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Die Erfindung betrifft ein Überspannungsschutzmodul mit zumindest zwei parallel geschalteten Überspannungsschutzeinrichtungen.
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Hintergrund der Erfindung
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In vielen Bereichen der Elektrotechnik werden Überspannungsschutzeinrichtungen zur Verfügung gestellt. Die Überspannungsschutzeinrichtungen sollen eine nachgeschaltete Anlage vor zu hohen Spannungen schützen.
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Allerdings stellen auch die Überspannungsschutzeinrichtungen selbst eine Fehlerquelle dar.
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So kann eine nichterkannte Fehlfunktion einer Überspannungsschutzeinrichtung bei einem Überspannungsereignis zur Beschädigung der nachgeschalteten Anlage als auch - z.B. durch Leckströme durch die Überspannungsschutzeinrichtung - zu Bränden führen.
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Falls eine Überspannungsschutzeinrichtung sich unzulässig erwärmt, wird die Überspannungsschutzeinrichtung abgetrennt, um Brände zu vermeiden. Dieser Abtrennungszustand ist im Allgemeinen lokal angezeigt. Zusätzlich kann bei einigen Überspannungsschutzeinrichtungen auch eine Fernmeldung vorgesehen sein.
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Um das Drohen einer solchen Gefahr, z.B. durch Alterung, zu erkennen, wurde in der Vergangenheit ein großer Aufwand betrieben. Teilweise mussten hierfür die Überspannungsschutzeinrichtungen ausgebaut und getestet werden. Neuere Techniken versuchen die Alterung frühzeitig im eingebauten Zustand zu erkennen und lokal anzuzeigen.
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Diese Techniken sind jedoch vergleichsweise teuer. Zudem wurde - soweit eine Fernmeldung vorgesehen war - stets nur ein Zustand (entweder der Gefahrenzustand oder der Fehlerzustand) ferngemeldet.
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In der Vergangenheit wurden für bestimmte Anwendungsfälle zwei Überspannungsschutzeinrichtungen in einem Modul nebeneinander betrieben. Die Fehlfunktion zumindest einer der Überspannungsschutzeinrichtungen wurde sodann lokal am Modul angezeigt. Zusätzlich konnte auch eine Fernmeldung der Fehlfunktion zumindest einer der Überspannungsschutzeinrichtungen des Moduls vorgesehen sein. D.h. unabhängig davon, ob nur eine der Überspannungsschutzeinrichtungen oder beide Überspannungsschutzeinrichtungen fehlerhaft waren, wurde nur eine Fehlermeldung des Moduls über die Fernmeldung zur Verfügung gestellt.
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Überspannungsschutzeinrichtungen für höhere Leistungen bereitzustellen stellt dabei zudem einen hohen Kostenfaktor dar. Dabei steigen die Kosten im Verhältnis zur Leistung stark an.
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Ausgehend von dieser Situation ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Überspannungsschutzmodul zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht Überspannungsschutz kostengünstig und mit hoher Ausfallsicherheit bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst, durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Überspannungsschutzmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2a-2c eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Überspannungsschutzmoduls in drei verschiedenen Stadien,
- 3 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Überspannungsschutzmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
- 4 noch eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Überspannungsschutzmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschreiben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können.
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D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden, soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
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Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird ohne die Verwendung mehrerer Entitäten auszuschließen.
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In allgemeinster Form weist ein Überspannungsschutzmodul 1 gemäß der Erfindung zumindest zwei parallel geschaltete Überspannungsschutzeinrichtungen ÜSE1, ÜSE2 auf. Das Überspannungsschutzmodul 1 ist dabei zwischen einem stromführenden Leiter L und ein Ableitpotential, z.B. dem Erdpotential PE geschaltet. Andere Anschaltungen sind hierdurch explizit nicht ausgeschlossen.
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Das Überspannungsschutzmodul 1 verfügt über eine lokale mehrstufige Anzeige LA zur Anzeige von mindestens einem Betriebszustand („ok“-Zustand), einem Warnzustand und einem Defektzustand („Fehler“-Zustand), wobei weiterhin das Überspannungsschutzmodul 1 zumindest den Betriebszustand, den Warnzustand und den Defektzustand („Fehler“-Zustand) auch über eine Fernmeldeschnittstelle FM zur Verfügung stellt. D.h., der Betriebszustand, der Warnzustand als auch der Defektzustand werden lokal ermittelt.
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Der Defektzustand („Fehier“-Zustand) zeigt den Ausfall aller Überspannungsschutzeinrichtungen ÜSE1, ÜSE2 an.
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D.h. mittels der allgemeinsten Form werden nunmehr zwei (oder mehr) kostengünstige (weil leistungsärmere) Überspannungsschutzeinrichtungen parallel geschaltet. Der Teilausfall stellt nunmehr aber einen anderen Wert dar als ein Vollausfall. Daher wird nun sowohl lokal als auch über eine Fernmeldung signalisiert.
| ÜSE 1 | ÜSE 2 | FM |
| OK | OK | OK |
| OK | Defekt | Warnung |
| Defekt | OK | Warnung |
| Defekt | Defekt | Fehler |
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Es sei angemerkt, dass das vorstehende Prinzip nicht auf zwei Stufen einer Fernmeldung FM (Warnung, Fehler) beschränkt ist, sondern dass der Fachmann auch ohne weiteres weitere Stufen vorsehen kann.
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Alternative wäre es auch möglich den „ok“-Zustand und einen „Warn“-Zustand mittels der Fernmeldung FM auszugeben, sollte dies auf Grund anderer Sicherheitserwägungen favorisiert sein.
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Insbesondere können nunmehr Stecker mit einer Überspannungsschutzeinrichtung und einer Trennstellte bereitgestellt werden, die in ein Überspannungsschutzmodul stecker-artig eingesetzt werden. D.h., sollte eine der Überspannungsschutzeinrichtungen defekt sein, so kann diese ohne Beeinträchtigung der Funktion des Überspannungsschutzmoduls 1 (im laufenden Betrieb) getauscht werden. Da nunmehr aufgrund der Fernmeldung ersichtlich ist, ob nur eine Überspannungsschutzeinrichtung oder beide Überspannungsschutzeinrichtungen ÜSE1, ÜSE2 defekt sind, kann der entsprechende Servicetechniker die notwendigen Ersatz-Überspannungsschutzeinrichtungen entsprechender Weise zum Austausch mitnehmen.
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In den 1 und 3 sind als Beispiele einer Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1, ÜSE2 Varistoren im Schaltplan angegeben. Allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Ohne weiteres können die Überspannungsschutzeinrichtungen ÜSE1, ÜSE2 ausgewählt sein aus einer Gruppe aufweisend Varistoren, Gasableiter, Funkenstrecken, TVS-Dioden.
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Es sei weiterhin angemerkt, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, dass die Charakteristik der Überspannungsschutzeinrichtungen ÜSE1, ÜSE2 identisch ist. D.h. Die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 kann eine andere Charakteristik als die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2 aufweisen. Zudem können die Überspannungsschutzeinrichtungen ÜSE1, ÜSE2 unterschiedlich sein. D.h. während die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 ein Varistor ist könnte die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2 eine TVS-Diode sein.
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Z.B. kann eine Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 bewusst stärker ausgelegt sein als die andere Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2. Hier können z.B. unterschiedliches Ableitvermögen und/oder unterschiedliche mA Punkte und/oder unterschiedliche Spannungsgradienten etc. als unterschiedliche Charakteristika dienen.
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In einer solchen Anordnung ist zu erwarten, dass die (steckbar) schwächer ausgelegte Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2 immer zuerst defekt wird. In einem solchen Fall wäre es sogar denkbar eine Warnmeldung nur durch die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2 auszulösen, während im Falle des Defektes der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 immer auch die Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2 als fehlerhaft angenommen wird, sodass in diesem Fall auch immer die Defektmeldung über die Fernmeldung zur Verfügung gestellt wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung liegt dem Warnzustand eine logische „ODER“-Funktion zu Grunde, sodass der Ausfall einer Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 bei Betriebsfähigkeit einer anderen Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2 als Warnzustand erfasst und über die Fernmeldung FM signalisiert wird.
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Beispielsweise kann eine solche „ODER“-Funktion mechanisch, wie in den 2a-2c dargestellt bereitgestellt werden.
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Dabei werden z.B. zwei Schalter S1, S2 vorgesehen. Die Schalter können je nach verwendetem Übertragungsschema Schließer oder Öffner sein. Nunmehr ist angenommen, dass die Überspannungsschutzeinrichtungen (bzw. deren Trennstellen) das Auslösen/den Defekt mechanisch anzeigen können. Beispielhaft sind in den Figuren Stäbe aufgezeigt. Die Stäbe halten im „ok“-Zustand in 2a eine mechanische Wippe W gegen einen Schalter S2, während Schalter S1 nicht betätigt ist.
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Löst nun die Abtrenneinrichtung TS1 aus bzw. wird ein Defekt an der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1 signalisiert, so ändert sich die Position des zugehörigen Stabes. Nunmehr ist weder der Schalter S1 noch der Schalter S2 durch die mechanische Wippe W betätigt. Dieser Zustand ist in 2b dargestellt und entspricht dem „Warn“-Zustand.
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Löst nun auch die die Abtrenneinrichtung TS2 aus bzw. wird ein Defekt an der Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE2 signalisiert, so ändert sich die Position des zugehörigen Stabes. Nunmehr ist nur der Schalter S2 durch die mechanische Wippe W betätigt. Dieser Zustand ist in 2c dargestellt und entspricht dem „Fehler“-Zustand.
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Alternativ ist es aber auch möglich, dass im Warnzustand ein erster Schalter S1 und im Defektzustand ein zweiter Schalter betätigt wird.
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Ohne weiteres ist es natürlich auch möglich solche Funktionen elektrisch zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann - wie in 3 gezeigt - auch jede Überspannungsschutzeinrichtung ÜSE1, USE2 bzw. deren Trennstelle TS1, TS2 auf je einen Schalter S1, S2 mit zwei Schaltebenen einwirken. Dann kann mittels des vorgestellten Schaltplanes in einfacher Weise eine „UND“ (oberer Stromzweig) und eine „ODER“ Verknüpfung (unterer Stromzweig) bereitgestellt werden. Der „Warnzustand“ kann z.B. mittels einer lokalen Anzeige LA, z.B. einer gelben Leuchtdiode, YW und der „Fehler“-Zustand mittels einer weiteren lokalen Anzeige LA, z.B. einer roten Leuchtdiode, RD signalisiert werden. Natürlich ist dies nur beispielhaft zu verstehen und es wäre ebenso möglich einen Betriebszustand und einen Warnzustand anzuzeigen. Alternativ oder zusätzlich können die lokalen Anzeigen LA auch opto-mechanisch z.B. über Farbwechsel / Transparenzwechsel zur Verfügung gestellt werden.
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Ohne weiteres kann der Betriebszustand, der Warnzustand und der Defektzustand durch Auswertung der Schaltzustände mittels eines Microcontrollers oder einer einer geeigneten Kontrolleinreichtung, wie z.B. einer SPS-Steuerung, bereitgestellt werden. In diesem Falle bedarf es keiner hart-verdrahteten Schaltungslogik, sondern dies kann auch alternativ oder zusätzlich (z.B. bei sicherheitskritischen Anwendungen) elektronisch ausgeführt sein.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung ist die Bedienung eines Schalters als ein Öffnen oder Schließen oder Wechseln zu verstehen. D.h. sollte ein Schalter mehrere Schaltebenen haben, kann damit mit einem Schaltvorgang auch eine Ebene geschlossen werden während eine andere Ebene umgeschaltet wird.
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Ohne weiteres können aber auch - wie in
4 dargestellt - die Schalter
S1,
S2 dazu verwendet werden, einen Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen
R1,
R2 und
R3, zu ändern. Durch Änderung des Spannungsteilers kann die Ausgangsspannung
des Spannungsteilers verändert werden. Das Ausgangssignal kann zur (analogen oder digitalen) Ansteuerung der lokalen Anzeigen
LA als auch zur (analogen oder digitalen) Ansteuerung der Fernmeldung
FM verwendet werden. Beispielsweise kann eine lokale Anzeige mittels einer zwei-farbigen LED bereitgestellt werden.
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Ohne weiteres kann der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 ausgewählt sein aus einer Gruppe aufweisend elektro-mechanischer Schalter, elektronischer Schalter.
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Soweit die Erfindung in Bezug auf eine mechanische Anbindung der Überspannungsschutzeinrichtung beschrieben worden ist, ist dies nicht limitierend zu verstehen. Vielmehr kann jeglicher Mechanismus zur Erkennung eines Defektes einer Überspannungsschutzeinrichtung bzw. dem Auslösen der Trennstelle herangezogen werden. Insbesondere ist es z.B. auch möglich den Ausfall einer Überspannungsschutzeinrichtung durch Änderung der Lichtstärke einer Lichtschranke zu überwachen. Z.B. kann sich im Defektfall ein Lichtkanal abdunkeln. Werden zwei Überspannungsschutzeinrichtungen defekt, so führt due „doppelte“ Abdunkelung („Fehler“-Zustand) zu einem anderen Signal als nur die „einfache“ Abdunkelung („Warn“-Zustand).
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Im Ergebnis kann mittels der Erfindung ein vielseitig einsetzbares Überspannungsschutzmodul zur Verfügung gestellt werden, das in einfacher Weise sowohl eine lokale als auch eine Fernmeldung von mehreren Zuständen, insbesondere drei Zuständen („ok“,„Warn“,„Fehler“) bereitstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Überspannungsschutzmodul
- L
- stromführender Leiter
- PE
- Erdpotential
- LA
- Lokale Anzeige
- FM
- Fernmeldung
- TS1, TS2
- Trennstelle
- S1, S2
- Schalter
- ÜSE1, ÜSE2
- Überspannungsschutzeinrichtung
- S1, S2
- Schalter
- W
- Wippe
- RD
- Anzeige „Rot“
- YW
- Anzeige „Gelb“
- R1, R2, R3
- Widerstand
