WO2010046247A1

WO2010046247A1 - Schutzschaltung und messgerät mit einer solchen schutzschaltung

Info

Publication number: WO2010046247A1
Application number: PCT/EP2009/063178
Authority: WO
Inventors: Nicolai Fink; Jiri Karbula
Original assignee: Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2010-04-29
Also published as: DE102008043047A1

Abstract

Schutzschaltung, wobei die Schutzschaltung eingangs- und ausgangsseitig je mindestens zwei elektrische Anschlüsse (1, 2) aufweist, wobei ein eingangsseitiger Anschluss (1) mit wenigstens einem ausgangsseitigen Anschluss (2) elektrisch verbunden ist, wobei die Schutzschaltung mindestens eine erste Überspannungsschutzvorrichtung (3) umfasst, die im Fall einer elektrischen Spannung zwischen zwei eingangsseitigen Anschlüssen (1), die über einem ersten vorgegebenen Spannungswert liegt, mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse (1) kurz schliesst oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen (2) begrenzt, wobei die Schutzschaltung mindestens eine zweite Überspannungsschutzvorrichtung (4) umfasst, die im Fall einer elektrischen Spannung zwischen zwei eingangsseitigen Anschlüssen (1), die über einem zweiten vorgegebenen Spannungswert liegt, mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse (1) kurz schliesst oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen (2) begrenzt, wobei die Schutzschaltung mindestens eine Sicherungsvorrichtung (5) umfasst, die im Fall eines Stromflusses zwischen den eingangsseitigen Anschlüssen (1) mit einer Stromstärke, die über einem vorgegebenen Stromstärkewert liegt, den Stromfluss unterbricht.

Description

Schutzschaltung und Messgerät mit einer solchen Schutzschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung sowie ein Messgerät mit einer solchen Schutzschaltung.

Eine Schutzschaltung zum Schütze vor Überspannungen ist in der Messtechnik sehr wichtig, um die Betriebsbereitschaft in Anlagen der industriellen Prozess-Messtechnik bspw. zur Automatisierung chemischer und verfahrenstechnischer Prozesse jederzeit aufrechterhalten zu können.

Da Sensoren immer dort montiert werden, wo die jeweilige Messgröße auftritt, müssen diese Sensoren auch direkt vor Ort vor Überspannungseinflüssen geschützt werden. Wichtig ist, dass hier neben dem Schutz der Netzversorgungsleitungen auch in den Signaladern sowohl zur Sensorseite hin als auch zur Anlagenseite hin ein sicherer und unkomplizierter Schutz gegen statische Entladungen, Schaltvorgänge im Netz und angeschlossenen Geräten, und gegen induktive und kapazitive Einkopplungen verschiedenster Art erfolgt. Nur so können diese Störungen zuverlässig von wertvollen Mess- und Steuerkomponenten ferngehalten werden. Für einen Netzschutz kann ein Hochleistungs-Varistor Überströme bis zu 20 kA ableiten. Bei Überlast wird der Varistor sicher vom Netz getrennt und der Ausfall kann gemeldet werden.

Der Grobschutz der Signalleitungen kann durch hochbelastbare Gasabieiter realisiert werden: Tritt ein Überstrom auf, steigt die Spannung an integrierten, hochbelastbaren Widerständen an und bringt die Gasabieiter zum zünden. Die Ader wird gegen Erde kurzgeschlossen, die Gasabieiter können kurzfristig bis zu 10 kA ableiten. Der Feinschutz der Signalleitungen kann durch bipolare Transzorbdioden realisiert werden, die im Picosenkundenbereich schneller als der Grobschutz reagieren. Hier werden die Transienten mit hoher Anstiegsflanke abgefangen und gegen Erde kurzgeschlossen. Optional können integrierte Schmelzsicherungen bei Überlast des Überspannungsabieiters die Adern auch völlig abtrennen.

Kurze Überspannungsimpulse (sog. Transienten) werden durch betriebliche Schalthandlungen im Mittel- und Niederspannungsnetz, durch Motorschütze sowie durch das Löschen von Kurzschlussströmen im Schutzorgan verursacht. Blitzeinschiäge kommen ebenfalls als Ursache in Frage. Transienten treten häufig auf und erreichen oft Spitzenwerte von mehreren tausend Volt. In diesem Fall hängt die Sicherheit eines Benutzers von der Durchschlagsfestigkeit des Messgerätes ab.

Insbesondere Schaltnetzteile von Messgeräten, die eine zugehörige Mess- und Betriebselektronik mit Energie versorgen, benötigen einen Überspannungsschutz. Derartige Schaitnetzteile sind in den Patentanmeldungen DE 10 2005 044 7223 A1 und DE 10 2005 040 005A1 gezeigt.

Ein Schaltnetzteil, welches bspw. in ein Messgerät integriert ist, hat mehrere gesetzliche Anforderungen zu erfüllen, die zum Teil widersprüchlich sind, so dass es kaum möglich ist, diese gleichzeitig zu erfüllen. Einerseits muss ein

Schaltnetzteil einen Überiasttest gemäß IEC 61000-4-5 bestehen. Dafür muss das Messgerät bestimmte Impulsformen einer Stossspannung und/oder einer Stromspitze schadfrei überstehen, ohne dass die Sicherung auslöst. Andererseits muss ein Schaltnetztei! den Forderungen der Gerätesicherheit zufolge den Eingangsstromkreis beim Auftreten einer Überspannung unterbrechen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung vorzuschlagen, die gleichzeitig die Bestimmungen zur Gerätesicherheit und zur Durchführung eines Überspannungsschutztests erfüllt. Die Aufgabe wird durch eine Schutzschaltung und ferner durch ein Messgerät gelöst.

Bezüglich der Schutzschaltung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schutzschaltung eingangs- und ausgangsseitig je mindestens zwei elektrische Anschlüsse aufweist, wobei ein eingaπgsseitiger Anschiuss mit wenigstens einem ausgangsseitigen Anschiuss elektrisch verbunden ist, wobei die Schutzschaltung mindestens eine erste Überspannungsschutzvorrichtung umfasst, die im Fall einer elektrischen Spannung zwischen zwei eingangsseitigen Anschlüssen, die über einem ersten vorgegebenen Spannungswert Siegt, mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse kurz schließt oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen begrenzt, wobei die Schutzschaltung mindestens eine zweite Überspannungsschutzvorrichtung umfasst, die im FaI! einer elektrischen Spannung zwischen zwei eingangsseitigen Anschlüssen, die über einem zweiten vorgegebenen Spannungswert liegt, mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse kurz schließt oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen begrenzt, wobei die Schutzschaitung mindestens eine Sicherungsvorrichtung umfasst, die im Fall eines Stromflusses zwischen den eingangsseitigen Anschlüssen mit einer Stromstärke, die über einem vorgegebenen Strom stärke wert liegt, den Stromfluss unterbricht.

Durch die erfindungsgemäße Schutzschaltung wird gewährleistet, dass bspw. ein ausgangsseitig an die Schutzschaltung angeschlossenes elektrisches Gerät erstens einer Bestimmung zur Gerätesicherheit z.B. nach EN 61010- 1 :2001 genügt, indem die zweite Überspannungsschutzvorrichtung nach der Sicherungsvorrichtung angeordnet ist, damit die Sicherungsvorrichtung den Stromfluss ggf. unterbricht und zweitens der Forderung nach elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) genügt, indem durch die erste Überspannungsschutzvorrichtung, die vor der Sicherung angeordnet ist, ein Überspannungsschutztest gemäß IEC 61000-4-5 („Surge Test") erfüllt wird, ohne dass die Sicherungsvorrichtung den StromfSuss unterbricht.

Die erste Überspannungsschutzvorrichtung ist bspw. indem sie eine flinkere Ansprechzeit aufweist als die zweite Überspannungsschutzvorrichtung, so ausgelegt, dass sie nur Spannungsspitzen einer bestimmten Impulsform begrenzt, bspw. jene aus dem IEC „Surge Test". Die zweite Überspannungsschutzvorrichtung dagegen kann eine trägere Ansprechzeit und einen gegenüber dem ersten Spannungswert niedrigeren zweiten Spannungswert aufweisen. Durch eine solche Auslegung können sowohl die Anforderungen der elektrischen Gerätesicherheit als auch die Anforderungen des IEC „Surge Tests" erfüllt werden.

Somit kann eine Schutzschaltung, welche die Forderungen nach elektromagnetischer Verträglichkeit und Geräte-Sicherhett erfüllt, auf eine einfache, kostengünstig und technisch elegante Art und Weise realisiert werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung begrenzt die zweite Überspannungsschutzvorrichtung die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen oder schließt mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse kurz, im Falle dass die erste Überspannungsschutzvorrichtung ausfällt und einer elektrischen Spannung zwischen zwei eingangsseitigen Anschlüssen, die über einem zweiten vorgegebenen Spannungswert liegt. Bspw. aufgrund ihrer Auslegung oder aufgrund von Verschleiß kann die erste Überspannungsschutzvorrichtung eine auftretende Überspannung nur ungenügend ableiten. Um den Bestimmungen der elektrischen Gerätesicherheit zu genügen, kann die Schutzschaltung so ausgestaltet sein, das die zweite Überspannungsschutzvorrichtung in diesem Fall bei einer auftretenden Überspannung auslöst. In einer vorteilhaften Ausgestaltung unterbricht in dem Fall, dass die zweite Überspannungsschutzvorrichtung die Anschlüsse eingangsseitig kurz schließt oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen begrenzt, die Sicherungsvorrichtung den Stromfluss,

Vorzugsweise ist die Schutzschaitung so ausgelegt, dass die Sicherungsvorrichtung den Stromfluss unterbricht, wenn die zweite Überspannungsschutzvorrichtung auslöst, d.h. die eingangsseitigen Anschlüsse kurz schließt oder die Spannung zwischen den ausgangsseitigen Anschlüssen begrenzt. Dabei löst die zweite Überspannungsschutzvorrichtung aus, wenn die erste Überspannungsschützvorrichtung bspw. aufgrund ihrer Auslegung eine Überspannung nicht oder nur ungenügend ableitet. In dem Fall, dass die zweite Überspannungsschutzvorrichtung auslöst, fällt die an den ausgangsseitigen Anschlüssen angeschlossene Last und der damit verbundene Widerstand weg, so dass der Stromfluss ansteigt und die Sicherungsvorrichtung auslöst.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der vorgegebene erste Spannungswert im Wesentlichen gleich dem zweiten vorgegebenen Spannungswert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste vorgegebene Spannungswert kleiner oder im Wesentlichen gleich dem zweiten vorgegebenen Spannungswert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste vorgegebene Spannungswert größer oder im Wesentlichen gleich dem zweiten vorgegebenen Spannungswert.

Durch diese verschiedenen Abstimmungen der Spannungswerte lassen sich verschiedenartige Spannungsspitzen bzw. Stromspitzen kompensieren. Dadurch iässt sich die Schutzschaltung für verschiedene Anwendungen und Anforderungen auslegen.

Durch den vorgegebenen ersten und zweiten Spannungswert lässt sich die erfindungsgemäße Schutzschaltung auf den jeweiligen ausgangsseitig angeschlossenen Verbraucher, dessen Schaltnetzteil und seinen Spannungsbedarf anpassen. So lässt sich die Schutzschaltung auf einen Verbraucher mit einem Spannungsbedarf von bspw. 24 V bis hin zu einem Verbraucher mit 250 V abstimmen. Durch die eine geeignete Wahl des ersten und zweiten Spannungswertes lassen verschiedene Formen von

Überspannungen und/oder Überspannungs-Impulsen zumindest begrenzen. Für eine entsprechende Auslegung kann die erste oder zweite Überspannungsschutzvorrichtung bspw. aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Sicherungsvorrichtung eine elektrische Sicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung. Diese Sicherungsvorrichtung ermöglicht einen kostengünstigen und dennoch effektiven Schutz vor Überströmen und damit einhergehender übermäßiger Erwärmung der Bauteile oder deren Zuleitungen. Ein weiterer Vorteil ist, dass Schmelzsicherungen in unterschiedlichsten Ausführungsformen u.a. mit unterschiedlichen Auslösecharakteristika erhältlich sind und sich die Ansprechzeit der Schmelzsicherung somit an die Auslösecharakteristik der Schutzschaltung optimal an die bestehenden Anforderungen eines angeschlossenen Gerätes bzw. Verbrauchers anpassen lässt.

In einer Variante kann die Sicherungsvorrichtung bspw. aus einem BämetaIJstreifen bestehen. Dies bietet den Vorteil, dass die Auslösetemperatur der Sicherungsvorrichtung über einen breiten Temperaturbereich gewählt werden kann. Zudem kann der Bimetallstreifen als Schalter ausgelegt sein, der den Stromkreis nachdem der Bimetallstreifen abgekühlt ist, wieder schließt. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Sicherungsvorrichtung eine elektronische Sicherung. Elektronische Sicherungen ermöglichen gegenüber elektrischen Sicherungen schnellere Ansprechzeiten und haben einen geringeren Piatzbedarf. Dafür besteht die elektronische Sicherung bspw. aus einem elektronisch angesteuerten Relais. Vorteilhafterweise kann das Ansprechverhalten der elektronischen Sicherung mit hoher Genauigkeit eingestellt werden.

Alternativ kann auch eine Temperatursicherung als Sicherungsvorrichtung vorgesehen sein. Das Ausiöseprinzip einer Temperatursicherung basiert auf der Detektion einer Temperatur durch einen Temperaturfühler. Im Gegensatz zu einer elektrischen Sicherung wird dabei nicht primär der Stromfiuss gemessen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung handelt es sich bei der ersten und/oder zweiten Überspannungsschutzvorrichtung um einen Varistor. Besonders Varistoren können zur Begrenzung des elektrischen Stroms in einem großen Stromstärkebereich eingesetzt werden. Der vorgegebene erste bzw. zweite Spannungswert ab dem eine Überspannung abgeleitet wird, ist dabei durch den Schwellwert des Varistors gegeben. Die Ansprechzeit und der Schwellwert eines Varistors Sassen sich, bspw. durch das Material aus dem der Varistor besteht, bestimmen. So weist bspw. ein aus Siliziumoxid SiO bestehender Varistor eine flinkere Ansprechzeit auf, als ein aus Zinkoxid ZiO bestehender Varistor.

In einer vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei der ersten und/oder zweiten Überspannungsschutzvorrichtung um eine Zehner-Diode, einen Gasabieiter und/oder eine Suppressor-Diode oder eine Schaltung bestehend aus wenigstens einem dieser Bauteile. Die genannten Bauteile können bspw. zur Dimensionierung des Ansprechverhaltens der Schutzschaltung verwendet werden. Durch Auswahl der geeigneten Bauteile kann so bspw. das zeit- und spanπungsabhängige Ansprechverhalten der Schutzschaltung bestimmt werden. Wettere bekannte zum Schutz vor Überspannungen verwendete Bauelemente sind Entladungsstrecken. Solche Entladungsstrecken dienen zum Abbau besonders energiereicher Überspannungen, allerdings mit dem Nachteil, dass noch große Restspannungen übrig bleiben. Varistoren und

Suppressordioden haben dagegen eine vergleichsweise kleine Restspannung, aber nur ein geringes Stromableite-Vermögen. Vorzugsweise wird daher eine Staffelung von Überspannungsschutzvorrichtungen entsprechend der Höhe ihres Ableitevermögens vorgenommen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Schutzschaltung ausgangsseitig mit einem Schaitnetztei! verbunden. Gegenüber konventionellen Netzteilen kann ein Schaltnetzteil höhere Wirkungsgrade erreichen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die erfindungsgemäße Schutzschaltung unabhängig davon ist, ob eine Gleich- oder eine Wechselspannung anliegt. Somit kann eine erfindungsgemäße Schutzschaltung einem Schaltnetzteil, das einen Verbraucher mit einer Gleichspannung versorgt, die nur einen geringen Toleranzbereich von bis zu circa 5% aufweist, vorgeschaltet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen der Schutzschaltung und dem Schaltnetzteil eine Entstörungs-Schaltung und/oder eine Gleächrichtungs- und/oder Siebungsschaltung angeordnet. Die Entstörungsschaltung besteht dabei bspw. aus einer Drosselspule und Entstörkondensatoren (z.B. X-, Y-Kondensatoren) zur Glättung der Spannung. Weiterhin können Dioden zur Gleichrichtung der Spannung vorgesehen sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Schutzschaltung in das Schaltnetzteil integriert. Die Schutzschaltung ist bspw. Teil der elektrischen oder elektronischen Komponenten des SchaltnetzteÜs. Dies ermöglicht die kompakte Herstellung eines überspannungssicheren Schaltnetzteils. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Entstörungs-Schaltung und/oder eine Gleichrichtungs- und/oder Siebungs-Schaltung in das Schaltnetzteil integriert. Dadurch ergibt sich ein kompakter und Platz sparender Aufbau der Eingangsbeschaltung des Schaltnetzteils.

Bezüglich des Messgerätes wird die Aufgabe durch ein Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen und/oder chemischen Messgröße mit einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung gelöst. Durch eine erfindungsgemäße in das Messgerät eingebaute Schutzschaltung ist das Messgerät kostengünstig entsprechend den Anforderungen der

Gerätesicherheit und der elektromagnetischen Verträglichkeit ausgestaltet. Solche Messgeräte kommen u.a. in Anlagen der Prozessautomatisierung zur Bestimmung chemischer und/oder physikalischer Messgrößen zum Einsatz. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Messgerät um ein sog. Zwei- oder ein Vier-Leiter-Messgerät. Dabei sind die eingangsseitigen Anschlüsse der Schutzschaltung an eine Stromschleife angeschlossen, während die ausgangsseitigen Anschlüsse mit der Mess- und BetriebseSektronik des Messgerätes verbunden sind.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung,

Fig. 2: beispielhafte Kennlinie eines Varistors, und

Fig. 3: eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung,

Figur 1 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schutzschaltung. Eingangsseitäg ist die Schutzschaltung mit einer Energiequelle verbunden, die zwischen den eingangseitigen Anschlüssen 1 eine elektrische Spannung zur Verfügung stellt. Dabei kann es sich um eine Gleich- oder Wechselspannung handeln. Da der erste oder zweite Varistor 3, 4 eine symmetrische Strom- Spannungskenniinie (s. Figur 2) besitzt, ist die in Figur 1 gezeigte erfindungsgemäße Schutzschaltung sowohl bei Gleich- als auch bei

Wechseispannung bzw. Wechselstrom funktionsfähig. Ansprechzeit, und Abschaltstrom bzw. Schwellspannung der Schmelzsicherung 5 bzw. der Überspannungsschutzvorrichtung 3, 4 können entsprechend, z.B.: durch ein geeignetes Materia! und/oder eine geeignet Dicke, gewählt werden.

Der erste Varistor 3 bildet die erste Überspannungsschutzvorrichtung. Über den ersten Varistor 3 sind die beiden eingangsseitigen elektrischen Anschlüsse 1 miteinander verbindbar. Im Fall einer Überspannung, d.h. einer Spannung, die über dem Wert der Schwellspannung Us des ersten Varistors 3 liegt, erzeugt der erste Varistor 3 einen Nebenschluss (Kurzschluss) bzw. begrenzt die Spannung zwischen den ausgangsseitigen Anschlüssen 2, indem er die Überspannung eingangsseitig ableitet. Alternativ kann die Überspannung auch geerdet werden. Dadurch liegt an den ausgangsseitigen Anschlüssen 2 nur die maximal zulässige Spannung an. Diese maximal zulässige Spannung ist durch die Schwellspannung des ersten Varistors 3 bzw. durch den Schwellwert Us des zweiten Varistors 4 gegeben.

Der erste Varistor 3 begrenzt die Spannung zwischen den ausgangsseitigen Anschlüssen 2, indem er eine auftretende Überspannung eingangsseitig ableitet. Zwischen den eingangsseitigen Anschlüssen 1 liegt demnach die volle auftretende Überspannung an, während zwischen den ausgangsseitigen Anschlüssen 2 nur maximal die Schwellspannung U_s des Varistors 3 bzw. des zweiten Varistors 4 anliegt.

Durch die Knotenpunkte A und D ist die Schutzschaltung über die eingangsseitigen Anschlüsse 1 mit der Energiequelle verbunden. Parallel zum ersten Varistor 3 zwischen den Knotenpunkten A und D sind die Schmelzsicherung 5, der zweite Varistor 4 und die ausgangsseitigen Anschlüsse 2 geschaltet. Dabei befindet sich die Schmelzsicherung 5 zwischen den Knotenpunkten A und B. Zwischen den Knotenpunkten B und C ist der zweite Varistor 4 parallel zu den ausgangsseitigen Anschlüssen 2 geschaltet. Über diese ausgangsseitigen Anschlüsse 2 ist bspw. ein

Schaltnetzteil S eines Messgerätes mit der Schutzschaltung verbunden. Der erste Varistor 3 ist dabei so angeordnet, dass die Spannung vor der Schmeizsicherung bzw. vor den parallel angeordneten Bauteilen beschränkt und dadurch Beschädigungen durch Überspannungen am nachfolgenden Stromkreis verhindert, ohne dass die Sicherung 5 den gezeigten Stromkreis unterbricht.

Ist der Varistor 3 nur für einen bestimmten Spannungsbereich oder für bestimmte Spannungsimpulse z.B. mit einer Anstiegs-/Abfallzeit im Bereich von ca. 10/700 μ s ausgelegt oder fällt der erste Varistor 3 bspw. aufgrund von

Verschleiß aus oder ändern sich bspw. ebenfalls verschleissbedingt die Werte seiner Schwellspannungen Us , so wird eine auftretende (transiente) Überspannung nicht (mehr) über den ersten Varistor 3 abgebaut. In einem solchen Fall wird die elektrische Gerätesicherheit durch den zweiten Varistor 4 und die Schmelzsicherung 5 gewährleistet. Der zweite Varistor 4 kann zu diesem Zwecke auf die an die ausgangsseitig angeschlossene Elektronik angepasst sein und bspw. empfindlicher, flinker oder träger ausgelegt sein als der erste Varistor 3.

Figur 2 zeigt die Kennlinie eines sog. Varistors. Varistoren (variable resistors) sind spannungsabhängige Widerstände mit einer symmetrischen Strom- Spannungs-Kennlinie, deren Widerstand mit zunehmender Spannung abfällt. Die plötzliche Abnahme des Widerstands erfolgt dabei ab einem Schwellwert/einer Schweilspannung U_s. Typischerweise werden Varistoren parallel zu dem Bauteil oder der Vorrichtung geschaltet, die vor Überspannung geschützt werden soll. Auf diese Weise bilden Varistoren im Falle einer Überspannung einen niederohmigen Nebenschluss. Die Ansprechzeit eines Varistors liegt üblicherweise im Nanosekundenbereich. Je nach Ausiegung der Schaltung und der Größe der zu überwachenden Spannung können alternativ in der erfindungsgemäßen Schutzschaltung auch Suppressordioden (für kleine Spannungen) und/oder Gasabieiter (für hohe Spannungen) eingesetzt werden. Die Anordnung erfolgt dann entsprechend des gewünschten

Ansprechverhaltens der Überspannungsschutzvorrichtungen. Vorzugsweise wird der gröbste Überspannungsschutz der Spannungsquelfe am nächsten angeordnet.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Schutzschaltung. An das Schaltnetzteäi S kann ein Verbraucher - nicht explizit gezeigt - angeschlossen sein. Die Eingangsbeschaltung 10 des Schaltnetzteils S enthält eine erfindungsgemäße Schutzschaltung und eine Entstörungs-, Gleichrichtungs- und Siebungsschaltung. Die Schutzschaltung besteht dabei im Wesentlichen aus dem ersten Varistor 3, dem zweiten Varistor 4 und der

Schmelzsicherung 5. Die Siebungsschaltung besteht im Wesentlichen aus den Kondensatoren C1 , C2, C3 und C4. Die Gleichrichtungsschaltung besteht aus den Dioden D1 , D2, D3 und D4 und die Entstörungsschaltung aus den Induktivitäten L1 und L2.

Das Schaltnetzteil S ist für einen Regelbetrieb mit bspw. 250 V ausgelegt. Die in Figur 3 gezeigte Eingangsbeschaltung 10, die die erfindungsgemäße Schutzschaltung umfasst, ist so ausgelegt, dass das für eine Eingangsspannung von 250 V ausgelegtes Schaltnetzteil den „Surge Test" gemäß IEC 61000-4-5 besteht. Bei dem sog. „Surge Test" wird kurzfristig ein Spannungsimpuls von 1 ,4 kV und maximal 700 A zwischen den eingangsseitigen Anschlüssen, dem L- und N-Leiter angelegt. Weiterhin ist die Schutzschaitung so dimensioniert, dass sie in dem Fall, dass der erste Varistor 3 ausfällt und eine Überspannung zwischen den eingangsseitigen Anschlüssen L, N anliegt, die Schmelzsicherung 5 den Stromkreis unterbricht. Die Schutzschaitung ist dabei wie folgt ausgelegt. Der erste Varistor weist einen Schwellwert von 470 V bei einem Ableitevermögen von 1200A auf. Der zweite Varistor weist ebenfalls eine Schwellspannung von 470 V und ein Abieitevermögen von 1200A auf, während die Schmelzsicherung so ausgelegt ist, dass sie bei 0,8 A auslöst.

Die eingezeichneten Dioden D1 bis D4 sind dem Schaltnetzteil S vorgeschaltet und stellen dem Schaltnetzteil S an seinen Eingängen eine Gleichspannung zur Verfügung. Die Dioden D1 bis D4 können auch, ebenso wie die gesamte in Figur 3 gezeigte Eingangsbeschaltung 10, in das Schaltnetzteäl S integriert sein.

Die Induktivitäten L1 und L2 und die Kapazitäten C1 bis C4 dienen der Entstörung und Siebung der anliegenden Spannung. Die gezeigte Eingangsbeschaltung des Schaltnetzteils stellt somit sicher, dass an dem

Schaltnetzteil eine Gleichspannung anliegt, die entstört und gesiebt ist und bei der durch die erfindungsgemäße Schutzschaltung Spannungsspitzen abgefangen werden, ohne dass das Schaltnetzteil beschädigt wird oder ausfällt.

Bezugszeichenliste

1 Eingangsseitig Anschlüsse

2 Ausgangsseitige Anschlüsse

3 Erster Varistor

4 Zweiter Varistor

5 Schmelzsicherung

10 Eingangsbeschaltung

A Knotenpunkt A

B Knotenpunkt 8

C Knotenpunkt C

D Knotenpunkt D C1 Kondensator

C2 Kondensator

C3 Kondensator

C4 Kondensator

D1 Diode

D2 Diode

D3 Diode

D4 Diode

L1 Spule

L2 Spule

GND Erde/Referenzpotential

S Schaltnetzteil

Claims

Patentansprüche

1. Schutzschaltung,

- wobei die Schutzschaltung eingangs- und ausgangsseitig je mindestens zwei elektrische Anschlüsse (1 , 2) aufweist,

-- wobei ein eingangsseitiger Anschluss (1 ) mit wenigstens einem ausgangsseitigen Anschiuss (2) elektrisch verbunden ist,

- wobei die Schutzschaltung mindestens eine erste Überspannungsschutzvorrichtung (3) umfasst, -- die im Fall einer elektrischen Spannung zwischen zwei eingangsseitigen

Anschlüssen (1 ), die über einem ersten vorgegebenen Spannungswert liegt, mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse (1 ) kurz schließt oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen (1 ) begrenzt,

- wobei die Schutzschaltung mindestens eine zweite Überspannungsschutzvorrichtung (4) umfasst,

-- die in dem FaI! einer elektrischen Spannung zwischen zwei eingangsseitigen Anschlüssen (1 ), die über einem zweiten vorgegebenen Spannungswert liegt, mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse (1 ) kurz schließt oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen (2) begrenzt,

- wobei die Schutzschaltung mindestens eine Sicherungsvorrichtung (5) umfasst,

-- die im Fall eines Stromflusses zwischen den eingangsseitigen Anschlüssen (2) mit einer Stromstärke, die über einem vorgegebenen Stromstärkewert liegt, den Stromfluss unterbricht.

2, Schutzschaltung nach Anspruch 1 , wobei die zweite Überspannungsschutzvorrichtung (4) in dem Fall, dass die erste Überspannungsschutzvorrichtung (3) ausfällt, mindestens zwei der eingangsseitigen Anschlüsse (1 ) kurz schließt oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen (2) begrenzt.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Fall, dass die zweite Überspannungsschutzvorrichtung (4) die eingangsseitigen Anschlüsse (1 ) kurz schließt oder die elektrische Spannung zwischen mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen 2 begrenzt, die Sicherungsvorrichtung (5) den Stromfluss unterbricht.

4. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste vorgegebene Spannungswert kleiner oder im Wesentlichen gleich dem zweiten vorgegebenen Spannungswert ist.

5. Schutzschaitung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste vorgegebene Spannungswert größer oder im Wesentlichen gleich dem zweiten vorgegebenen Spannungswert ist.

6. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der vorgegebene erste Spannungswert im Wesentlichen gleich dem zweiten vorgegebenen Spannungswert ist.

7. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sicherungsvorrichtung (5) eine elektrische Sicherung, insbesondere eine Schmelzsicherung, ist.

8. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sicherungsvorrichtung (5) eine elektronische Sicherung ist.

9. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der ersten und/oder zweiten Überspannungsschutzvorrichtung (3, 4) um einen Varistor handelt.

10. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der ersten und/oder zweiten Überspannungsschutzvorrichtung (3, 4) um eine Zehner-Diode, einen Gasabieiter und/oder eine Suppressor-Diode oder eine Schaltung bestehend aus wenigstens einem dieser Bauteile handelt.

11. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschaltung ausgangsseitig mit einem Schaltnetzteil (S) verbunden ist.

12. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schaltnetztei! (S) einen Verbraucher mit Energie versorgt.

13. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der Schutzschaltung und dem Schaltnetzteil (S) eine Entstörungs-Schaltung und/oder eine Gieichrichtungs- und/oder Siebungs- Schaltung angeordnet ist.

14. Schutzschaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schutzschaltung in das Schaltnetzteil (S) integriert ist.

15. Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer physikalischen und/oder chemischen Messgröße mit einer Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 -14.