DE4317191B4

DE4317191B4 - Verfahren zur Erstellung einer Anordnung zum Schutz eines Gerätes vor Überspannungen

Info

Publication number: DE4317191B4
Application number: DE19934317191
Authority: DE
Inventors: Johannes Prof. Dr.-Ing. Wiesinger; Wolfgang Dr.-Ing. Zischank; Peter Dr.-Ing. Hasse; Peter Dr.-Ing. Zahlmann
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 1993-05-22
Filing date: 1993-05-22
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2013-05-23
Also published as: DE4317191A1

Abstract

Verfahren zur Erstellung einer Anordnung zum Schutz eines Gerätes vor Überspannungen, wobei im Wege des Leitungszuges zunächst ein Blitzstromableiter (1) und dem nachgeordnet ein oder mehrere Überspannungsableiter (2–4) hintereinander angeordnet werden dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungselemente enthaltenden und eine Ableiterkombination bildenden Ableiter (1–4) jeweils eingangsseitig als zulässige Eingangsspannung durch eine Stoßspannung und als zulässiger Eingangsstrom durch einen Stoßstrom, sowie ausgangsseitig als Ausgangsspannung durch eine Leerlaufspannung und als Ausgangsstrom durch einen Kurzschlußstrom definiert sind und in ihrer Reihenfolge in der Kombination so aufeinander abgestimmt werden, daß die Ausgangsspannung (U_1A) und der Ausgangsstrom (I_A1) des Blitzstromableiters (1) der zulässigen Eingangsspannung (U_2E) und dem zulässigen Eingangsstrom (I_2E) des nächstfolgenden, ersten Überspannungsableiters (2) angepaßt ist, daß die Ausgangsspannung (U_2A) und der Ausgangsstrom (I_2A) des ersten Überspannungsableiters der zulässigen Eingangsspannung (U_3E) und dem zulässigen Eingangsstrom (I_3E) des nachfolgenden, zweiten Überspannungsableiters, sofern vorhanden, angepaßt ist und so fort, und daß die Ausgangsspannung (U_4A) und der Ausgangsstrom (I_A4) des letzten Überspannungsableiters (4) der zulässigen Eingangsspannung (U_EG) und dem zulässigen Eingangsstrom (I_EG) des zu schützenden Gerätes (G) angepaßt ist, wobei die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom des vorgeordneten Ableiters entweder kleiner oder gleich der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom des nachfolgenden Ableiters oder des zu schützenden Gerätes (G) gewählt wird.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Erstellung einer Anordnung zum Schutz eines Gerätes vor Überspannungen wobei im Wege des Leitungszuges zunächst ein Blitzstromableiter und dem nachgeordnet ein oder mehrere Überspannungsableiter hintereinander angeordnet werden (Oberbegriff des Anspruches 1).

Der derzeitige Trend, in elektrotechnischen und elektronischen Geräten eine immer größere Leistungsdichte zu realisieren, bringt eine wachsende Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen mit sich. Um die für diese Geräte und Systeme notwendige Versorgungszuverlässigkeit unter allen Umständen zu garantieren, erfolgt in immer stärkerem Maße der Einsatz von Überspannungsschutzmaßnahmen, die sich zum Teil nur an inneren Überspannungen, aber auch am direkten Blitzeinschlag orientieren. Hierbei erfolgte bisher die Anwendung derartiger Maßnahmen nur aufgrund der Eigenschaften des jeweils vorhandenen Gerätes, nicht aber wurden auch weitere Umstände wie die Bedingungen einer Gesamtanlage hinreichend berücksichtigt. Insbesondere besteht eine Problematik darin, daß bei Vorhandensein mehrerer Ableiter es dem jeweiligen Installateur überlassen blieb, wie er diese Ableiter innerhalb der Anlage und vor allen Dingen im Hinblick auf das zu schützende Gerät anordnet. Dies bedingt für den Installateur in der Praxis die Gefahr von Fehlern, für die er rechtlich zu haften hat. So können unkontrollierte Einsätze von Überspannungsableitern in einem Versorgungsnetz und in Bezug auf die zu schützenden Geräte oder auch Anlagen dazu führen, daß sich die Überspannungsschutzableiter gegenseitig in ihrer Wirkung blockieren, gegebenenfalls sogar zerstören.

Während in der bisher üblichen Installationstechnik überhaupt keine Koordination vorhanden war, hat man zu der letztgenannten Problematik in der Praxis zwei Wege entwickelt. Zum einen hat man zwischen den Ableitern relativ lange Kabel zur Schaffung entsprechender Kabelimpedanzen geschaltet. So waren Kabellängen von z.B. 6 m üblich. Nachteilig ist hierbei, daß genaue Vorgaben für den Installateur fehlen und daß der Ersatz eines bestimmten zu schützenden Gerätes durch ein zu schützendes Gerät mit anderen elektrischen Daten die bisher gegebene Koordination aller Ableiter unter sich und mit dem zu schützenden Gerät ganz oder teilweise aufhob. Darüber hinaus ist dieses Verfahren sehr grob, d.h. ungenau. Bedingt durch die ankommende Wellenform 10/350 μs werden für die Koordination des Blitzstromableiters und der Überspannungsableiter sehr große Kabellängen (siehe oben) benötigt. Abgesehen von den hiermit verbundenen Kosten ist dies auch aus praktischen Gründen nicht immer zu realisieren.

Aus dem Firmenkatalog der Firma DEHN + SÖHNE GMBH + CO. KG "ÜBERSPANNUNGSSCHUTZ", 1991, Seiten 6, 7, 10, 11 und 17 ist eine Anordnung bekannt, die zum Ableiten von schädlichen Überspannungen dient. Dabei ist zunächst ein Blitzstromableiter und dem in Richtung der ankommenden Überspannung nachgeordnet ein oder mehrere Überspannungsableiter hintereinander vorgesehen. In dieser Art ausgestaltete und installierte Schutzeinrichtungen konnten Schäden zur Folge haben, weil dabei nur auf die Spannung abgestellt wurde, nicht aber auf die Strombelastbarkeit. Denn Geräte, die lediglich spannungsmäßig koordiniert sind, müssen nicht in allen Fällen die auftretenden Ströme aushalten. Ähnliche Nachteile ergaben sich bei einem ferner bekannten Koordinationsprinzip, bei welchem die Ableiter mit steigendem Begrenzungspegel hintereinander angeordnet sind. Dieses Verfahren ist nur bei völlig neuen Projekten machbar und erfordert von dem jeweiligen Projektanten relativ große Detailkenntnisse, die aber in der Regel nicht vorhanden sind. Die vorstehend geschilderten Probleme für die praktische Arbeit des Installateurs und seine Verantwortung sind bei dem letztgenannten Verfahren noch größer.

Aus CH-PS 592 973 ist eine Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz einer Leitung bekannt, bei der mehrere Überspannungsableiter vorgesehen sind. Jeweils ein Überspannungsableiter ist in Serie mit einem Widerstand geschaltet. Die einzelnen Serienschaltungen von Überspannungsableitern und Widerständen sind parallel zueinander zwischen den zu schützenden Leitern geschaltet. Hierbei fehlt der für die Erfindung wichtige vorgeordnete Blitzstromableiter. Außerdem wird bei der Anordnung nach CH-PS 592 973 auf die Zündspannung der Überspannungsableiter abgestellt. Falls der Spannungsabfall an einem der Ableiter zu groß ist, so soll dann der nächste zünden u.s.w.. Dies setzt aber eine Kenntnis der Widerstandswerte, d.h. des inneren Aufbaues der einzelnen Überspannungsstrecken voraus. Diese Kenntnis steht aber in der Regel dem Anwender, nämlich dem eine solche Anlage oder Anordnung installierenden Handwerker, nicht zur Verfügung.

Aus JP 63-302 726 A . In: Patents Abst. of Japan, E- 739 April 7, 1989, Vol 13/No. 142 ist eine Anordnung zur Untersuchung von Stoßspannungen bekannt. Dabei sind zwei Gasableiter, Impedanzen und Suppressordioden hintereinander angeordnet. Dies dient allein der Spannungsreduzierung. Weder die Aufgaben- bzw. Problemstellung, noch die Lösung der Erfindung sind hiervon berührt.

Die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, sowie eine Anordnung so zu gestalten, daß eine einwandfreie Koordination der Ableiter untereinander und auf die Gegebenheiten der jeweiligen Anlage, sowie insbesondere auf das jeweilig zu schützende Gerät in einfacher und sicherer Weise erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gem. Anspruch 1 bzw. durch eine Anordnung gem. Anspruch 3 gelöst.

Hierzu ist zunächst, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, vorgesehen, daß die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom des Blitzstromableiters der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom des nächstfolgenden, ersten Überspannungsableiters angepaßt ist, daß die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom des ersten Überspannungsableiters der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom des nächstfolgenden, zweiten Überspannungsableiters (sofern vorhanden) angepaßt ist und so fort, und daß die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom des letzten Überspannungsableiters dieser Reihe der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom des zu schützenden Gerätes angepaßt sind, wobei die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom des vorgeordneten Ableiters entweder kleiner oder gleich der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom des nachfolgenden Ableiters oder des zu schützenden Gerätes gewählt wird. Die vorstehenden Begriffe "zulässige Eingangsspannung" und "zulässiger Eingangsstrom" sind diejenigen Werte in V bzw. A, die von dem betreffenden Gerät noch geführt werden können, ohne daß es beschädigt, u.U. sogar zerstört wird. Dies sind Daten, die sich aus dem Aufbau des Gerätes ergeben und daher sich nicht ändern. Somit können diese. Daten durch entsprechende Kennzeichnung an der Außenseite des betreffenden Ableiters vermerkt werden und stehen somit dem Installateur zur Verfügung. Die vorstehenden Begriffe "Eingangsspannung" und "Eingangsstrom" sind die im Zeitbereich des Ableitvorganges an der Eingangsseite auftretenden Spannungen und Ströme. Im Gegensatz zu dem erläuterten Stand der Technik ergibt sieh aufgrund der Abstimmung sowohl der Ausgangs- und Eingangsspannungen, als auch der Ausgangs- und der Eingangsströme der nacheinander angeordneten Ableiter eine Koordination dieser einzelnen Stufen. Der Blitzstromableiter bildet einen Grobschutz, mit dem ein aufgrund einer Blitzstörung ankommender großer Strom abgeleitet wird. Die Restgrößen an Strom und Spannung, welche der Blitzstromableiter ausgangsseitig abgibt, sind aber in der Regel noch zu groß, als daß sie für den hinreichenden Schutz des Endgerätes nur mit einem einzigen Überspannungsableiter bewältigt werden können. Aus diesem Grund sind die genannten, mehreren Überspannungsableiter in Abstufung und nacheinander vorgesehen. Zur Funktion sei noch darauf hingewiesen, daß der Blitzstromableiter nur in solchen Fällen zündet, in denen der ankommende Strom entsprechend groß ist. In anderen Fällen, z.B. bei Schaltüberspannungen, in denen der ankommende Strom relativ niedrig ist, zündet gleich derjenige der Überspannungsableiter, der in seinen bauteilspezifischen Daten zu der jeweils ankommenden Spannung paßt. Es ist also die Ableiterkette vom Blitzstrom-Ableiter über die Überspannungs-Ableiter strom- und spannungsmäßig untereinander und auf das Endgerät abgestimmt. Wesentlich ist in dem Zusammenhang, daß der Installateur sich nicht selber die Ableiter zu koordinieren braucht. Die zuvor erläuterten Probleme entfallen. Da das erfindungsgemäße Verfahren auf die Daten der Ableiter selber abstellt, ist deren Koordination und damit die Gesamtkoordination aus diesen Ableitern heraus selber gewährleistet und nicht erst durch externe Maßnahmen. Insbesondere entfällt die komplizierte und in der Regel für den Installateur nicht machbare Systemanalyse zur Sicherstellung der Koordination. Vielmehr übernimmt der Hersteller diese Aufgabe, indem er die entsprechende Kombination der Ableiter zusammenstellt und anbietet, und zwar nach der Lehre des Anspruches 1.

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung ist der Einsatz bei einem EMV-Blitz-Schutzzonen-Konzept. Hier geht es um die Bearbeitung komplexer Anlagen mit umfangreichen fernmeldetechnischen Einrichtungen, wie Fabriken, Rechenzentren und Kraftwerken. Die Erfindung ist also sowohl in Fällen der Energieübertragung, als auch der Datenübertragung zur Einrichtung eines entsprechenden Überspannungsschutzes einsetzbar. Elektronische Einrichtungen müssen dabei in der durch einen direkten oder nahen Blitzeinschlag gestörten elektromagnetischen Umwelt überleben oder sogar störungsfrei arbeiten können. Hierzu hat man das Gebiet in Schutzzonen unterteilt, die durch Schirmen des Gebäudes, der Räume und der Geräte unter Ausnutzung vorhandener metallener Komponenten, wie Metallfassaden, Armierungen, Metallgehäuse u.s.w. gebildet werden. Von der sogenannten Feldseite (Blitzschutzzone 0) aus, in der direkte Blitzeinschläge und ungedämpfte elektromagnetische Felder des Blitzes (LEMP) gegeben sind, folgen Schutzzonen mit abnehmender Gefährdung hinsichtlich leitungsgebundener Störungen und LEMP-Einwirkungen. An den Schnittstellen an den Übergängen zwischen den einzelnen Schutzzonen sind Ableiterkombinationen nach der Erfindung in Reihen hintereinander einsetzbar. Sie sind entsprechend der Zonengefährdung auszuwählen und zielgerichtet einzusetzen.

Sollten in den Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Ableitern noch geringe Spannungsabfälle bzw. induktive bzw. feldgekoppelte Einflüsse vorhanden sein, so ist dies nach der Lehre des Anspruches 2 mit der Erfindung kompensierbar.

Die hier noch auftretenden Impedanzen sollen so klein wie möglich gehalten werden.

Eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 wird in Anspruch 3 beansprucht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den darauf rückbezogenen Unteransprüchen enthalten. Dem durchführenden Installateur werden von der Fabrik her entsprechende Kombinationsmöglichkeiten solcher Ableiter zur Verfügung gestellt. Es ist bei jeder Kombination eine zueinander gehörende Reihe von Ableitern vorgesehen, die durch ihre angegebenen eingangsseitigen und ausgangsseitigen Spannungen und Ströme sowohl in ihrem elektrischen Verhalten definiert, als auch hieraus koordiniert sind. Die vorgenannten Kenndaten des jeweiligen Ableiters sind auf diesem angegeben. Hiermit sind diese Ableiter für den Einsatz in der Praxis hinreichend gekennzeichnet, ohne daß es notwendig ist, daß der damit arbeitende Installateur den inneren Aufbau dieser Geräte kennt. Wichtig ist, daß mit den vorgenannten angegebenen eingangsseitigen und ausgangsseitigen Spannungen und Ströme die für die Durchführung des Verfahrens dieser Erfindung erforderliche Staffelung der Ableiter entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit durchzuführen ist. Gemäß Anspruch 1 ist dabei darauf zu achten, daß die ausgangsseitige Leerlaufspannung eines vorgeordneten Schutzgerätes kleiner ist als die eingangsseitige Stoßspannung des nachfolgenden Schutzgerätes und schließlich am Ende der Kette- die eingangsseitige Stoßspannung des zu schützenden Gerätes. Weiterhin ergibt sich, daß der Kurzschlußstrom des vorgeordneten Ableiters kleiner zu sein hat als der maximal zulässige eingangsseitige Stoßstrom des nachfolgenden Ableiters bzw. des zu schützenden Gerätes (siehe hierzu auch Anspruch 1).

Solange gewährleistet ist, daß die Störungen, beispielsweise Störungen aus einer Blitz-Schutzzone 0 oder 0/E, auf Pegel begrenzt werden, die unterhalb der Grundfestigkeit der jeweils zu schützenden Geräte bzw. Systeme liegen, ist der Planer frei in der Koordination und Staffelung der Ableiter in Bezug auf die zu schützenden Geräte oder Systeme. Auf jeden Fall ist im Fall eines EMV-Blitz-Schutzzonen-Konzeptes sicherzustellen, daß Blitzströme bzw. Teilblitzströme an der Schnittstelle der Blitz-Schutzzonen 0 und 1 abgeleitet werden, so daß für die nachgeordneten Ableiter nur noch mit Störimpulsen, charakterisiert durch Stoßspannungen 1,2/50 μs und Stoßströme 8/20 μs zu rechnen ist. Diese Aufgabe können insbesondere Gleit- und Gasfunkenstrecken erfüllen, aber auch Ableiter mit Hochpaßeigenschaft. Auch wären Ableiter auf Varistorbasis einsetzbar.

Anspruch 4 beinhaltet eine Beschreibung der Ausgangsgrößen für Ableiter sowie zu schützende Geräte und Systeme. Somit kann man beispielsweise die Ausgangspegel von Ableitern durch eine Leerlaufspannung u von 1,2/50 μs (bei offenen Ausgangsklemmen) und einen Kurzschlußstrom i von 8/20 μs (bei kurzgeschlossenen Ausgangsklemmen) beschreiben. Mit den so normierten Daten ist eine koordinierte Auswahl der jeweils nachfolgenden Ableiter und die gewünschte Anpassung an die zu schützenden Geräte oder Systeme möglich. Dem Anwender können tabellarische Hilfen in die Hand gegeben werden, die ihm bei vorgegebenen zu schützenden Geräten die Kette der einzusetzenden Ableiter angeben, und zwar sowohl nach den Eingangs- und Ausgangsdaten der Ableiter, als auch deren Folge hintereinander. Der Installateur hat dabei die Sicherheit, daß hiermit die Vorschriften des EMV-Gesetzes eingehalten sind und er insoweit von der Verantwortung entlassen ist. In dem Zusammenhang wird auf die Ansprüche 6 und 8 verwiesen.

Als Entkoppelungselemente wurden bisher die Leitungen zwischen den einzelnen Ableitern verwendet. Eine Bestimmung der hierzu jeweils richtigen Leitungsdaten durch den Installateur ist aus den schon erläuterten Gründen schwierig und kann zu Fehlern führen. Demgegenüber sind die Entkoppelungselemente in den Ableitern selber vorgesehen.

Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen spart man hiermit die beim Stand der Technik zur Entkoppelung notwendigen langen Leitungen. Außerdem wird diese Entkoppelung nach der Erfindung fabrikmäßig hergestellt und den Ableitern eingegeben. Der ausführende Installateur braucht sich auch hier nur an die auch die Entkoppelung erfassenden Daten des jeweiligen Ableiters zu halten, nicht aber um eine Festlegung der Größe der jeweiligen Entkoppelung zu bemühen.

Anspruch 10 beinhaltet die Positionierung der Ableiter an den Schnittstellen von Blitzschutzzonen. Somit sind die einzelnen Ableiter entsprechend räumlich voneinander distanziert.

Dies gehört zu dem Einsatz der Erfindung bei einem EMV-Blitz-Schutzzonen-Konzept. Hierzu wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und der zugehörigen, im wesentlichen schematischen Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsmöglichkeiten. Dabei betreffen diese Ausführungsmög lichkeiten sowohl Verfahrensmaßnahmen, als auch Anordnungen.

In der Zeichnung zeigt:
1: die schematische Darstellung einer Anordnung von Ableitern einschließlich des zu schützenden Gerätes,
2: ebenfalls schematisch die Darstellung der Anwendung der Erfindung auf ein Blitz-Schutzzonen-Konzept.
3: eine Anordnung entsprechend 1, jedoch mit zusätzlichem Querschutz zwischen N und PE.
Die in 1 von links ankommende Überspannung trifft zunächst auf einen Blitzstromableiter 1, welcher aufgrund dieser Eingangsspannung U_1E gegen Erde ableitet. Hierzu ist der Blitzstromableiter 1 mit einer Funkenstrecke 6 versehen, die in der Zeichnung gestrichelt angedeutet ist. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Blitzstromableiters gibt die Möglichkeiten, große Energien abzuführen und ferner, bedingt durch die niedrige Brennspannung, die Koordination zu den nachfolgenden Überspannungsableitern 2, 3 und 4 mit geringem Aufwand zu realisieren.
Für die schematische Darstellung der Anpassung der Eingangs- und Ausgangsspannungen in der Zeichnung gilt:
U1A < U1E u.s.w.
sowie:
U2E – U1A + Ui1/2 u.s.w.
Ausgehend von der o.g. Beschreibung der Eingangs-Störgrößen für Ableiter sowie zu schützende Geräte und Systeme durch eine Stoßspannung 1,2/50 μs und einen Stoßstrom 8/20μs sind auch die Ausgangspegel von Ableitern durch eine Leerlaufspannung 1,2/50 μs (bei offenen Ableiterklemmen) und einen Kurzschlußstrom 8/20μs bei kurzgeschlossenen Ausgangsklemmen zu definieren.
Falls an den Ausgängen der Ableiter abweichende Impulsformen auftreten, sind die Wirkungsparameter u_max, ∫ udt, ∫ u²dt und u_max/T₁ sowie i_max, ∫ idt, ∫ i²dt und i_maX/T₁ zu bestimmen. Die mit den vorgenannten integral umschriebenen Spannungs-Zeitflächen u.s.w. sind ein Maß für die Eingangs- und Ausgangsgrößen der Ableiter, dienen also deren Bewertung. Die erfindungsgemäße Ableiterkombination stellt sicher, daß alle diese Parameter unter den für den Ableiter spezifizierten Kennwerten der Stoßspannung 1,2/50 μs und des Stoßstromes 8/20 μs liegen.
Mit den so normierten Ausgangsdaten ist eine koordinierte Auswahl der jeweils nachfolgenden Ableiter möglich. Insbesondere ist es möglich, diese Koordination bis zum zu schützenden Endgerät fortzusetzen und auch hierfür zu garantieren. Die für dieses Endgerät relevanten elektrischen Festigkeitswerte aus der jeweiligen Gerätenorm stellen die Grundlage für die Ausgangsgrößen der Ableiter dar. Somit ist eine Überlastung des Endgerätes verhindert. Die vorgenannten Festigkeitswerte, die sogenannte Grundfestigkeit, werden von einem Hybridgenerator bei dem jeweiligen zu schützenden Gerät ermittelt. Sie dürfen nicht überschritten werden. Der vorgenannte Hybridgenerator hat ebenfalls bei kurzgeschlossenen Ausgangsklemmen einen Kurzschlußstrom oder Wellenform 8/20 μs und gibt bei offenen Ausgangsklemmen eine Leerlaufspannung der Wellenform 1,2/50 μs ab. Die vorgeschalteten Ableiter gewährleisten, daß die Stoßspannungsfestigkeit und die Stoßstromfestigkeit des zu schützenden Gerätes nicht überschritten werden.
Die zuvor erläuterte Funkenstrecke 6 bewirkt eine Reduzierung des vom Blitzstromeinschlag oder dergleichen erzeugten, ursprünglichen 10/350 μs Impulses auf einen Impuls, der etwa der Wellenform 8/20 μs der Funkenstrecke entspricht. Hiermit wird also gegenüber dem nachgeordneten Verbraucher in vorteilhafter Weise die langgestreckte Wellenform der Blitzstromwelle mit dem Zünden der Funkenstrecke auf einen Bruchteil ihrer Länge reduziert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die bisher von den Leitungen zu bildenden Entkoppelungselemente sich in den Ableitern selber befinden, also durch deren Gestaltung ab Fabrik ebenso wie ihre Eingangs- und Ausgangsdaten elektrisch festliegen. Der Installateur kann mit Ableitern, die ihm solche Daten bieten, schnell und dabei sicher arbeiten. Derartige Entkoppelungselemente können beispielsweise sein: Widerstände, Induktivitäten, Kombinationen aus zumindest einem Widerstand und zumindest einer Induktivität, sowie Bauelemente mit nicht linearer Charakteristik, wie Kaltleiter.
2 zeigt schematisch die Blitzschutzzonen 0, 1 und 2 mit dem Blitzstromableiter 1 und zwei Überspannungsableitern 2, 3 sowie dem zu schützenden Gerät G. Dies zeigt, daß die erfindungsgemäße Ableiterkombination sich an den Schnittstellen der jeweiligen Blitz-Schutzzonen problemlos einsetzen läßt und zugleich den Schutz eines Endgerätes oder eines entsprechenden Systemes sicherstellt. Der Anwender (Installateur) hat lediglich die Ableiter in der angegebenen Reihenfolge 1 – 2 – 3 einzusetzen. Gegebenenfalls kann auch ein Ableiter weggelassen werden, z.B. der Ableiter 2. In diesem Fall ist der Ableiter 1 direkt mit dem Ableiter 3 verbunden. Bei dem vorgenannten Blitzschutzzonenkonzept kann die erläuterte Hybridbeanspruchung für die dort eingesetzten Ableiter simuliert werden.
3 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung des Blitzstromableiters 1 und der Überspannungsableitern 2 bis 7. Der Blitzstromableiter ergibt einen Schutz von L, N/PE, während die nachfolgenden Überspannungsableiter 2 bis 7 mit dem zu schützenden Gerät G auf der Steckdosen-Geräteebene zwischen L/N und N/PE einen Querschutz bilden.
In 3 ist ebenfalls das Prinzip der Erfindung verwirklicht, indem Ausgangsspannung und Ausgangsstrom des Blitzstromableiters 1 der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom der nächstfolgenden Kombination der Überspannungsableiter 2 und 5 angepaßt sind; deren Ausgangsdaten den Eingangsdaten der nächstfolgenden Kombination der Überspannungsableiter 3 und 6 angepaßt sind u.s.w, und schließlich Ausgangsspannung und Ausgangsstrom der Kombination der Überspannungsableiter 4 und 7 der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom des zu schützenden Gerätes angepaßt ist. Die beiden in 3 rechts jeweils mit "Geräte" bezeichneten Komponenten bilden zusammen das zu schützende Gerät.
Zusammengefaßt ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Ableiterkombination im Prinzip zwei Funktionen ausübt, nämlich zum einen das Reduzieren der von einem Blitzeinschlag her einlaufenden Strom-/Spannungspegeln. Im zweiten das erläuterte Koordinieren jedes der als Schutzgerät dienenden Ableiter zum Strom-/Spannungspegel des in Richtung zum Endgerät hin nächsten Ableiters, sowie letztlich zum zu schützenden Gerät selber.

Claims

Verfahren zur Erstellung einer Anordnung zum Schutz eines Gerätes vor Überspannungen, wobei im Wege des Leitungszuges zunächst ein Blitzstromableiter (1) und dem nachgeordnet ein oder mehrere Überspannungsableiter (2–4) hintereinander angeordnet werden dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungselemente enthaltenden und eine Ableiterkombination bildenden Ableiter (1–4) jeweils eingangsseitig als zulässige Eingangsspannung durch eine Stoßspannung und als zulässiger Eingangsstrom durch einen Stoßstrom, sowie ausgangsseitig als Ausgangsspannung durch eine Leerlaufspannung und als Ausgangsstrom durch einen Kurzschlußstrom definiert sind und in ihrer Reihenfolge in der Kombination so aufeinander abgestimmt werden, daß die Ausgangsspannung (U_1A) und der Ausgangsstrom (I_A1) des Blitzstromableiters (1) der zulässigen Eingangsspannung (U_2E) und dem zulässigen Eingangsstrom (I_2E) des nächstfolgenden, ersten Überspannungsableiters (2) angepaßt ist, daß die Ausgangsspannung (U_2A) und der Ausgangsstrom (I_2A) des ersten Überspannungsableiters der zulässigen Eingangsspannung (U_3E) und dem zulässigen Eingangsstrom (I_3E) des nachfolgenden, zweiten Überspannungsableiters, sofern vorhanden, angepaßt ist und so fort, und daß die Ausgangsspannung (U_4A) und der Ausgangsstrom (I_A4) des letzten Überspannungsableiters (4) der zulässigen Eingangsspannung (U_EG) und dem zulässigen Eingangsstrom (I_EG) des zu schützenden Gerätes (G) angepaßt ist, wobei die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom des vorgeordneten Ableiters entweder kleiner oder gleich der zulässigen Eingangsspannung und dem zulässigen Eingangsstrom des nachfolgenden Ableiters oder des zu schützenden Gerätes (G) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anpassung der Eingangsspannung des nächstfolgenden Ableiters an die Ausgangsspannung des ihm vorgeordneten Ableiters der Spannungsabfall (U_i), insbesondere der durch induktive Beeinflussung erzeugte Spannungsabfall der Verbindungsleitung zwischen den beiden vorgenannten Ableitern berücksichtigt wird.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ableiterkombination bildenden Ableiter (1–4) jeweils eingangsseitig durch ihre Stoßspannung und ihren Stoßstrom, sowie ausgangsseitig durch eine Leerlaufspannung 1,2/50 μs und einen Kurzschlußstrom 8/20 μs definiert und in ihrer Reihenfolge in der Kombination aufeinander abgestimmt sind.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei abweichenden Impulsformen an den Ausgängen der Ableiter eine Normierung der Ausgangsdaten erfolgt, indem die Wirkungsparameter u_max, ∫ udt, ∫ u²dt und u_max/T₁ sowie i_max, ∫ idt, ∫ i²dt und i_max/T₁ bestimmt werden, wobei die Dimensionierung so erfolgt, daß die mit den vorgenannten Integralen beschriebenen Spannungs-/Strom-/Zeitflächen unter den für den jeweiligen Ableiter liegenden Kennwerten der Stoßspannung 1,2/50 μs und des Stoßstroms 8/20 μs liegen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine Schaltung des Blitzstromableiters (1), welche die Überspannung zur Erde ableitet (L, N/PE) und durch eine Schaltung der Überspannungsableiter (2–7), welche die Überspannung zwischen den Leitungsanschlüssen (L/N und N/PE) ableiten und damit einen Querschutz darstellen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blitzstromableiter (1) als Überspannungsableitmittel eine Funkenstrecke (6) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke eine Reduzierung des ursprünglichen 10/350 μs Impulses auf einen Impuls etwa der Wellenform 8/20 μs bewirkt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkoppelungselemente Widerstände, Induktivitäten, Kombinationen aus zumindest einem Widerstand und einer Induktivität oder Bauelemente mit nichtlinearer Charakteristik sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableiter an den Schnittstellen von Blitzschutzzonen positioniert sind.