven Zündeinrichtung
ist der Primärwicklung
des Zündübertragers
der Kaltleiter in Reihe geschaltet. Diesem Kaltleiter kann ergänzend eine
Impedanz in Reihe geschaltet werden, wobei diese Reihenschaltung
zusätzlich
ein Schaltgerät
umfaßt.
Die ergänzende Reihenschaltung
kann darüber
hinaus einen Varistor und/oder eine Suppressordiode aufweisen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist dafür
Sorge getragen, daß eine
von außen vorgebbare
thermische Beeinflussung des Kaltleiters möglich wird. Diese Einrichtung
kann z.B. eine Heizeinrichtung, d.h. eine Heizwicklung sein, um
damit die Eigenschaften des Kaltleiters und letztendlich der Zündeinrichtung
mittelbar vorzugeben.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen
sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine
prinzipielle Darstellung der Zündeinrichtung
mit Kaltleiter;
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2 eine
Ausführungsform
der Zündeinrichtung
mit einer Reihenschaltung von Kaltleiter und weiteren passiven Elementen;
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Fig.
3 eine Darstellung eines Spannungsteilers mit am Knotenpunkt
vorgesehenem Kaltleiter zur Bildung der Zündeinrichtung und
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4 eine
Ausführungsform
zur aktiven Steuerung der Zündeinrichtung
mittels Zündspannungs-Übertrager.
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Bei den passiven Ausführungsformen
gemäß den 1 bis 3 dient die Trennstrecke 8 zwischen
der Hilfselektrode 3 und der Hauptelektrode 2 als
quasi spannungsabhängiger
Schalter.
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Erreicht die Spannungsbelastung über den Überspannungsableiter 7 zwischen
den Eingangspotentialen 5 und 6 die Ansprechspannung
der Trennstrecke 8 zwischen den Hauptelektroden 1 und 2, zündet eine
Vorentladung zwischen den Elektroden 2 und 3 und
es wird die Spannung über
dem Überspannungsableiter 7 deutlich
reduziert.
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Dieser Spannungsabfall wird dann
im wesentlichen durch den Kaltwiderstand des Kaltleiters 4 und
die Höhe
des Stroms durch diesen bestimmt.
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Bei Impulsströmen im Bereich von wenigen 10
A bis einigen 100 A kann der Spannungsabfall sofort nach dem Zünden der
Vorentladung auf wenige 10 V bis einige 100 V, je nach Kaltwiderstand
des Kaltleiters 4, begrenzt werden. Durch diesen geringen
Spannungsabfall über
dem Ableiter ergibt sich dann die Möglichkeit, insbesondere bei
energiearmen Impulsströmen
eine Zündung
der Funkenstrecke zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 und
damit deren unnötige
Belastung gezielt zu steuern.
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Ein gegebenenfalls auftretender Netzfolgestrom
wird durch die Erhöhung
des Widerstands des Kaltleiters 4 auf Werte begrenzt, welche
dann durch die Trennstrecke 8 gelöscht werden können.
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Bei energiereichen Impulsströmen hingegen nimmt
der Spannungsabfall am Kaltleiter 4 nach dem Erreichen
der Nennansprechtemperatur aufgrund der joulschen Erwärmung überproportional
zur Stromstärke
zu, woraus sich die Möglichkeit
einer raschen Spannungserhöhung
bis zur sicheren Zündung
der Funkenstrecke zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 ergibt.
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Bei den kleinen Impulsströmen hingegen nimmt
die Spannung nur proportional entprechend dem Kaltwiderstand zu
bzw. da der Kaltwiderstand bei geringen Strömen und nur minimalen Erwärmungen
des PTC's im allgemeinen
sinkt, wird nicht einmal eine proportionale Erhöhung der Spannung bei entsprechender
Stromzunahme erreicht. In diesem Arbeitsbereich ist der Spannungsabfall über der
gesamten Funkenstrecke zu gering, um diese zu zünden.
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Entscheidend für die Bemessung der PTC's ist der notwendige
Energieeintrag bis zum sicheren Zünden der Funkenstrecke. Diese
Energie sollte bei allen Belastungsfällen deutlich vor dem Erreichen
der Temperatur in die Funkenstrecke eingebracht werden, bei welcher
der Widerstand des PTC's
wieder sinkt. Im Anwendungsfall erfolgt die Zündung der Funkenstrecke jedoch
häufig
schon vor dem Erreichen der Nennansprechtemperatur bzw. bei einer nur minimalen Überschreitung
dieser Temperatur. Nach dem Zünden
der Funkenstrecke wird der PTC entlastet und kühlt sich ab. Der PTC sollte
jedoch die anstehende Netzspannung als einzelnes Gerät bzw. in Kombination
mit einem Gasableiter oder ähnlichem sicher
beherrschen.
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Die gezielte Überhitzung (z.B. durch Heizungen)
erfolgt nur in dem reversiblen Arbeitsbereich des PTC's, das heißt oberhalb
der Nennansprechtemperatur und deutlich unterhalb der Temperatur,
ab welcher der Widerstand des PTC's wieder fällt. Da die Nennansprechtemperatur
der PTC's über einen gewissen
Bereich variabel ist, können
die benötigten Temperaturen
nahezu beliebig gewählt
werden.
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Grundsätzlich wird durch das beschriebene Verhalten
des Kaltleiters das Zünden
der Funkenstrecke mit dem Anwachsen der Größe der Impulströme beschleunigt.
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Bei netzfrequenten Überspannungen
führt der
Stromfluß zu
einer joulschen Erwärmung
des Kaltleiters 4 und damit zur Erhöhung des Widerstandswerts entsprechend
der gegebenen Kennlinie. Der Strom wird hierdurch selbsttätig auf
einen unkritischen Wert begrenzt und der Kaltleiter 4 damit
vor Überlastung
geschützt.
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Aus dem Vorgenannten ergibt sich
beim Einsatz von Kaltleitern neben dem äußerst positiven Selbstschutzeffekt
bei netzfrequenten Überspannungen
auch eine deutlich verbesserte Möglichkeit
im Sinne einer gezielten belastungsabhängigen Steuerung des Ansprechens
der eigentlichen Funkenstrecke.
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Somit wird eine belastungsabhängige Abstimmung
der Funktionsweise des Feinschutzes, d.h. der Zündeinrichtung, und des Grobschutzes,
d.h. der Funkenstrecke, innerhalb des Ableiters bei minimalem Verschleiß erreicht.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt,
kann bei einer passiven Zündeinrichtung
der Kaltleiter 4 auch in Kombination mit einer Impedanz,
einem Varistor oder einem spannungsabhängigen Schalter Verwendung
finden.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
mit einem Spannungsteiler Z1/Z2, wobei Z1 durch einen Varistor ersetzt
werden kann.
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Gemäß der offenbarten grundsätzlichen Schaltungsanordnung
und deren Varianten ergeben sich einfache Möglichkeiten, das Zusammenspiel zwischen
der Zündeinrichtung
und einer vorgegebenen Funkenstreckenanordnung abzustimmen und einzustellen,
wodurch ein breiterer Regelbereich nutzbar ist.
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Mit der Reihenschaltung eines Gasableiters beispielsweise
kann die Zündspannung
der Vorentladung nahezu unabhängig
von der Trennstrecke der Funkenstrecke auch bei Alterung dieser
eingestellt werden.
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Mit der Erweiterung durch zusätzliche
Impedanzen, wie Widerstände,
Induktivitäten
oder Kapazitäten,
besteht die Möglichkeit,
das Ansprechverhalten der Funkenstrecke für bestimmte Belastungsfälle, z.B.
bestimmte Steilheiten der Impulsströme oder aber auch für bestimmte
Energien der Impulströme anzupassen.
Eine Reihenschaltung mit Varistoren kann zur besseren Kontrolle
der Ansprechspannung und der Leckströme bei einer erwarteten Alterung
der Funkenstrecke dienen.
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Die in der 3 gezeigte Kombination mit einem Spannungsteiler
bzw. einem weiteren Varistor ist ebenfalls zur besseren Einstellung
der Ansprechspannung der Funkenstrecke nutzbar. Auch wird auf diese
Weise die Einstellung der Leistungsfähigkeit der Feinschutzfunktion
der Zündeinrichtung
verbessert.
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Das Prinzipschaltbild nach der 4 zeigt Möglichkeiten
des Einsatzes von Kaltleitern in einer aktiven Zündeinrichtung mit einem Übertrager
zur Erhöhung
der Zündspannung.
Hierdurch werden die Gestaltungsmöglichkeiten der Funkenstreckengeometrie
erweitert und es können
durch die Einflußnahme
auf das Ansprechen des eingesetzten Schaltgeräts auch andere Kriterien außer der
Spannung zum Auslösen
der Funkenstrecke nutzbar gemacht werden. Dies können z.B. Ströme, Spannungsänderungen
oder ähnliches
im Längspfad,
Querpfad bzw. auch in den zu schützenden
Geräten
selbst sein.
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Bei einer aktiven Zündeinrichtung
ist eine Anordnung ohne strom- bzw. energiebegrenzende Teiler bevorzugt.
Beim Einsatz einer solchen Schaltung wird nach dem Ansprechen des
Schaltelements, welches passiv aber auch aktiv ausgelöst werden kann,
der Gesamtspannungsabfall des Ableiters nahezu ausschließlich durch
den Kaltwiderstand und die Übertragerwicklung
bestimmt.
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Kleinere Impulsströme werden
somit direkt über
die Zündeinrichtung
und ohne jegliche Belastung oder Einbindung der Funkenstrecke abgeleitet. Die
Energie und die Höhe
der Ströme,
welche nicht zum Ansprechen der Funkenstrecke führen, können in einfacher Weise durch
die Ansprechspannung der Teilfunkenstrecke, das Leistungsvermögen des Übertragers,
durch ein Begrenzungselement, z.B. Varistor und Zündkreis,
bzw. parallel zum Übertrager und
durch die Gestaltung der Funkenstrecke selbst eingestellt werden.
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Zusätzlich ergibt sich durch den
Spannungsabfall über
dem Kaltleiter, welcher durch den Kaltwiderstand und die Charakteristik
des Kaltleiters bei unterschiedlichen Strömen bestimmt wird, die Möglichkeit
der Steuerung des Ansprechens der Funkenstrecke, da bei einem zu
geringen Spannungsabfall selbst bei der Zündung der Vorentladung die
Funkenstrecke nicht gezündet
werden kann.
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Bei optimierter Abstimmung der Funkenstrecke
und der Zündeinrichtung
kann bei einer aktiven Zündeinrichtung
sogar die Belastung der Funkenstrecke durch die Vorentladungen auf
ein Minimum begrenzt werden.
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Bei höheren Impulsströmen wird
infolge des höheren
Energieeintrags und des höheren
Spannungsabfalls die Funkenstrecke schneller gezündet, so daß der Spannungsabfall über dem
Kaltleiter auf Werte unterhalb des Schutzpegels begrenzt bleibt.
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Bei TOV-Belastungen und gegebenenfalls vorhandenen
Folgeströmen
wird der Strom in die Zündeinrichtung
durch den Kaltleiter unabhängig vom
Ansprechen der Funkenstrecke selbsttätig begrenzt. Bei einigen dieser
Beispiele kann, wie erläutert,
auch die Kombination eines Kaltleiters mit einem Widerstand, einer
Induktivität
oder aber auch einem Varistor zur Vergrößerung des Regelbereichs von Vorteil
sein.
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Insbesondere bei einer aktiven Zündung der Funkenstrecke,
wie in 4 gezeigt, ist
zu beachten, daß die
Sekundärwicklung
des Übertragers
und die Impedanz Z3 bzw. auch des Varistors und ein eventuell vorhandenes
Schaltgerät,
z.B. ein Gasableiter, auch durch einen Teilstrom nach dem Zünden der Vorentladung
zwischen einer der Hauptelektroden und der Hilfselektrode stark
belastet werden kann. Diese Belastung steigt insbesondere bei langen
Verzugszeiten bis zum Zünden
der Funkenstrecke zwischen den Hauptelektroden 1 und 2 an.
Besonders kritisch für
diese Bauelemente sind jedoch solche Belastungen, bei denen zwar
die Vorentladung gezündet
wird, jedoch die Hauptfunkenstrecke nicht durchzündet. In solchen Fällen kann
insbesondere bei erhöhten
Spannungen der Strom auch von vorhandenen Varistoren oder Schaltgeräten nicht
beherrscht werden und die eingesetzten Bauelemente der Zündeinrichtung
würden überlastet.
Als Schutzmöglichkeit bieten
sich hier neben der Einbindung eines weiteren Kaltleiters auch der
Einsatz einer Kapazität,
z.B. als Z3, an. Durch die Kapazität wird der mögliche Stromfluß über die
Sekundärseite
des Übertragers
begrenzt. Die Einbindung einer solchen Kapazität stellt jedoch mit Blick auf
die erforderlichen Energien zum Zünden der Funkenstrecke keine
Einschränkung
dar.
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Beim Einsatz eines Kaltleiters innerhalb
von Zündeinrichtungen
ergibt sich eine weitere vorteilhafte Möglichkeit der Steuerung des
Verhaltens der Überspannungs-Schutzanordnung.
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Die Erhöhung des Widerstandswerts eines Kaltleiters
kann durch eine von außen
einwirkende Erwärmung
bewirkt werden. Durch eine zielgerichtete Erwärmung des Kaltleiters, z.B.
durch den Einsatz bei höheren
Umgebungstemperaturen bzw. durch eine Heizwicklung oder ähnliches,
kann die Empfindlichkeit der Zündeinrichtung
auch unabhängig
von Überspannungen
eingestellt werden. Durch eine weitere, drastische künstliche Überhitzung
besteht darüber
hinaus die Möglichkeit,
die Zündeinrichtung
quasi zu passivieren, wodurch sich die Ansprechspannung des Ableiters
bis auf die natürliche
Ansprechspannung der Funkenstrecken zwischen den beiden Hauptelektroden 1 und 2 erhöht.