DE202006016649U1

DE202006016649U1 - Überspannungsschutz für eine Spannungsversorgung

Info

Publication number: DE202006016649U1
Application number: DE202006016649U
Authority: DE
Original assignee: LEUTRON GmbH
Current assignee: LEUTRON GmbH
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2016-11-01

Abstract

Überspannungsschutz für eine Spannungsversorgung bestehend aus einer Schutzschaltung mit einem eingangsseitigen Grobschutz (10) und einem ausgangsseitigen Feinschutz (30) sowie einer zwischen dem Grobschutz (10) und dem Feinschutz (30) angeordneten Entkopplung (20), wobei die Bauelemente des Grobschutzes (10), des Feinschutzes (30) und der Entkopplung (20) zueinander eng benachbart auf einem gemeinsamen Bauteileträger (41) in einem gemeinsamen Gehäuse (40) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz für eine Spannungsversorgung.
Schaltungen für einen Überspannungsschutz sind allgemein bekannt. Es werden einzelne Varistoren im Spannungsnetz angeordnet, die über eine geeignete Verdrahtung mit einem Filter verbunden sind, welcher zur Entkopplung zwischen einem Grobschutz und einem ausgangsseitig vorgesehenen Feinschutz dient.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß derartige Überspannungsschutzschaltungen problematisch sind, da durch die diskreten Verdrahtungen zum Filter die Sperrwirkung unkontrolliert beeinflußt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungsschutz für eine Spannungsversorgung anzugeben, die über eine weite Bandbreite eine gute Sperrwirkung gegen Überspannungen jeder Art aufweist.
Die Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die aus einem eingangsseitigen Grobschutz und einem ausgangsseitigen Feinschutz sowie einer zwischen dem Grobschutz und dem Feinschutz angeordneten Entkopplung bestehende Schutzschaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Bauelemente des Grobschutzes, die Bauelemente des Feinschutzes und die Bauelemente der Entkopplung eng benachbart auf einem gemeinsamen Bauteileträger in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
Aufgrund der engen Anordnung der Bauteile zueinander werden Leitungsinduktivitäten vermieden und damit eine Beeinträchtigung des verwendeten Filters weitgehend eliminiert. Die Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse schirmt die Schutzschaltung gegen äußere Einflüsse, insbesondere EMV-Einflüsse ab, so daß eine fehlerfreie Funktion auch unter schwierigen Einsatzbedingungen gewährleistet ist.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß aufgrund der eng benachbart angeordneten Bauteile ohne Funktionsbeeinträchtigung eine hervorragende Schutzwirkung erzielt wird.
Die Bauteile des Grobschutzes und des Filters und/oder des Feinschutzes und des Filters, zweckmäßig alle Bauteile des Überspannungsschutzes, sind auf dem insbesondere als Platine mit Leitungsbahnen ausgebildeten Bauteileträger mit geringem Abstand voneinander angeordnet, wobei als geringer Abstand ein Abstand von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm zwischen den Bauteilen verstanden wird.
Zur elektromagnetischen Abschirmung ist das Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, insbesondere als Aluminiumgehäuse ausgebildet.
Vorteilhaft besteht der Grobschutz aus Varistoren, wobei ein Varistor über einen Überspannungsableiter mit dem Erdleiter verbunden ist. Zweckmäßig sind beide Varistoren des Grobschutzes über einen gemeinsamen Überspannungsableiter mit der Erde verbunden, wobei über den Überspannungsableiter der Grobschutz galvanisch vom Erdleiter getrennt ist. Zweckmäßig wird hierzu als Überspannungsableiter ein gasgefüllter Überspannungsableiter verwendet.
Die Entkopplung zwischen dem Grobschutz und dem Feinschutz ist als Filter ausgebildet, der als Gleichtaktfilter, Gegentaktfilter bzw. Tiefpaßfilter gestaltet sein kann. Ein derartiger Filter besteht aus einer in jeder Leitung angeordneten Reihenschaltung aus einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand, sowie aus einem zwischen den Leitungen der Phase angeschlossenen Kondensator. Die Induktivitäten sind zweckmäßig als Längsspulen ausgebildet, während die ohmschen Widerstände jeweils als Spule mit einem Eisenkern ausgebildet sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im Einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
In der Figur ist eine Schaltung eines erfindungsgemäßen überspannungsschutzes dargestellt.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt einen einphasigen Überspannungsschutz, bei dem zwischen dem Eingang der Leitungen L1 und N und dem Ausgang L'1 und N' eine Anordnung aus Grobschutz 10 und Feinschutz 30 angeordnet ist, die durch ein Filter 20 entkoppelt sind.
Der Grobschutz 10 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Varistoren 11, 12, die gemeinsam über einen Überspannungsableiter 13 mit einem Erdleiter PE verbunden sind. Über den Überspannungsableiter 13 ist der Grobschutz 10 galvanisch vom Erdleiter PE getrennt, wobei der Überspannungsableiter 13 bevorzugt als gasgefüllter Überspannungsableiter ausgebildet ist, der das Auftreten von Leck- und Ableitströmen verhindert. Dadurch wird gewährleistet, daß die Varistoren 11 und 12 keinen permanenten Leckstrom ausbilden, was zur Korrosion am Erdleiter führen kann. Nur bei Auftreten einer Überspannung schaltet der Überspannungsableiter durch, so daß nur kurzzeitig ein Strom über den Erdleiter PE fließt.
Der eine Varistor 11 ist über eine Abtrennvorrichtung 15 mit der Eingangsleitung L1 verbunden, während der andere Varistor 12 über eine Abtrennvorrichtung 14 mit dem Leiter N des Eingangs verbunden ist. Die Abtrennvorrichtungen 14 und 15 bilden eine Temperaturüberwachung für die Varistoren 11 und 12 und sind zweckmäßig zum Beispiel durch ein Temperaturlot gebildet. Schmilzt das Temperaturlot aufgrund einer entsprechenden Überlastung der Varistoren, wird der überlastete Varistor vom Netz getrennt. Dies ist mit dem Zeichen 9 und dem Doppelpfeil schematisch dargestellt.
Zwischen dem Potentialpunkt 17 zwischen der Abtrennvorrichtung 15 und dem Varistor 11 sowie dem Potentialpunkt 18 zwischen der Abtrennvorrichtung 14 und dem Varistor 12 ist eine Betriebsanzeige geschaltet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel eine optische Anzeige ist. Eine derartige optische Anzeige wird zweckmäßig durch eine LED 16 gebildet, die vorteilhaft über einen nicht gezeigten Vorwiderstand anschlußrichtig die Potentialpunkte 17 und 18 miteinander verbindet und somit bei anliegender Spannung zwischen L1 und N leuchtet. Die leuchtende LED 16 zeigt die Betriebsbereitschaft des Grobschutzes 10 an.
Zwischen den Anschlüssen L'1 und N' des Ausgangs ist innerhalb des gemeinsamen Gehäuses 40 ein Varistor 31 angeordnet, der als Feinschutz auftretende differentielle Spannungen egalisiert. Grobschutz 10 und Feinschutz 30 sind über das Filter 20 entkoppelt, wobei das Filter 20 als Gleich-/Gegentaktfilter ausgebildet sein kann. Er besteht aus einer in jeder Leitung L1/L'1 und N/N' angeordneten Reihenschaltung aus einer Induktivität 21 und einem ohmschen Widerstand 22. Die Induktivität 21 ist zweckmäßig als Längsspule ausgebildet, während der ohmsche Widerstand 22 als Spule mit einem Eisenkern 43 gestaltet ist. Die Induktivitäten 41 und die Spulen 42 in den parallelen Leitungszweigen L1/L'1 und N/N' sind gleich ausgebildet. Zwischen diesen Leitungszweigen ist ferner ein Kondensator 24 vorgesehen, der zusammen mit den Reihenschaltungen aus Induktivität 21 und ohmschem Widerstand 22 einen Tiefpaßfilter darstellt. Zweckmäßig können die Bauelemente 21 und 22 und/oder die Widerstände 22 der Leitungszweige magnetisch gekoppelt sein.
Das Filter 20 entkoppelt Grobschutz 10 und Feinschutz 30 einerseits und eliminiert die Transienten aus dem speisenden Spannungsnetz. Schnelle, hochfrequente Impulse, Oberwellen oder dgl. können durch den Tiefpaß eliminiert werden, so daß eine an den Ausgang L'1 und N' angeschlossene Elektronik optimal geschützt ist.
Spricht aufgrund einer Überlastung eine Abtrennvorrichtung 14 bzw. 15 an, wird der überlastete Varistor 11 bzw. 12 vom Netz getrennt und die Betriebsanzeige durch die LED 16 erlischt. Trotz Abtrennen des Grobschutzes 10 vom Netz liegt auf der Ausgangsseite L'1/N' unverändert weiterhin die Versorgungsspannung an. Ein kontinuierlicher Betrieb bei Ausfall des Grobschutzes 10 ist damit gewährleistet.
Vorteilhaft liegen die Bauelemente des Grobschutzes 10, die Bauelemente des Filters 20 und die Bauelemente des Feinschutzes 30 auf einem gemeinsamen Bauteileträger 41, der in einem gemeinsamen Gehäuse 40 angeordnet ist. Das gemeinsame Gehäuse wird als Abschirmung genutzt und besteht zweckmäßig aus einem elektrisch leitendem Material, insbesondere Aluminium.
Um den Einfluß von Leitungsinduktivitäten signifikant zu reduzieren ist vorgesehen, die Bauelemente des Grobschutzes 10 und des Filters 20 und/oder des Feinschutzes 30 zueinander eng be nachbart auf dem Bauteileträger anzuordnen. Unter eng benachbart werden Bauteileabstände von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm verstanden.
Der Bauteileträger 41 ist zweckmäßig eine Platine mit Leitungsbahnen, die zur Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen von Grobschutz, Filter und Feinschutz dienen.

Claims

Überspannungsschutz für eine Spannungsversorgung bestehend aus einer Schutzschaltung mit einem eingangsseitigen Grobschutz (10) und einem ausgangsseitigen Feinschutz (30) sowie einer zwischen dem Grobschutz (10) und dem Feinschutz (30) angeordneten Entkopplung (20), wobei die Bauelemente des Grobschutzes (10), des Feinschutzes (30) und der Entkopplung (20) zueinander eng benachbart auf einem gemeinsamen Bauteileträger (41) in einem gemeinsamen Gehäuse (40) angeordnet sind.
Überspannungsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente des Grobschutzes (10) und der Entkopplung (20) und/oder des Feinschutzes (31) mit einem geringen Abstand von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm zueinander liegen.
Überspannungsschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteileträger (41) eine Platine mit Leitungsbahnen ist.
Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (40) ein Aluminiumgehäuse ist.
Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobschutz (10) galvanisch vom Erdleiter (PE) getrennt ist.
Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobschutz (10) aus Varistoren (11, 12) besteht.
Überspannungsschutz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Varistor (11, 12) des Grobschutzes (10) über einen Überspannungsableiter (13) mit einem Erdleiter (PE) verbunden ist.
Überspannungsschutz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter (13) ein gasgefüllter Überspannungsableiter ist.
Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplung als Filter (20) ausgebildet ist.
Überspannungsschutz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter als Gleichtaktfilter und/oder Gegentaktfilter ausgebildet ist.
Überspannungsschutz nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (20) ein Tiefpaßfilter ist.
Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (20) aus einer in jeder Leitung angeordneten Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand (22) und einer Induktivität (21) sowie aus mindestens einem zwischen den Leitungen (L1, N) angeschlossenen Kondensator (24) besteht.
Überspannungsschutz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität als Längsspule (21) ausgebildet ist.
Überspannungsschutz nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (22) als Spule mit einem Eisenkern (23) ausgebildet ist.
Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinschutz (30) aus einem zwischen den Leitungen der Phase angeschlossenen Varistor (31) besteht.
Überspannungsschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobschutz (10) eine Betriebsanzeige, vorzugsweise eine Leuchtdiode (16) aufweist.