DE19640997A1 - Überspannungsschutzsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überspannungsschutzsy­ stem für eine EMV-Schutzzone oder dergleichen gemäß der in den Gattungsmerkmalen des Patentanspruchs 1 näher bezeich­ neten Art.

Solche Überspannungsschutzsysteme werden danach ausgewählt, je nachdem wie spannungsfest die Geräte und elektrischen Anlagen sind, die in der jeweiligen EMV-Schutzzone instal­ liert werden. So bestehen beispielsweise bei Motoren, Gene­ ratoren oder Schützen weniger hohe Schutzanforderungen als es bei Elektronikgeräten, wie Computern, der Fall ist. Ent­ sprechend diesen differenzierten Anforderungen werden die EMV-Schutzzonen mit Überspannungsschutzgeräten ausgestat­ tet, die unterschiedliche Spannungsgrenzwerte zur Aktivie­ rung ihrer Ableitstrecken aufweisen.

Es ist ferner bekannt, energiereiche Transienten als auch energieschwächere Transienten, wie sie in Stromversorgungs­ netzen auftreten, mit Überspannungsschutzgeräten unter­ schiedlicher Dimensionierung beseitigen zu können. Entspre­ chend den Parametern der jeweiligen Ableiterbauelemente sind solche Überspannungsableiter für ein bestimmtes Ein­ satzgebiet und einen bestimmten Einsatzort konzipiert. Es kommt deshalb häufig vor, in Leitungsnetzwerken Überspan­ nungsableiter wenigstens zweistufig aufbauen zu müssen, um mit der ersten Stufe die größeren Energien einer Transiente abzuleiten und mit einer zweiten Stufe die verbleibenden energetisch geringeren Überspannungen auf für die ange­ schlossenen Geräte verträgliche Werte herabzusetzen. Immer häufiger werden noch weitere Ableitungsstufen notwendig, wenn es extrem empfindliche Geräte zu schützen gilt. Man hat es dann mit einer Kaskadierung der Ableitung zu tun, wie sie in der DE-43 17 191 A1 beschrieben ist. Der bauli­ che Aufwand einer solchen Kaskadierung der Ableitung ist sehr hoch.

Überspannungsschutzgeräte der ersten Stufe, die für die Ab­ leitung energetisch hoher Transienten bestimmt sind, haben in der Regel einen anderen Aufbau als diejenigen nachgeord­ neten Überspannungsschutzgeräte, die dem Feinschutz dienen. So weisen Überspannungsschutzgeräte zur Ableitung hochener­ getischer Transienten üblicherweise eine Funkenstrecke auf, die funktionsbedingt eine Zündenergie benötigt, damit sich der zur Ableitung erforderliche Lichtbogen überhaupt aus­ bilden kann. Schon von daher war es bislang nicht möglich, in einem Überspannungsschutzsystem mit einem einzigen Über­ spannungsschutzgerät zur Ableitung aller vorkommenden Tran­ sienten auszukommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Über­ spannungsschutzsystem der gattungsbildenden Art zu schaf­ fen, bei dem man innerhalb der betreffenden EMV-Schutzzone mit einem einzigen Überspannungsschutzgerät zur Ableitung sowohl der energiereicheren als auch der energieschwächeren Transienten auskommt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei einem Überspan­ nungsschutzsystem der gattungsgemäßen Art durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Für das erfindungsgemäße Überspannungsschutzsystem ist we­ sentlich, daß der Spannungsgrenzwert des Überspannungs­ schutzgerätes entsprechend der Ableitung der energiereichen Transienten, die in der betreffenden EMV-Schutzzone vorkom­ men, ausgelegt wird, die Aktivierung der Ableitstrecke aber auch dann erfolgt, wenn energieschwächere Transienten auf­ treten, die in der Auswertelektronik erfaßt werden. Über die Auswertelektronik wird umgehend der Zündgenerator ange­ steuert, der die Ableitstrecke im Überspannungsschutzgerät aktiviert, hier also solche Bedingungen schafft, wie sie sonst nur bei der Ableitung der energiereicheren Transien­ ten auftreten. Ist auf diese Weise die Ableitstrecke des Überspannungsschutzgerätes in Aktion, werden auch die ener­ gieschwächeren Transienten abgeleitet, die für sich nicht in der Lage wären, die Ableitstrecke des Überspannungs­ schutzgerätes, wie die Funkenstrecke eines Überspannungsab­ leiters, zu zünden.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an Aus­ führungsbeispielen noch näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine grundsätzliche Schaltungsanordnung für ein Überspannungsschutzsystem in einer EMV-Schutzzone,

Fig. 2 eine erweiterte Schaltungsanordnung für ein sol­ ches Überspannungsschutzsystem mit einer Datener­ fassung,

Fig. 3 eine Variante hinsichtlich der Ausbildung der Auswertelektronik und der zugehörigen Sensoren und des Überspannungsschutzsystems und

Fig. 4 eine weitere Variante für die Auswertelektronik und die damit verbundene Rückmelde-Elektronik des Überspannungsschutzsystems.

Im einzelnen erkennt man in Fig. 1 die beiden Leiter L und N einer Einphasen-Wechselstromzuleitung in einer abzusi­ chernden EMV-Schutzzone. Dazu ist zwischen den Leitern L und N ein Überspannungsschutzgerät 1, nämlich ein Überspan­ nungsableiter mit einer zündbaren Funkenstrecke, angeord­ net. Dem Überspannungsgerät 1 ist eine Elektronikeinheit 7 mit einem Zündgenerator 8 vorgeschaltet, der unter den nachstehend noch beschriebenen Voraussetzungen die Funken­ strecke des Überspannungsschutzgerätes 1 auch dann zündet, wenn die zwischen den Leitern L und N auftretenden Über­ spannungen, die für die in der EMV-Schutzzone abzusichern­ den elektrischen Geräte bereits schädlich sind, noch nicht ausreichen, um die Ableitstrecke im Überspannungs-Schutz­ gerät 1 zu zünden. In diesem Fall wird die zu akti­ vierende Ableitstrecke im Überspannungsschutzgerät 1 fremdgesteuert, wozu wiederum der Zündgenerator 8 einen entsprechenden Zündimpuls erhalten muß. Dazu kann die Elek­ tronikeinheit 7 eine monostabile Kippstufe aufweisen, wel­ che die Entladung eines geladenen Spannungsspeichers als Zündgenerator 8 über das Überspannungsschutzgerät 1 aus­ löst.

Über eine Leitung 10 wird der Elektronikeinheit 7 ein digi­ taler Zündimpuls übermittelt, der in einer Auswertelektro­ nik 2 erzeugt wird. Die Auswertelektronik 2 ist mit einem ersten Sensor 4 ausgestattet, der mit den spannungsführen­ den Leitern L und N in der EMV-Schutzzone so verbunden ist, daß er jegliche Art von Spannungs-Transienten erfaßt. Glei­ ches gilt für einen zweiten Sensor 5 hinsichtlich der zu ermittelnden Stromtransienten, die ebenso zu abzuleitenden Überspannungen führen können. Ein dritter Sensor 6 ist in der Auswertelektronik 2 vorgesehen, um in analoger Weise auf den Frequenzzustand und eventuell unzulässige Frequenz­ änderungen, die eine Überspannung zur Folge haben können, überwachen zu können. Die drei Sensoren 4, 5 und 6 sind mit einem Schwellwertdetektor 3 verbunden, der die Signale der Sensoren 4, 5 und 6 derart verarbeitet, daß bei irgendwie gearteten Transienten, also sowohl bei energieschwächeren als auch bei energiereicheren Transienten, den Zündgenera­ tor 8 in der Elektronikeinheit 7 über die Leitung 10 ein Zündimpuls zugeleitet wird.

An die Auswertelektronik 2 ist ein Elektronikteil 9 ange­ gliedert, welches über eine Rückmeldungsleitung 11 an dem Überspannungsschutzgerät 1 angeschlossen ist. Auf diesem Wege nimmt das Elektronikteil 9 eine Rückmeldung des Zünd­ erfolgs des Überspannungsschutzgerätes 1 entgegen, bleibt hingegen eine solche Rückmeldung aus, wird über den Schwellwertdetektor 3 der Auswertelektronik 2 erneut über die Leitung 10 ein Zündimpuls an den Zündgenerator 8 gege­ ben. Dies kann zusätzlich davon abhängig gemacht werden, welche augenblicklichen Meßwerte sich an den Sensoren 4, 5 und 6 ergeben.

Fig. 2 veranschaulicht die Anbindung eines Bussystems 12 an die Auswertelektronik 2, die hier unmittelbar an das Elek­ tronikteil 9 für die Rückmeldung des Zünderfolgs ange­ schlossen ist. Das Bussystem 12 weist eine Mehrzahl von De­ kodiereinheiten 14 auf, deren Anzahl sich nach den zu er­ fassenden Funktions- und Zustandsdaten richtet. Sämtliche Daten können in einem Datenerfassungssystem 13 abgespei­ chert und bei Bedarf abgerufen werden. Hier können Werte für die Zündhäufigkeit, die Alterung der Bauelemente und gegebenenfalls bei der Einbindung mehrerer Schutzeinrich­ tungen auch der Ort der gemessenen Überspannung festgehal­ ten werden. Über das Datenerfassungssystem 13 kann ferner das Elektronikteil 9 angesteuert werden, um erforderlichen­ falls Tests durchzuführen, also über den Schwellwertdetek­ tor 3 der Auswertelektronik 2 den Zündgenerator 8 anzusteu­ ern.

Fig. 3 zeigt eine für das in Rede stehende Überspannungssy­ stem bestimmte Regelelektronik 2, aus der die Sensoren 4, 5 und 6 für die Erfassung der Zustände der Spannung der Strö­ me und der Frequenz ausgegliedert sind. Diese Sensoren 4, 5 und 6 sind hier über elektrische oder optische Leitungen mit der Auswertelektronik 2 verbunden, wobei hier Lichtwel­ lenleiter mit den entsprechenden opto-elektrischen Koppel­ vorrichtungen ebenso wie bei den anderen Leitungen des ge­ samten Überspannungsschutzsystems den Vorzug haben, EMV-beeinflussungsfrei zu sein. So kann in einer zu schützenden EMV-Zone auf einer Etage das Überspannungsschutzgerät 1 (Fig. 1 und 2) im Etagenverteiler plaziert sein, die Aus­ wertelektronik 2 hingegen zu Beginn eines Kabelkanals eines Raumes, während die Sensoren 4, 5 und 6 jeweils an den An­ schlüssen eines EMV-empfindlichen Gerätes im Kabelkanal an­ geordnet werden.

Fig. 4 gibt eine Variante wieder, bei der die Auswertelek­ tronik aufgeteilt ist, so ist hier jedem der drei Sensoren 4, 5 und 6 für den Spannungs-, Strom- und den Frequenzzu­ stand jeweils ein Auswertelektronikteil 2', 2'' und 2''' zugeordnet, wobei alle drei Auswertelektronikteile hier mit einem gemeinsamen Elektronikteil 9 zusammengeschaltet sind, welches mit der Rückmeldungsleitung 11 mit dem Überspan­ nungsschutzgerät 1 (Fig. 1 und 2) verbunden ist und aus dem ferner die Leitung 10 für den Zündgenerator 8 ausgeführt ist. So besitzt jedes der drei Auswertelektronikteile 2', 2'', 2''' einen eigenen Schwellwertdetektor 3', 3'', 3''', was dennoch insgesamt den baulichen Aufwand verringern kann, da nur ein einziges Elektronikteil 9 insbesondere für die hierüber vorzunehmende Datenerfassung benötigt wird. Vor allem können mit dieser Ausführung je nach Einsatzfall unterschiedliche Sensoren 4, 5 oder 6 mit einem entspre­ chenden Schwellwertdetektor 3 Verwendung finden.

Claims (10)

1. Überspannungsschutzsystem für eine EMV-Schutzzone oder dergleichen mit zumindest einem Überspannungsschutzge­ rät, das eine bei Überschreiten eines Spannungsgrenzwer­ tes aktivierte Ableitstrecke aufweist, wie die Funken­ strecke oder Gasentladungsstrecke eines zündbaren Über­ spannungsableiters, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder in der Schutzzone wenigstens eine auch unterhalb des Spannungsgrenzwertes liegende Transienten von Spannung, Strom und/oder Frequenz erfassender Aus­ wertelektronik (2) angeordnet ist, die ein Aktivierungs­ signal für einen Zündgenerator (8), wie einen geladenen Spannungsspeicher, auslöst, wodurch der Zündgenerator (8) eine wenigstens dem Spannungsgrenzwert entsprechende Aktivierungsspannung auf das Überspannungsschutzgerät (1) gibt.

2. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertelektronik (2) einen oder mehrere Schwellwertdetektoren (3) mit integrierten oder damit verbundenen Sensoren (4, 5, 6) zur Erfassung des jewei­ ligen Spannungs-, Strom- und/oder Frequenzzustandes, insbesondere deren Transienten, in der Schutzzone auf­ weist.

3. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündgenerator (8) Teil einer Elektronikeinheit (7) ist, die auf die Funktionswerte, insbesondere die Aktivierungsspannung, des jeweiligen Überspannungs­ schutzgerätes (1) abstimmbar ist.

4. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (7) und/oder die Auswertelek­ tronik (2) mit einem Datenerfassungssystem (13) zur Überwachung der Spannungs-, Strom- und/oder Frequenzzu­ stände und/oder Funktionswerte des jeweiligen Überspan­ nungsschutzgerätes (1) verbunden ist.

5. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Elektronikeinheit (7) bzw. der Auswertelektronik (2) mit dem Datenerfassungssystem (13) aus einem Bussystem (12) besteht.

6. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Auswertelektronik (2) ein Elektronikteil (9) angeschlossen oder angegliedert ist, das über eine Rück­ meldungsleitung (11) mit dem Überspannungsschutzgerät (1) zur Erfassung der Aktivierung der Ableitstrecke ver­ bunden ist und im Falle der Nichtaktivierung die Auswer­ telektronik (2) zur erneuten Auslösung des Aktivierungs­ signals für den Zündgenerator (8) ansteuert.

7. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronikteil (9) mit an das Datenerfassungs­ system (13) angeschlossen ist, welches für die Speiche­ rung der Aktivierungshäufigkeit des Überspannungsschutz­ gerätes (1) und für Testaktivierungen eingerichtet ist.

8. Überspannungsschutzsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronikteil (9) und der Schwellwertdetektor (3) baulich zusammengefaßt und über entsprechende Lei­ tungen mit der räumlich davon getrennten Auswertelektro­ nik (2) verbunden sind.

9. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Sensoren (4, 5 und 6) für den Spannungs-, Strom- und den Frequenzzustand mit einem jeweils zuge­ ordneten Auswertelektronikteil (2', 2'', 2''') und Schwellwertdetektor (3', 3'', 3''') zusammengefaßt ist und die hierdurch gebildeten drei Funktionsgruppen mit einem gemeinsamen Elektronikteil (9) zur Erfassung der Aktivierung des Überspannungsschutzgerätes (1) verbunden sind.

10. Überspannungsschutzsystem nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen bzw. das Bussystem (10, 11, 12) innerhalb des Systems Lichtwellenleiter mit entspre­ chenden opto-elektrischen Koppelvorrichtungen aufweisen.