DE3111021C1

DE3111021C1 - Schutzeinrichtung gegen elektrostatische Aufladungen für schutzisolierte elektrische Geräte

Info

Publication number: DE3111021C1
Application number: DE19813111021
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Högener; Dietmar Höreth; Helmut 8000 München Koeth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-20
Filing date: 1981-03-20
Publication date: 1982-11-11

Description

Die vollständige isolationsmäßige Trennung zwischen Eingang und Ausgang kann nun den Aufbau von elektrostatischen Ladungen in dem Bereich der Schutzisolation durch atmosphärische Einwirkungen, Einkopplungen oder Störfelder begünstigen. Zur Vermeidung von unkontrollierten Entladungen ist ein Ableitelement A vorgesehen, das einen Überspannungsableiter Fund einen Begrenzungswiderstand R enthält und das Gehäusepotential mit dem Netzpotential verkoppelt. Der Überspannungsableiter ist in Verbindung mit dem Begrenzungswiderstand von 7 m oder höher so dimensioniert, daß sich eine Spannungsbegrenzung von ca. 800 V einstellt, oberhalb der eine Ableitung von elektrostatischen Ladungen aus dem Schutzisolationsbereich auf das Netz erfolgt, ohne den maximal zulässigen Ableitstrom zu überschreiten. Das Ableitelement A selbst ist entsprechend den Schutzisolationsbauvorschriften so vollständig gekapselt, daß die zugehörigen Mindestabstände sichergestellt sind.
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Claims

Patentansprüche: 1. Schutzeinrichtung gegen elektrostatische Aufladungen für schutzisolierte elektrische Geräte, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ableitelement (A) zum Ableiten von elektrostatischen Aufladungen vorgesehen ist, das aus einem Überspannungsableiter (F) und einem in Reihe dazu angeordneten Begrenzungswiderstand (R) besteht und daß das Ableitelement (A) zwischen dem schutzisolierten, zu elektrostatischen Aufladungen neigenden Bereich und dem Netzpotential (UN) angeordnet ist.
2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitelement (A) so dimensioniert ist, daß es bei Spannungsunterschieden, die größer als 800 V sind, anspricht.
3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzungswiderstand (R) einen Widerstandswert von mindestens 7 M hat.
4. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ableitelement (A) vollständig gekapselt ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung gegen elektrostatische Aufladungen für schutzisolierte elektrische Geräte.

Elektrostatische Aufladungen von Geräten oder Geräteteilen entstehen durch atmosphärische Einwirkungen, Einkopplungen aus anderen Geräten oder auch durch Störfelder, die im Gerät selbst erzeugt werden.

Insbesondere bei Reibungen unterschiedlicher Materialien miteinander, wie z. B. Walzbewegungen oder Papiertransport in Büromaschinen bauen sich elektrostatische Ladungen auf, die sich auf Grund der hohen Schutzisolation nicht über Erdpontential entladen können. Damit kommt es bei Berührungen durch Bedienpersonen oder auch allgemein gegenüber der Umgebung zu unkontrollierten sporadischen Entladungen. Diese Entladungen führen zu Funktionsstörungen der Geräte, wobei insbesondere hochempfindliche integrierte Schaltkreise durch die hohen Spannungsspitzen Schaden nehmen können.

Bei netzbetriebenen elektrischen Geräten, die primär und sekundärseitig mit einem gemeinsamen Erdpotential verbunden sind (Schutzleiteranschluß nach VDE Schutzklasse 1), sind derartige elektrostatische Aufladungen bisher nicht aufgetreten. Erst durch die Verwendung von Netzteilen in Verbindung mit den durch die VDE-Schutzklasse II verlangten hohen Anforderungen an die Schutzisolation traten derartige elektrostatische Aufladungen in störender Weise auf.

Bei Freileitungen, Kabeln oder Nachrichtenübertragungssystemen ist es bekannt, zur Ableitung von Überspannungen sogenannte Überspannungsableiter zu verwenden, die nach dem Gasentladungsprinzip arbeiten. Nach Überschreiten der Zündspannung, die typenabhängig zwischen 70 und 12 000 V liegen, wird innerhalb von Nanosekunden im hermetisch dichten Ladungsraum ein kontrollierter Lichtbogen gezündet, der die Überspannung kurzschließt.

Wegen der geringen Bogenbrennspannung der Überspannungsableiter treten dabei kurzzeitig extrem hohe Ableitströme (bis zu 60 kA) auf. Ein derartig hoher Kurzschlußstrom stört jedoch bei Freileitungen und Kabeln nicht, da die auftretende Energiespitze extrem kurz ist und nach Abklingen der Entladung der Überspannungsableiter wieder einen ungestörten Betrieb sicherstellt.

Dies gilt jedoch nicht für elektrostatische Aufladungen, wie sie bei schutzisolierten Geräten auftreten können. Bei diesen Geräten ist nach VDE nur ein maximaler Ableitstrom von 0,25 mA zugelassen. Außerdem muß hier das Ableitelement zwischen seinen beiden Polen einen Mindestabstand von 8 mm auflheisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzeinrichtung für schutzisolierte elektrische Geräte bereitzustellen, die es ermöglicht, störende elektrostatische Aufladungen im Schutzisolationsbereich abzuleiten, ohne dabei die Schutzfunktion der Isolation zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird bei einer Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Ableitelement zum Ableiten von elektrostatischen Aufladungen vorgesehen ist, daß aus einem Überspannungsableiter und einem in Reihe dazu angeordneten Begrenzungswiderstand besteht und daß das Ableitelement zwischen dem schutzisolierten, zu elektrostatischen Aufladungen neigenden Bereich und dem Netzpotential angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Verwendung eines an sich bekannten Überspannungsableiters in Verbindung mit einem Begrenzungswiderstand und einer geeigneten Verbindung der Teile, die Ladungen aufnehmen können, mit dem Netzpotential, werden derartige elektrostatische Ladungen sicher abgeleitet, ohne den maximal zulässigen Ableitstrom zu überschreiten. Damit wird erreicht, daß sich die zu schützenden Teile maximal auf das Potential des Überspannungsableiters aufladen können.

Dabei stellt eine Spannungsbegrenzung auf ca. 800 V einen störungsfreien Gerätebetrieb sicher. Spannungsspitzen, die auf seiten des Netzes auftreten, können durch den hohen Begrenzungswiderstand von ca. 7 m nicht auf den schutzisolierten Bereich durchgreifen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die F i g. I zeigt ein vereinfachtes Schaltbild des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung.

Eine Stromversorgungseinrichtung für ein elektrisches Gerät enthält einen Schaltumrichter, der in der Figur schematisch durch einen Eingangstransformator dargestellt ist. Dieser Transformator koppelt den hier nicht dargestellten Schaltumrichter mit seiner Spannung UA an die Netzspannung UN Gemäß den VDE-Vorschriften hinsichtlich der Schutzklasse II ist damit der Umrichterbereich mit seinem Gehäuse und dem Gehäusepotential vollständig von dem Netzpotential getrennt. Die Isolation selbst ist hier schematisch durch eine Ersatzschaltung mit Isolationswiderstand RI und eine Isolationskapazität Cldargestellt.