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Die Erfindung betrifft einen Zündstromkreis für einen Überspannungsschutz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Der Zündstromkreis für einen Überspannungsschutz, welcher in den Bereich elektrischer Schutzschaltungen fällt, sind zur Begrenzung von Überspannung in einem geschützten Leitungsnetz bestimmt. Der Überspannungsschutz besteht aus einer Funkenstrecke für den Überspannungsschutz, welche mit einer ersten Eingangsklemme sowie mit einer zweiten Eingangsklemme versehen ist und welche dreipolig mit dem Zündstromkreis für den Überspannungsschutz verbunden ist.
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Im Rahmen der bekannten Lösungen für einen Zündstromkreis für einen Überspannungsschutz erfolgt eine Induktion einer primären Transformatorspule direkt durch Aktivieren eines Gasblitzschutzes durch einen Überspannungsimpuls. Dieser Stromkreis ist einfach, allerdings hängt seine korrekte Funktionsweise von einer Intensität des Impulsanstiegs ab und somit wird – unter ungünstigen Umständen, wenn die Intensität des Impulsanstiegs gering ist, also bei einem kleinen Wert in Bezug auf das Verhältnis zwischen der Spannungsableitung und der Zeitableitung – die Hilfselektrode der Funkenstrecke nicht aktiviert. Die Entladung entzündet sich nicht zwischen der ersten Hauptelektrode und der zweiten Hauptelektrode der Funkenstrecke. Dies hat zur Folge, dass der auf diese Weise konzipierte Überspannungsschutz nicht funktioniert.
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Die Behebung dieser Unzulänglichkeit erfolgt teilweise durch andere Zündstromkreise für den Überspannungsschutz unter Einsatz eines Kapazitätsteilers sowie eines Gasblitzschutzes. Ein Beispiel für einen komplizierteren Zündstromkreis mit einem Kapazitätsteiler zeigt die Patentschrift
GB 1 076 679 „Improvements in Triggered Spark Gap Type Surge Arrestors for D. C. Circuits”. Eine vereinfachte Schaltung ist im Patent
US 6 111 740 „Overvoltage protection system and overvoltage protection element for an overvoltage protection system” beschrieben. Der Nachteil dieser Zündstromkreise besteht im Schwingungscharakter des Stromverlaufs innerhalb des Zündstromkreises für den Überspannungsschutz. Wenn der Schwingungsstrom in der sekundären Transformatorspule den Nullpunkt durchläuft, kann die Entladung zwischen der ersten Hauptelektrode bzw. der zweiten Hauptelektrode und der Hilfselektrode der Funkenstrecke erlöschen. In solch einem Fall wird die Entladung zwischen der ersten Hauptelektrode und der zweiten Hauptelektrode der Funkenstrecke nicht aktiviert. Dies hat zur Folge, dass die Schutzfunktion für den Überspannungsschutz fehlt. Anstelle des Kapazitätsteilers wird auch ein Teiler mit spannungsbegrenzenden Halbleiterelementen verwendet, z. B. wie im Patent
US 4 683 514 „Surge voltage protective circuit arrangements” gezeigt ist.
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Bei einem anderen bekannten Zündstromkreis für einen Überspannungsschutz, welche zum Bestandteil des Dokuments
FR 2 902 579 „Electrical installation protection device i. e. surge suppressor, has triggering unit passing spark gaps from blocking state, in which gaps oppose current circulation, to passing state, in which gaps permit fault current to flow in branches” gehört bzw. welche im Dokument
US 2003/0007303 „Pressure-resistant encapsulated air-gap arrangement for the draining off of damaging perturbances due to overvoltages” enthalten ist, handelt es sich um eine Lösung für die oben genannten Unzulänglichkeiten durch Verwendung eines kombinierten Teilers mit einem Varistor und einem Kondensator. Durch diesen Zündstromkreis für einen Überspannungsschutz werden bis zu einem gewissen Grad die Nachteile der bekannten beseitigt, aber der Schwingungscharakter des Stromverlaufs innerhalb des Zündstromkreises für den Überspannungsschutz bleibt weiter erhalten und damit das Problem, dass eine Entladung zwischen der ersten Hauptelektrode und der zweiten Hauptelektrode der Funkenstrecke gelöscht wird, was zur Folge hat, dass die Schutzfunktion für den Überspannungsschutz fehlt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Unzulänglichkeiten der bekannten Zündstromkreise zu vermeiden und die Schutzfunktion zu verbessern.
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die aufgeführten Unzulänglichkeiten werden bis zu einer gewissen Weise durch einen Zündstromkreis für einen Überspannungsschutz beseitigt, welche dreipolig mit einer Funkenstrecke für den Überspannungsschutz verbunden ist, die mit einer ersten Eingangsklemme sowie mit einer zweiten Eingangsklemme versehen ist und deren Wesen darin besteht, dass eine Hilfselektrode für die Funkenstrecke mit einer Serienschaltung mit einem ersten Varistor sowie mit einen Ende einer sekundären Transformatorspule verbunden ist, deren zweites Ende mit einer zweiten Hauptelektrode für die Funkenstrecke sowie mit der zweiten Eingangsklemme verbunden ist, wobei ein Ende einer primären Transformatorspule mit einer Serienschaltung aus einem Gasblitzschutz sowie mit einem zweiten Varistor, einem Widerstand und einem Kondensator verbunden ist, welche mit dem zweiten der mit der zweiten Eingangsklemme verbundenen Ende der primären Transformatorspule verbunden ist, wobei der Anschlusspunkt, durch welchen der zweite Varistor mit dem Widerstand verbunden ist, mit dem Anschlusspunkt verbunden ist, durch welchen die erste Eingangsklemme mit der ersten Hauptelektrode für die Funkenstrecke verbunden ist.
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Der Überspannungsschutz ist durch die Funkenstrecke gebildet, welche mit der ersten Hauptelektrode versehen ist sowie mit der zweiten Hauptelektrode und mit einer Hilfselektrode zum einfacheren Durchbruch zwischen der ersten Hauptelektrode und der zweiten Hauptelektrode, wofür der Zündstromkreis für den Überspannungsschutz dient.
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Die Vorteile dieses Zündstromkreises für den Überspannungsschutz bestehen in verbesserten Entzündungsfähigkeiten infolge der Funktion für diesen Teil der Zündstromkreis für den Überspannungsschutz, welcher sich auf der primären Transformatorseite befindet.
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Für die sichere Funktion des Zündstromkreises für den Überspannungsschutz ist von Vorteil, wenn ein wärmeempfindlicher Trennschalter, welcher über die thermische Kopplung mit dem zweiten Varistor verbunden ist, entweder mit der Serienschaltung mit dem zweiten Varistor verbunden ist oder in der Verbindungslinie zwischen dem Anschlusspunkt, durch welchen der zweite Varistor mit dem Widerstand verbunden ist und dem Anschlusspunkt, durch welche die erste Eingangsklemme mit der ersten Hauptelektrode für die Funkenstrecke verbunden ist, zwischengeschaltet ist bzw. dass der wärmeempfindliche Trennschalter zwischen der primären Transformatorspule und dem Gasblitzschutz zwischengeschaltet ist.
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Durch die genannte vorteilhafte Ausführung des Zündstromkreises für den Überspannungsschutz, welche zusätzlich mit einem wärmeempfindlichen Trennschalter versehen ist, kann der Zündstromkreis für den Überspannungsschutz bei einer Wärmeüberlastung sowie einer nicht zulässigen Erhitzung oder einer Überhitzung des zweiten Varistors vom geschützten Leitungsnetz getrennt werden. Dadurch lassen sich eine Beschädigung bzw. Folgeschäden infolge von Schäden am gesamten Überspannungsschutz verhindern.
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Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschema einer Schaltung einer Funkenstrecke für den Überspannungsschutz, welche mit einer ersten Eingangsklemme sowie mit einer zweiten Eingangsklemme versehen ist und welche dreipolig mit dem Zündstromkreis verbunden ist,
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2 das generelle Schema für die Schaltung der Funkenstrecke für den Überspannungsschutz sowie für den Zündstromkreis,
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3 das generelle Schema für die Schaltung der Funkenstrecke für den Überspannungsschutz sowie für die Zündstromkreis, welche mit einem wärmeempfindlichen Trennschalter versehen ist, der über eine thermische Kopplung mit dem zweiten Varistor verbunden ist sowie gleichzeitig zwischen dem zweiten Varistor und dem Anschlusspunkt, durch welchen die erste Eingangsklemme mit dem Widerstand verbunden wird, zwischengeschaltet ist,
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4 das generelle Schema für die Schaltung der Funkenstrecke für den Überspannungsschutz sowie für den Zündstromkreis, welche mit einem wärmeempfindlichen Trennschalter versehen ist, der über eine thermische Kopplung mit dem zweiten Varistor verbunden sowie gleichzeitig zwischen einem Gasblitzschutz und dem zweiten Varistor zwischengeschaltet ist,
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5 das generelle Schema für die Schaltung der Funkenstrecke für den Überspannungsschutz sowie für den Zündstromkreis, welche mit einem wärmeempfindlichen Trennschalter versehen ist, der über eine thermische Kopplung mit dem zweiten Varistor verbunden ist sowie gleichzeitig in der Verbindungslinie zwischen dem Anschlusspunkt, durch welchen der zweite Varistor mit dem Widerstand verbunden ist und dem Anschlusspunkt, durch welchen die erste Eingangsklemme mit der ersten Hauptelektrode für die Funkenstrecke verbunden ist, zwischengeschaltet ist und
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6 das generelle Schema für die Schaltung der Funkenstrecke für den Überspannungsschutz sowie für den Zündstromkreis, welche mit einem wärmeempfindlichen Trennschalter versehen ist, der über eine thermische Kopplung mit dem zweiten Varistor verbunden sowie gleichzeitig zwischen der primären Transformatorspule und dem Gasblitzschutz zwischengeschaltet ist.
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Der Überspannungsschutz nach 1 besteht aus einer Funkenstrecke 4 für den Überspannungsschutz, welche mit einer ersten Eingangsklemme 2 sowie mit einer zweiten Eingangsklemme 3 versehen ist und welche dreipolig mit einem Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz verbunden ist.
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Die Grundschaltung des Zündstromkreises 1 für den Überspannungsschutz nach der 2 besteht darin, dass eine Hilfselektrode 7 für die Funkenstrecke 4 mit einer Serienschaltung mit einem ersten Varistor 8 sowie mit dem einen Ende einer sekundären Spule 14 eines Transformators 13 verbunden ist, deren zweites Ende mit der zweiten Hauptelektrode 6 für die Funkenstrecke 4 sowie mit der zweiten Eingangsklemme 3 verbunden ist. Dabei ist ein Ende einer primären Spule 15 des Transformators 13 mit einer Serienschaltung mit einem Gasblitzschutz 10 sowie mit einem Varistor 9, einem Widerstand 11 und einem Kondensator 12 verbunden. Der Kondensator 12 ist mit dem zweiten Ende der primären Spule 15 des Transformators 13 verbunden, der an die zweite Eingangsklemme 3 angeschlossen ist. Der Anschlusspunkt, durch welchen der zweite Varistor 9 mit dem Widerstand 11 verbunden ist, ist mit dem Anschlusspunkt verbunden, durch welchen die erste Eingangsklemme 2 mit der ersten Hauptelektrode 5 für die Funkenstrecke 4 verbunden ist.
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Der Wert des Widerstands 11 beträgt mindestens das Zweifache der zweiten Wurzel aus dem Quotienten der Induktivität der primären Spule 15 des Transformators 13 und der Kapazität des Kondensators 12.
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Der vorteilhafte Zündstromkreisschaltungen 1 für den Überspannungsschutz verfügt über einen wärmeempfindlichen Trennschalter 17, welcher über eine thermische Kopplung 16 mit dem zweiten Varistor verbunden 9 ist. In der einfachsten Ausführung kann die Ausführung des wärmeempfindlichen Trennschalters 17 als Wärmesicherung erfolgen, wie 3 zeigt.
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Der vorteilhafte Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz 3 verfügt über den wärmeempfindlichen Trennschalter 17, welcher über die thermische Kopplung 16 mit dem zweiten Varistor 9 verbunden sowie gleichzeitig zwischen dem zweiten Varistor 9 und dem Anschlusspunkt zwischengeschaltet ist, durch welchen die erste Eingangsklemme 2 mit dem Widerstand 11 verbunden ist.
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Der vorteilhafte Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz nach 4 verfügt über einen wärmeempfindlichen Trennschalter 17, welcher über die thermische Kopplung 16 mit dem zweiten Varistor 9 verbunden ist sowie gleichzeitig zwischen dem Gasblitzschutz 10 und dem zweiten Varistor 9 zwischengeschaltet ist.
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Der vorteilhafte Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz nach 5 verfügt über einen wärmeempfindlichen Trennschalter 17, welcher über die thermische Kopplung 16 mit dem zweiten Varistor 9 verbunden ist sowie gleichzeitig in der Verbindungslinie zwischen dem Anschlusspunkt, durch welchen der zweite Varistor 9 mit dem Widerstand 11 verbunden ist und dem Anschlusspunkt, durch welchen die erste Eingangsklemme 2 mit der ersten Hauptelektrode 5 für die Funkenstrecke 4 verbunden ist, zwischengeschaltet ist.
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Der vorteilhafte Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz 6 verfügt über einen wärmeempfindlichen Trennschalter 17, welcher über die thermische Kopplung 16 mit dem zweiten Varistor 9 verbunden ist sowie gleichzeitig zwischen der primären Spule 15 des Transformators 13 und dem Gasblitzschutz 10 zwischengeschaltet ist.
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Die Funktion des Basis-Zündstromkreises 1 für den Überspannungsschutz 2 besteht darin, dass sich im Zustand ohne Überspannung zwischen der ersten Eingangsklemme 2 und der zweiten Eingansklemme 3 eine Betriebsspannung für das geschützte Leitungsnetz befindet, welche nicht zur Entzündung des Gasblitzschutzes 10 ausreichend ist. Der Gasblitzschutz 10 ist über den zweiten Varistor 9 mit der ersten Eingangsklemme 2 sowie über die primäre Spule 15 des Transformators 13 mit der zweiten Eingangsklemme 2 verbunden. Sofern es zwischen der ersten Eingangsklemme 2 und der zweiten Eingangsklemme 3 zu Überspannungsimpulsen kommt, kommt es zur Entzündung des Gasblitzschutzes 10, wobei der zweite Varistor 9 sprungartig seinen Widerstand reduziert und der Stromimpuls, welcher durch die primäre Spule 15 des Transformators 13 läuft, induziert in seiner sekundären Spule 14 eine hohe Spannung, welche über den ersten Varistor 8 zur Hilfselektrode 7 geleitet wird. Anschließend kommt es zwischen der Hilfselektrode 7 und der ersten Hauptelektrode 5 oder der zweiten Hauptelektrode 6 für die Funkenstrecke 4 zur Entzündung der Entladung. Zur Aufrechterhaltung dieser Entladung trägt der erste Varistor 8 in der Form bei, dass er sprungartig seinen Widerstand reduziert. Infolge der Ionisierung des Raums zwischen der ersten Hauptelektrode 5 und der zweiten Hauptelektrode 6 für die Funkenstrecke 4 kommt es dann zur Entzündung der Entladung zwischen der ersten Hauptelektrode 5 und der zweiten Hauptelektrode 6 für die Funkenstrecke 4. Infolge dessen, dass die Spannung zwischen der ersten Hauptelektrode 5 und der zweiten Hauptelektrode 6 für die Funkenstrecke 4 abnimmt, nimmt der Strom ab, welcher durch die Hilfselektrode 7 fließt. Der erste Varistor 8 erhöht sprungartig seinen Widerstand, wodurch er zum Ausgangszustand zurückkehrt. Der Entladungsstrom vom aufgeladenen Kondensator 12 trägt über die primäre Spule 15 des Transformators 13 zur Erhöhung der Anfangsintensität des Stromimpulsanstiegs bei. Dadurch ist die Erhöhung der Induktionsspannung in der sekundären Spule 14 erhöht, wodurch die Zuverlässigkeit der aktivierenden beziehungsweise ionisierenden Wirkung der Hilfselektrode 7 verbessert wird. Der über den Widerstand 11 aufgeladene Kondensator 12 integriert durch seine Kapazität zwischen der ersten Eingangsklemme 2 und der zweiten Eingangsklemme 3 kurze Überspannungsimpulse, welche zur Entzündung des Gasblitzschutzes sowie anschließend zur Entzündung der Entladung zwischen der ersten Hauptelektrode 5 und der zweiten Hauptelektrode 6 für die Funkenstrecke 4 nicht ausreichen würden. Dadurch ist gewährleistet, dass die Schutzwirkung auch bei einer Folge von kürzeren Überspannungsimpulsen aufrechterhalten wird. Durch den Widerstand 11 wird der Schwingungscharakter des Stromverlaufs in dem Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz abgeschwächt, welcher durch das Vorhandensein des Resonanzstromkreises gegeben ist, der durch die Induktivität der primären Spule 15 des Transformators 13 und durch die Kapazität des Kondensators 12 gebildet ist. Der vorteilhafte Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz nach den 3 bis 6 subd zusätzlich mit einem wärmeempfindlichen Trennschalter 17 versehen, durch welchen der Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz bei einer Wärmeüberlastung sowie einer nicht zulässigen Erhitzung oder Überhitzung des zweiten Varistors 9 vom geschützten Leitungsnetz getrennt werden kann.
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Eine äquivalente Funktionsweise des Zündstromkreises 1 für den Überspannungsschutz ergibt sich auch bei Serienschaltung der Stromkreiselemente zweiter Varistor 9 und Gasblitzschutz 10 und/oder Widerstand 11 und Kondensator 12 in umgekehrter Reihenfolge, als es in den 2 bis 6 dargestellt ist.
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Der Zündstromkreis 1 für den Überspannungsschutz kann entsprechend dieser Lösung überall dort eingesetzt werden, wo Leitungsnetze durch Überspannung gefährdet sind. im Vergleich mit den bekannten Schaltungen verfügt diese Schaltung über eine verbesserte Entzündungsfähigkeit und bei Installation des wärmeempfindlichen Trennschalters sind Folgeschäden verhindert, welche sich infolge von Schäden am gesamten Überspannungsschutz ergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 1076679 [0004]
- US 6111740 [0004]
- US 4683514 [0004]
- FR 2902579 [0005]
- US 2003/0007303 [0005]
