WO2013024029A2 - Überspannungsschutzgerät mit einer messeinrichtung zur überwachung von überspannungsschutzelementen - Google Patents

Überspannungsschutzgerät mit einer messeinrichtung zur überwachung von überspannungsschutzelementen Download PDF

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WO2013024029A2
WO2013024029A2 PCT/EP2012/065690 EP2012065690W WO2013024029A2 WO 2013024029 A2 WO2013024029 A2 WO 2013024029A2 EP 2012065690 W EP2012065690 W EP 2012065690W WO 2013024029 A2 WO2013024029 A2 WO 2013024029A2
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overvoltage protection
gdt
short
tvs
measuring device
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Thomas Meyer
Steffen PFÖRTNER
Andrei Siegel
Friedrich-Eckhard Brand
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Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
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    • H02H9/042—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage comprising means to limit the absorbed power or indicate damaged over-voltage protection device

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for monitoring one or more overvoltage protection elements.
  • Gas-filled gas discharge tubes are used in a variety of electrical devices to protect against overvoltages, in particular
  • the gas-filled surge arrester has a cavity which is filled with a gas.
  • electrodes are arranged, which are to be connected to the supplying or to be measured voltage of the electrical device to be protected. As long as there is no voltage between the electrodes or only a small one
  • Surge arrester has a high resistance between the electrodes. When reaching a certain voltage, the ignition voltage, the gas-filled changes
  • the short-circuit bar is triggered when a certain temperature is reached and the electrodes of the gas-filled surge arrester become
  • the short circuit means that the current now flows through the short circuit and the arc in the gas-filled surge arrester now no longer receives any power. As a result, the arc goes out and the gas filled surge arrester returns to its high resistance state.
  • Final defect can be replaced and continue the defect condition can be detected early.
  • the temperature measurement is suitable only to a limited extent as a statement criterion, since at most a definitive damage can be detected
  • the invention is therefore based on the object, a
  • Fig. 1 is a measuring device according to a preferred
  • Fig. 3 is a simplified flowchart according to a
  • Figures 1 and 2 show a measuring device 1.
  • Figure 1 shows the case that an arc LB occurs
  • Figure 2 shows the case that subsequently to an arc LB, the short-circuit spring F has been triggered and thus a short circuit on the shorting bar SC
  • the measuring device 1 is arranged between two signal lines SL1 and SL2 and exemplified by a dashed rectangle.
  • the measuring device 1 indirectly monitors the switching state of a short-circuit spring F, wherein the short-circuit spring F can operate a shorting bar SC of a gas-filled Kochnapssabieiters GDT. For this purpose, the shorting bar SC through the
  • Short-circuit spring F applied with a force, but at a distance by means of a triggering device AE, e.g. a solder joint with a low-melting solder, secured.
  • a triggering device AE e.g. a solder joint with a low-melting solder
  • the triggering device AE melts at a certain temperature and the force of the
  • Short circuit spring F is released and leads to a short circuit on the now operated shorting bar SC. Furthermore, the measuring device has a
  • Temperature measuring device TS which in thermal contact with the soscheastbaren gas-filled
  • Surge arrester GDT stands.
  • the thermal contact can be made directly or indirectly. Immediate contact can be made by attaching the
  • Temperature measuring TS are provided directly on the gas-filled surge arrester GDT. An indirect contact is spaced at a
  • Attachment i. e.g. with an air gap, or at
  • Gap fillers are materials that conduct heat well but are nonconductive. Furthermore, the measuring device 1 a
  • Evaluation device CD detects by means of the temperature measuring device TS
  • Temperature value Tl which was measured at a time tl, indicate the ambient temperature. If the temperature rises sharply within a certain time interval, then this is the response of the gas-filled
  • the state of the short-circuit spring F can also be monitored optically by means of a light measuring device OS.
  • the evaluation device CD records this
  • Measurement for example, with tl or t2 (thermal measurement) can coincide. This detection can again take place periodically or else be event-controlled. In this case, for example, the optical measured value LI, which was measured at a time t3, the
  • Arc LB has formed. If the brightness decreases again after a certain period of time (burning time), the release of the short-circuit spring F can be concluded. Is recognized by the evaluation CD that the Short-circuit spring F has triggered, so a message device OUT1 can be caused to a
  • a message can have different shapes.
  • the detection of optical measured values or temperature measured values can be event-controlled. If e.g. an increase in brightness at the
  • Triggering a temperature measurement can be used.
  • Measuring device both measuring methods and evaluates both measuring methods (optical, temperature) independently. If it is determined as a result of both evaluations that the short-circuit spring F has been triggered, then the message can be initiated. In the event that only one of the
  • Measuring method indicates a trigger can be provided that a differently designed message takes place.
  • a differently designed message takes place.
  • another optical signal can be used
  • Temperature measuring device TS constructed with a thermally variable resistor.
  • the thermally variable resistor may be a thermistor, for example a PTC or an NTC.
  • a pyrosensor may be provided as a temperature measuring device TS. Without closer It can also be different
  • Temperature sensors may be provided, wherein the
  • Evaluation device CD then in turn is able to evaluate the results of the respective temperature sensors suitable.
  • the invention described above is particularly suitable for use in an MSR application or telecommunications applications, since small designs prevail here.
  • a first temperature value T1 is measured at a first time t1 by means of a temperature measuring device TS, which is in thermal contact with a short-circuitable gas-filled surge arrester GDT.
  • Temperature value is for example a
  • a first optical measurement value LI at the same time or at a further, generally a third time t3, by means of a light measuring device OS, the
  • a second temperature value T2 is measured by means of the temperature measuring device TS at a second time t2. In this case, the second time t2 is different from the first time t1.
  • a second optical measurement value L2 can be measured at the same time t2 or at another, generally a fourth time t4. Here is the fourth time t4 at least different from the third time t3.
  • a further step 500 is detected on the basis of the measured first temperature value Tl and the second temperature value T2, and - if provided - optional or
  • Measured value LI and the second optical measurement L2 further detected whether the short-circuit spring F has been triggered. For example, if no trigger is detected, the method returns to step 300. Thus, a periodic query can be realized. Alternatively, it can also be provided that a recognition of a
  • Step 400 Method jumps to step 400, or on detection of a brightness increase leads to an event-controlled query of a second temperature value, that is, the method jumps to step 300. If it is detected in step 500 that the short-circuit spring F has been triggered, recognition is signaled in a step 600.
  • the message can be formed differently and include, for example, a statement as to whether - if different
  • Measuring methods are present - one or more of the
  • a triggering method It can be a
  • the process is based on the operation of a
  • Overvoltage protection device has a measuring device 1 for monitoring one or more Overvoltage protection elements TVS, GDT and an evaluation CD on.
  • the evaluation device CD is connected via a light measuring device OS1, OS2 with the respective overvoltage protection element TVS, GDT.
  • the overvoltage protection device has a device for detecting a longer-flowing current flowing through the overvoltage protection element (TVS, GDT).
  • the evaluation device now counts on the one hand, the pulses and also detects whether a longer-flowing current flows. From the number of counted pulses and / or a detected longer-flowing current is determined whether the respective monitored overvoltage protection element TVS, GDT still
  • TVS overvoltage protection element
  • the triggering of the shorting bar is monitored indirectly.
  • the triggering of the spring is detected and, if desired, forwarded.
  • the temperature is measured at the gas-filled surge arrester GDT or in its vicinity.
  • successive temperature values T1, T2, which were measured at different times tl, t2, can on the temperature profile and thus on the state of the gas-filled surge arrester GDT or the
  • the ambient temperature can also be determined as the size in which either a first value alone or an averaging over a series of past values provides a statement about the ambient temperature.
  • the ambient brightness can be determined as a size in which either a first value alone or an averaging provides a statement about the ambient brightness over a series of past values.
  • Signal lines SL1, SL2 takes place, there is no interference of the signal on the signal lines by the monitoring.
  • the galvanically isolated arrangement also allows a very compact design, since now the components are no longer designed short-circuit proof.
  • Temperature measuring device TS by means of a gap filler GF in thermal contact with the gas-filled
  • GDT Surge arrester GDT stands. Such Gap Filier are electrically non-conductive, but still good heat conductors.
  • Gap Filier are for example based on silicone or based on polyimide. Since there is now a good heat conductor compared to air, a change in temperature is considerably faster
  • Temperature measuring device TS are detected.
  • Arc can also be included in the evaluation.
  • an overvoltage protection device has a measuring device for monitoring one or more overvoltage protection elements TVS and / or GDT.
  • the overvoltage protection device has a gas-filled surge arrester GDT and / or a semiconductor component, in particular a protective diode, in particular a TVS diode, as an overvoltage protection element.
  • the overvoltage protection device has a
  • Evaluation device CD which is configured to count pulse-like overvoltage events, which are derived by the respective overvoltage protection element TVS and / or GDT.
  • the evaluation device CD is for this purpose via a light measuring device OS1, e.g. one
  • Phototransistor connected to the overvoltage protection element GDT, or via a light measuring device OS2, e.g. an optocoupler, directly with the
  • the overvoltage protection device has a
  • the means for detecting longer flowing current is e.g. for a gas-filled
  • the overvoltage protection device has a
  • Evaluation device CD which, based on the counted pulses and / or a recognized longer
  • Overvoltage protection element TVS GDT is still operational, pre-damaged or unusable.
  • the overvoltage protection device has one or more signaling devices OUT1, OUT2, which indicate whether the overvoltage protection element TVS, GDT is still operable, pre-damaged or unusable.
  • the annunciator OUTl may provide a first status indication indicating a pre-damaged condition, e.g. a warning condition, e.g. yellow.
  • the annunciator OUT2 may provide a second status indication indicating an unusable condition, e.g. a defect condition, e.g. red.
  • an unusable condition e.g. a defect condition, e.g. red.
  • a protective device is provided on the protective diodes, which can be thermally activated and to an interruption of the current flow or to a Short circuit to the protective diodes over analogous to
  • Shorting bar SC can lead.
  • the condition can be made available based on a complex evaluation.
  • the burning time which leads to a defect state, decreases. That are already many
  • the invention thus makes it possible, via a direct detection, in particular of the discharge events, to obtain a precise statement about the state of damage or about a defect state. Furthermore, it can be provided that the embodiment of Figures 1 and 2 and 4 are realized in a common arrangement.
  • the aforementioned invention is particularly applicable in the field of MSR and telecommunications, since it does not require high rated currents.
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Überspannungsschutzgerät mit einem oder mehreren Überspannungsschutzelementen (TVS, GDT) und einer Messeinrichtung (1) zur Überwachung der Überspannungsschutzelemente (TVS, GDT), aufweisend eine Auswerteeinrichtung (CD), welche dazu eingerichtet ist impulsartige Überspannungsereignisse, welche durch das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) abgeleitet werden, zu zählen, wobei die Auswerteeinrichtung (CD) über eine Lichtmesseinrichtung (OS1, OS2) mit dem Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) verbunden ist, und/oder eine Einrichtung zur Erkennung eines länger fließenden Stromes, welcher durch das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) fließt, wobei das Überspannungsschutzgerät zusätzlich umfasst eine Auswerteeinrichtung (CD), welche, basierend auf den gezählten Impulsen und/oder einem erkannten länger fließenden Stromes bestimmt, ob das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) noch betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist, und eine Meldeeinrichtung (OUT1, OUT2), welche anzeigt, ob das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) noch betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist.

Description

Überspannungsschutzgerät mit einer Messeinrichtung zur Überwachung von Überspannungsschutzelementen
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Überwachung von einem oder mehreren Überspannungsschutzelementen.
Gasgefüllte Überspannungsabieiter (gas discharge tube - GDT) werden in einer Vielzahl von elektrischen Geräten zu deren Schutz vor Überspannungen, insbesondere
impulsförmigen Überspannungen, eingesetzt. Dabei weist der gasgefüllte Überspannungsabieiter einen Hohlraum auf, der mit einem Gas gefüllt ist. In den Hohlraum hinein bzw. am Rande des Hohlraums sind Elektroden angeordnet, die mit der versorgenden oder zu messenden Spannung des zu schützenden elektrischen Gerätes zu verbinden sind. Solange zwischen den Elektroden keine Spannung oder nur eine geringe
Spannung anliegt besitzt der gasgefüllte
Überspannungsabieiter einen hohen Widerstand zwischen den Elektroden. Bei Erreichen einer bestimmten Spannung, der Zündspannung, wechselt der gasgefüllte
Überspannungsabieiter hin zu einem geringen Widerstand. Dies hat zur Folge, dass die Spannung zwischen den beiden Potentialen eines zu schützenden elektrischen Gerätes sinkt. Im niederohmigen Zustand des gasgefüllten
Überspannungsabieiters hat sich ein Lichtbogen im Hohlraum des gasgefüllten Überspannungsabieiters ausgebildet. Da ein vergleichsweise hoher Strom fließt bildet sich Wärme.
Dabei führen eine Vielzahl von Ableitereignissen zu
Schädigungen der Elektroden. Weiterhin können aber auch
Ableitereignisse auftreten, bei denen ein einmal gezündeter Lichtbogen über eine lange Zeit brennt und somit auch zu einer irreversiblen Schädigung des Abieiters führen und diesen unbrauchbar machen kann. Auch ein erneutes Wechseln des gasgefüllten
Überspannungsabieiters hin zu einem hochohmigen Zustand, also dem Verlöschen des Lichtbogens, gestaltet sich je nach angelegter Spannung schwierig.
Bei Wechselspannungen ist ein Wechsel hin in den
hochohmigen Zustand in aller Regel ohne großen Aufwand möglich, da die Wechselspannung wiederholte Nulldurchgänge aufweist. Bei Gleichspannungen gestaltet sich dies jedoch deutlich schwieriger, da ein bereits brennender Lichtbogen auch noch unterhalb der Zündspannung weiter brennt. Erst wenn eine bestimmte elektrische Leistung unterschritten ist, verlöscht der Lichtbogen.
Um in diesem Fall dennoch einen Wechsel zu einem
hochohmigen Zustand zu erreichen, wurden Kurzschlussbügel entwickelt. Dabei wird der Kurzschlussbügel bei Erreichen einer bestimmten Temperatur ausgelöst und die Elektroden des gasgefüllten Überspannungsabieiters werden
kurzgeschlossen. Der Kurzschluss führt dazu, dass nun der Strom über den Kurzschluss fließt und der Lichtbogen im gasgefüllten Überspannungsabieiter nun keine Leistung mehr zugeführt bekommt. In der Folge erlischt der Lichtbogen und der gasgefüllte Überspannungsabieiter kehrt in seinen hochohmigen Zustand zurück.
Prinzipiell wäre es möglich diesen Kurzschluss durch direkte Messung des ohmschen Widerstandes zu erkennen.
Jedoch ist dies nicht immer möglich, da hierzu
entsprechende technische Vorrichtungen vorzusehen sind, welche vergleichsweise teuer sind, da sie kurzschluss- stromfest auszulegen sind. Eine kurzschlussfeste Auslegung führt aber zwangsläufig zu einem großen Volumen der Schutzvorrichtung. Zudem beeinflusst eine solche
Einrichtung auch bei Einbau in einen Messpfad/Signalpfad die Messung/das Signal negativ. Alternativ wäre es möglich nachträglich, durch eine äußere Beschaltung, einen Kurzschluss zu messen; Diese
nachträgliche Messung ist jedoch in aller Regel viel zu zeitaufwändig, denn es wird ein direkter Zugang benötigt, und - soweit aus Sicherheitsgründen eine galvanische
Trennung von dem zu schützenden Signal oder
Versorgungsspannung von Nöten ist - muss diese galvanische Trennung durch Herauslösen aus dem elektrischen Schaltkreis zur Verfügung gestellt werden. Alternativ oder zusätzlich zu gasgefüllten Abieitern können auch Halbleiterbauelemente, z.B. TVS-Dioden, als
Überspannungsschutz insbesondere im MSR-Bereich Anwendung finden. Auch bei diesen treten durch eine Vielzahl von Ableitereignissen oder durch ein langanhaltendes
Ableitereignis Schädigungen auf.
Es wäre daher wünschenswert frühzeitig eine Aussage über den Schädigungszustand zu erhalten, so dass ein
geschädigtes Überspannungsschutzelement vor seinem
endgültigen Defekt ersetzt werden kann und weiterhin auch der Defekt zustand frühzeitig erkannt werden kann.
Bisherige Systeme, wie das aus der EP 1 737 091 AI bekannte System, haben hierzu eine Auswertung der Temperatur
vorgesehen. Die Temperaturmessung ist jedoch auf Grund der indirekten Beziehung nur eingeschränkt als Aussagekriterium geeignet, da so allenfalls eine endgültige Schädigung erfasst werden kann Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine
Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche einen oder mehrere der aus dem Stand der Technik bekannten
Nachteile lösen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben .
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Messeinrichtung gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Zustand,
Fig. 2 die Messeinrichtung gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung in einem zweiten Zustand,
Fig. 3 einen vereinfachten Ablaufplan gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 4 eine Messeinrichtung gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Messeinrichtung 1. Dabei zeigt Figur 1 den Fall, dass ein Lichtbogen LB auftritt, während Figur 2 den Fall zeigt, dass nachfolgend zu einem Lichtbogen LB die Kurzschlussfeder F ausgelöst wurde und somit ein Kurzschluss über den Kurzschlussbügel SC
hergestellt wurde. Die Messeinrichtung 1 ist zwischen zwei Signalleitungen SL1 und SL2 angeordnet und beispielhaft durch ein gestricheltes Rechteck symbolisiert. Die Messeinrichtung 1 überwacht indirekt den Schalt zustand einer Kurzschlussfeder F, wobei die Kurzschlussfeder F einen Kurzschlussbügel SC eines gasgefüllten Überspannungsabieiters GDT betätigen kann. Hierzu ist der Kurzschlussbügel SC durch die
Kurzschlussfeder F mit einer Kraft beaufschlagt, jedoch im Abstand mittels einer Auslöseeinrichtung AE, z.B. eine Lötstelle mit einem niedrigschmelzenden Lot, gesichert.
Steigt die Temperatur am gasgefüllten Überspannungsabieiter GDT an, so schmilzt bei einer bestimmten Temperatur die Auslöseeinrichtung AE auf und die Kraft der
Kurzschlussfeder F wird freigesetzt und führt zu einem Kurzschluss über den nun betätigten Kurzschlussbügel SC. Weiterhin weist die Messeinrichtung eine
Temperaturmesseinrichtung TS auf, welche in thermischem Kontakt mit dem kurzschließbaren gasgefüllten
Überspannungsabieiter GDT steht. Der thermische Kontakt kann dabei unmittelbar oder mittelbar hergestellt sein. Ein unmittelbarer Kontakt kann durch die Anbringung der
Temperaturmesseinrichtung TS direkt auf dem gasgefüllten Überspannungsabieiter GDT bereitgestellt werden. Ein mittelbarer Kontakt wird bei einer beabstandeten
Anbringung, d.h. z.B. mit einem Luftspalt, oder aber bei
Einbringung eines Gap Fillers GF erreicht. Gap Filier sind Werkstoffe, welche Wärme gut leiten, jedoch nichtleitend sind . Weiterhin weist die Messeinrichtung 1 eine
Auswerteeinrichtung CD auf. Die Auswerteeinrichtung CD erfasst mittels der Temperaturmesseinrichtung TS zu
unterschiedlichen Zeitpunkten tl und t2 und/oder zu
weiteren Zeitpunkten jeweilige Temperaturwerte. Diese Erfassung kann periodisch stattfinden oder aber auch ereignisgesteuert sein. Dabei kann beispielsweise der
Temperaturwert Tl, welcher zu einem Zeitpunkt tl gemessen wurde, die Umgebungstemperatur angeben. Steigt nun die Temperatur innerhalb eines bestimmten ZeitIntervalls stark an, so ist hieraus das Ansprechen des gasgefüllten
Überspannungsabieiters GDT ablesbar. Sinkt die Temperatur anschließend ab, kann auf das Auslösen der Kurzschlussfeder F geschlossen werden. Wird durch die Auswerteeinrichtung CD erkannt, dass die Kurzschlussfeder F ausgelöst hat, so kann eine Meldeeinrichtung OUT1 dazu veranlasst werden eine entsprechende Meldung abzugeben. Eine Meldung kann dabei unterschiedliche Gestalt haben. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Zustand der Kurzschlussfeder F zusätzlich auch optisch mittels einer Lichtmesseinrichtung OS überwacht werden. Dabei erfasst die Auswerteeinrichtung CD zu
unterschiedlichen Zeitpunkten t3 und t4 und/oder zu
weiteren Zeitpunkten jeweilige optische Messwerte LI, L2. Hierbei ist zu vermerken, dass t3 oder t4 (optische
Messung) beispielsweise auch mit tl bzw. t2 (thermische Messung) zusammenfallen kann. Diese Erfassung kann wiederum periodisch stattfinden oder aber auch ereignisgesteuert sein. Dabei kann beispielsweise der optische Messwert LI, welcher zu einem Zeitpunkt t3 gemessen wurde, die
Umgebungshelligkeit angeben. Steigt nun die Helligkeit innerhalb eines bestimmten ZeitIntervalls stark an, so ist hieraus das Ansprechen des gasgefüllten
Überspannungsabieiters GDT ablesbar, da sich nun ein
Lichtbogen LB ausgebildet hat. Sinkt die Helligkeit nach einer gewissen Zeitdauer (Brenndauer) wieder ab, kann auf das Auslösen der Kurzschlussfeder F geschlossen werden. Wird durch die Auswerteeinrichtung CD erkannt, dass die Kurzschlussfeder F ausgelöst hat, so kann eine Meldeeinrichtung OUT1 dazu veranlasst werden eine
entsprechende Meldung abzugeben. Eine Meldung kann dabei unterschiedliche Gestalt haben.
Wie bereits angedeutet kann die Erfassung von optischen Messwerten oder Temperaturmesswerten ereignisgesteuert sein. Wird z.B. ein Helligkeitsanstieg an der
Lichtmesseinrichtung OS festgestellt, kann dies zur
Triggerung einer Temperaturmessung verwendet werden.
Andererseits ist es natürlich auch möglich einen
Temperaturanstieg an der Temperaturmesseinrichtung TS festzustellen und dies zur Triggerung einer
Helligkeitsmessung zu verwenden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die
Messeinrichtung beide Messverfahren auf und bewertet beide Messverfahren (optisch, Temperatur) unabhängig voneinander. Wird als Ergebnis von beiden Bewertungen festgestellt, dass die Kurzschlussfeder F ausgelöst wurde, so kann die Meldung veranlasst werden. Für den Fall, dass nur eines der
Messverfahren ein Auslösen anzeigt kann vorgesehen sein, dass eine anders gestaltete Meldung erfolgt. Beispielsweise kann ein anderes optisches Signal verwendet werden,
und/oder ein anderes akustisches Signal erzeugt werden, und/oder ein anderes elektrisches Fernmeldungssignal erzeugt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die
Temperaturmesseinrichtung TS mit einem thermisch variablen Widerstand aufgebaut. Dabei kann der thermisch variable Widerstand ein Thermistor, beispielsweise ein PTC oder ein NTC sein. Alternativ kann natürlich auch ein Pyrosensor als Temperaturmesseinrichtung TS vorgesehen sein. Ohne näher hierauf einzugehen, können auch unterschiedliche
Temperatursensoren vorgesehen sein, wobei die
Auswerteeinrichtung CD dann wiederum in der Lage ist, die Ergebnisse der jeweiligen Temperatursensoren geeignet zu bewerten.
Die vorbeschriebene Erfindung ist besonders zur Anwendung in einer MSR-Anwendung oder Telekommunikations-Anwendungen geeignet, da hier kleine Bauformen vorherrschen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung 1
bereitgestellt. Dieses Verfahren ist stark verallgemeinert in Figur 3 dargestellt. Dabei wird in einem ersten Schritt 100 ein erster Temperaturwert Tl zu einem ersten Zeitpunkt tl mittels einer Temperaturmesseinrichtung TS, welche in thermischen Kontakt mit einem kurzschließbaren gasgefüllten Überspannungsabieiter GDT steht, gemessen. Dieser
Temperaturwert ist beispielsweise ein
Umgebungstemperaturwert. In einem optionalen Schritt 200 kann ein erster optischer Messwert LI zum selben Zeitpunkt oder zu einem weiteren, allgemein einem dritten Zeitpunkt t3, mittels einer Lichtmesseinrichtung OS, welche den
Zustand des kurzschließbaren gasgefüllten
Überspannungsabieiters GDT - und insbesondere das Auslösen der Kurzschlussfeder F - optisch überwacht, gemessen werden. In einem weiteren Schritt 300 wird mittels der Temperaturmesseinrichtung TS zu einem zweiten Zeitpunkt t2 ein zweiter Temperaturwert T2 gemessen. Dabei ist der zweite Zeitpunkt t2 unterschiedlich vom ersten Zeitpunkt tl. In einem optionalen Schritt 400 kann ein zweiter optischer Messwertes L2 zum selben Zeitpunkt t2 oder zu einem weiteren, allgemein einem vierten Zeitpunkt t4 gemessen werden. Dabei ist der vierte Zeitpunkt t4 zumindest unterschiedlich vom dritten Zeitpunkt t3. In einem weiteren Schritt 500 wird anhand des gemessenen ersten Temperaturwertes Tl und des zweiten Temperaturwertes T2 erkannt, und - soweit vorgesehen - optional oder
zusätzlich anhand des gemessenen ersten optischen
Messwertes LI und des zweiten optischen Messwertes L2 weiterhin erkannt, ob die Kurzschlussfeder F ausgelöst wurde. Wird kein Auslösen erkannt, kehrt das Verfahren beispielsweise zu Schritt 300 zurück. Somit kann eine periodische Abfrage realisiert werden. Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass ein Erkennen eines
Temperaturanstieges zu einer ereignisgesteuerten Abfrage eines zweiten optischen Messwertes führt, also das
Verfahren zu Schritt 400 springt, oder aber bei Erkennen eines Helligkeitsanstieges zu einer ereignisgesteuerten Abfrage eines zweiten Temperaturwertes führt, also das Verfahren zu Schritt 300 springt. Wird im Schritt 500 erkannt, dass die Kurzschlussfeder F ausgelöst wurde, wird in eine Schritt 600 das Erkennen gemeldet. Die Meldung kann dabei unterschiedlich ausgeformt sein und beispielsweise eine Aussage beinhalten, ob - wenn unterschiedliche
Messverfahren vorhanden sind - eines oder mehrere der
Messverfahren ein Auslösen anzeigen. Dabei kann ein
entsprechendes optisches und/oder akustisches und/oder elektrisches Signal abgegeben werden, wenn das Auslösen der Kurzschlussfeder F erkannt wird.
Nachfolgend wird ein weiteres Verfahren beschrieben, welches alternativ oder zusätzlich zu dem zuvor
beschriebenen Verfahren eingesetzt werden kann. Dabei ist das Verfahren auf den Betrieb eines
Überspannungsschutzgerätes ausgerichtet. Das
Überspannungsschutzgerät weist eine Messeinrichtung 1 zur Überwachung von einem oder mehreren Überspannungsschutzelementen TVS, GDT und eine Auswerteeinrichtung CD auf. Die Auswerteeinrichtung CD ist über eine Lichtmesseinrichtung OS1, OS2 mit dem jeweiligen Überspannungsschutzelement TVS, GDT verbunden. Weiterhin weist das Überspannungsschutzgerät eine Einrichtung zur Erkennung eines länger fließenden Stromes, welcher durch das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) fließt, auf.
Die Auswerteeinrichtung zählt nun zum einen die Impulse und erkennt zudem, ob ein länger fließender Strom fließt. Aus der Anzahl der gezählten Impulse und / oder einem erkannten länger fließenden Strom wird bestimmt, ob das jeweilige überwachte Überspannungsschutzelement TVS, GDT noch
betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist.
Basierend auf dem Bestimmungsergebnis wird gemeldet, ob das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) noch betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist.
Bei der Erfindung wird das Auslösen des Kurzschlussbügels indirekt überwacht. Dabei wird das Auslösen der Feder erkannt, und falls gewünscht, weitergeleitet. Hierzu wird die Temperatur am gasgefüllten Überspannungsabieiter GDT bzw. in dessen Nähe gemessen. Durch Auswertung von
aufeinanderfolgenden Temperaturwerten T1,T2, welche zu unterschiedlichen Zeiten tl,t2 gemessen wurden, kann auf den Temperaturverlauf und hieraus auf den Zustand des gasgefüllten Überspannungsabieiters GDT bzw. der
Kurzschlussbügels SC bzw. der Feder F geschlossen werden. Dabei kann auch die Umgebungstemperatur als Größe bestimmt werden, in dem entweder ein erster Wert allein oder aber eine Mittelung über eine Reihe von vergangenen Werten eine Aussage über die Umgebungstemperatur zur Verfügung stellt. Gleiches gilt für die Umgebungshelligkeit. Dabei kann auch die Umgebungshelligkeit als Größe bestimmt werden, in dem entweder ein erster Wert allein oder aber eine Mittelung über eine Reihe von vergangenen Werten eine Aussage über die Umgebungshelligkeit zur Verfügung stellt.
Da die Anordnung der Temperaturmesseinrichtung als auch die optischer Messeinrichtung eine galvanische Trennung
bereitstellen, sind nicht die sonst üblichen Anforderungen an Kurzschlussstromfestigkeit zu erfüllen wie dies bei einer galvanisch ungetrennten, direkten Messung notwendig wäre .
Weiterhin, da die Überwachung nun außerhalb der
Signalleitungen SL1, SL2 stattfindet, findet auch keine Beeinflussung des Signales auf den Signalleitungen durch die Überwachung statt.
Darüber hinaus erlaubt die galvanisch getrennte Anordnung auch eine sehr kompakte Bauweise, da nun die Bauteile nicht mehr kurzschlussfest auszulegen sind. Um das Ansprechverhalten der Temperaturmesseinrichtung TS zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die
Temperaturmesseinrichtung TS mittels eines Gap Fillers GF in thermischen Kontakt zum gasgefüllten
Überspannungsabieiter GDT steht. Solche Gap Filier sind elektrisch nichtleitend, aber dennoch gute Wärmeleiter.
Solche Gap Filier sind beispielsweise auf Silikon basierend oder aber auf Polyimid basierend. Da nun ein im Vergleich zu Luft guter Wärmeleiter zur Verfügung steht, wird eine Temperaturänderung erheblich schneller von der
Temperaturmesseinrichtung TS detektiert werden.
Andere Ereignisse, wie z.B. das Aufleuchten eines
Lichtbogens können in die Auswertung zusätzlich einfließen. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 4 dargestellt. Dabei weist ein Überspannungsschutzgerät eine Messeinrichtung zur Überwachung von einem oder mehreren Überspannungsschutzelementen TVS und / oder GDT auf.
Beispielsweise weist das Überspannungsschutzgerät ein gasgefüllten Überspannungsabieiter GDT und / oder ein Halbleiterbauelement, insbesondere eine Schutzdiode, insbesondere ein TVS-Diode, als Überspannungsschutzelement auf.
Hierzu weist das Überspannungsschutzgerät eine
Auswerteeinrichtung CD auf, welche dazu eingerichtet ist impulsartige Überspannungsereignisse, welche durch das jeweilige Überspannungsschutzelement TVS und / oder GDT abgeleitet werden, zu zählen.
Vorteilhafterweise ist die Auswerteeinrichtung CD hierzu über eine Lichtmesseinrichtung OS1, z.B. einen
Fototransistor, mit dem Überspannungsschutzelement GDT verbunden, bzw. über eine Lichtmesseinrichtung OS2, z.B. einen Optokoppler, direkt mit dem
Überspannungsschutzelement TVS verbunden. In diesem Fall fließt über den Optokoppler auf einer Seite ein Teil des AbleitStromes .
Weiterhin weist das Überspannungsschutzgerät eine
Einrichtung zur Erkennung eines länger fließenden Stromes, welcher durch das Überspannungsschutzelement TVS, GDT fließt, auf.
Vorteilhafterweise ist die Einrichtung zur Erkennung länger fließenden Stromes z.B. für ein gasgefüllten
Abieiter optisch angebunden und ermittelt einen länge fließenden Strom indirekt optisch an Hand der Brenndauer eines gasgefüllten Abieiters, bzw. über einen Leckstrom, der durch eine Schutzdiode fließt. Weiterhin weist das Überspannungsschutzgerät eine
Auswerteeinrichtung CD auf, welche, basierend auf den gezählten Impulsen und/oder einem erkannten länger
fließenden Stromes bestimmt, ob das
Überspannungsschutzelement TVS, GDT noch betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist.
Darüber hinaus verfügt das Überspannungsschutzgerät über eine oder mehrere Meldeeinrichtung OUTl, OUT2, welche anzeigen, ob das Überspannungsschutzelement TVS, GDT noch betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist.
Die Meldeeinrichtung OUTl kann eine erste Statusanzeige zur Verfügung stellen, die einen vorgeschädigt Zustand anzeigt, z.B. einen Warnzustand, z.B. gelb.
Die Meldeeinrichtung OUT2 kann eine zweite Statusanzeige zur Verfügung stellen, die einen unbrauchbaren Zustand anzeigt, z.B. einen Defekt zustand, z.B. rot. Dabei kann in aller Regel davon ausgegangen werden, dass wenn eines der Bauteile als defekt erkannt oder anzunehmen ist, die
Defektmeldung im Sinne einer ,,oder"-Verknüpfung erfolgen soll .
In der schematischen Darstellung der Figur 4 sind noch zwei beispielhafte Widerstände Rl, R2 aufgeführt. Weiterhin ist in der Figur an den Schutzdioden noch eine Wirkeinrichtung vorgesehen, welche thermisch aktiviert werden kann und zu einer Unterbrechung des Stromflusses bzw. zu einem Kurzschluss an den Schutzdioden vorbei analog zum
Kurschlussbügel SC führen kann.
Ohne näher hierauf einzugehen kann der Zustand auf Basis einer komplexen Bewertung zur Verfügung gestellt werden. So kann z.B. vorgesehen sein, dass abhängig von der Anzahl bisher abgeleiteter Impulse die Brenndauer, die zu einem Defekt zustand führt, abnimmt. D.h. sind bereits viele
Impulse abgeleitet, reicht auch eine kurze Brenndauer, um den Defekt zustand zu erreichen. Umgekehrt kann auch die
Brenndauer dazu führen, dass bereits eine geringere Anzahl von Impulsen zu einer Schädigungsanzeige oder Defektanzeige führt . Durch die Erfindung wird es somit ermöglicht über eine direkte Erfassung insbesondere der Ableitereignisse eine präzise Aussage über den Schädigungszustand bzw. über einen Defekt zustand zu erlangen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Ausführungsform der Figuren 1 und 2 und 4 in einer gemeinsamen Anordnung verwirklicht sind.
Die vorbezeichnete Erfindung ist insbesondere im MSR- Bereich und im Telekommunikationsbereich einsetzbar, da sie keine hohen Nennströme erfordert. Bezugs zeichenliste
Messeinrichtung 1
Kurzschlussfeder F Kurzschlussbügel SC
Gasgefüllter Überspannungsabieiter GDT
Temperaturmesseinrichtung TS
Lichtmesseinrichtung OS
Auswerteeinrichtung CD Auslöseeinrichtung AE Meldeeinrichtung OUT1, OUT2, OUT
Gap Filier GF
Lichtbogen LB
Signalleitung SL1, SL2 Widerstand Rl, R2

Claims

Ansprüche
Uberspannungsschut zgerät mit einem oder mehreren
Überspannungsschutzelementen (TVS, GDT) und einer
Messeinrichtung (1) zur Überwachung der
Überspannungsschutzelemente (TVS, GDT) , aufweisend
eine Auswerteeinrichtung (CD) , welche dazu eingerichtet ist impulsartige
Überspannungsereignisse, welche durch das
Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) abgeleitet werden, zu zählen, wobei die Auswerteeinrichtung (CD) über eine Lichtmesseinrichtung (OS1, OS2) mit dem Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) verbunden ist, und/oder
• eine Einrichtung zur Erkennung eines länger
fließenden Stromes, welcher durch das
Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) fließt, wobei das Überspannungsschutzgerät zusätzlich umfasst eine Auswerteeinrichtung (CD) , welche, basierend auf den gezählten Impulsen und/oder einem erkannten länger fließenden Stromes bestimmt, ob das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) noch betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist, und
eine Meldeeinrichtung (OUT1, OUT2), welche anzeigt, ob das Überspannungsschutzelement (TVS, GDT) noch betriebsfähig, vorgeschädigt oder unbrauchbar ist.
Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Überspannungsschutzgerät einen gasgefüllten Überspannungsabieiter (GDT) als
Überspannungsschutzelement aufweist .
3. Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Überspannungsschutzgerät ein
Halbleiterbauelement, insbesondere eine Schutzdiode, insbesondere eine TVS-Diode, als
Überspannungsschutzelement (TVS) aufweist.
4. Überspannungsschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Meldeeinrichtung (OUT1) eine erste
Statusanzeige aufweist, die einen vorgeschädigt Zustand anzeigt, und eine zweite Statusanzeige aufweist, die einen unbrauchbaren Zustand anzeigt.
5. Überspannungsschutzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Messeinrichtung (1) weiterhin zur indirekten Überwachung einer Kurzschlussfeder (F) eines
gasgefüllten Überspannungsabieiters (GDT) geeignet ist, und
das Überspannungsschutzgerät weiterhin aufweist eine Temperaturmesseinrichtung (TS), welche in thermischem Kontakt mit dem kurzschließbaren gasgefüllten Überspannungsabieiter (GDT) steht, eine Auswerteeinrichtung (CD) , welche, basierend auf Temperaturwerten (T1,T2), welche zu
unterschiedlichen Zeiten (tl,t2) gemessen wurden, erkennt, ob die Kurzschlussfeder (F) ausgelöst wurde,
eine Meldeeinrichtung (OUT) , welche das Erkennen einer ausgelösten Kurzschlussfeder (F) meldet, wobei die Meldung durch die Auswerteeinrichtung (CD) bewirkt wird. Uberspannungsschut zgerät nach Anspruch 5, wobei die Lichtmesseinrichtung (OS1) weiterhin
eingerichtet ist, den kurzschließbaren gasgefüllten Überspannungsabieiter (GDT) an Hand des Zustandes der Kurzschlussfeder (F) optisch zu überwachen, und
die Auswerteeinrichtung (CD) weiterhin auch basierend auf optischen Messwerten (LI, L2), welche zu unterschiedlichen Zeiten (t3, t4) gemessen wurden, erkennt, ob die Kurzschlussfeder ausgelöst wurde.
Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Temperatursensor (TS) mittels eines Gap
Fillers (GF) in thermischem Kontakt mit dem
kurzschließbaren gasgefüllten Überspannungsabieiter (GDT) steht.
Überspannungsschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperaturmesseinrichtung (TS) einen thermisch variablen Widerstand aufweist.
Überspannungsschutzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
der thermisch variable Widerstand ein PTC oder ein NTC ist.
Überspannungsschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperaturmesseinrichtung (TS) einen
Pyrosensor aufweist.
11. Überspannungsschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
die Messeinrichtung zum Einsatz in einer MSR- Anwendung oder Telekommunikations-Anwendungen
vorgesehen ist.
12. Überspannungsschutzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Meldeeinrichtung (OUT1) ein optisches und/oder akustisches und/oder ein elektrisches Signal abgibt, wenn das Auslösen der Kurzschlussfeder erkannt wird.
13. Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung (1) zur
indirekten Überwachung einer Kurzschlussfeder (F) eines kurzschließbaren gasgefüllten Überspannungsabieiters (GDT) mit einer Temperaturmesseinrichtung (TS), welche in thermischen Kontakt mit dem kurzschließbaren
gasgefüllten Überspannungsabieiter (GDT) steht, aufweisend die Schritte:
• messen (100) eines ersten Temperaturwertes (Tl) zu einem ersten Zeitpunkt (tl),
• messen (300) eines zweiten Temperaturwertes (T2) zu einem zweiten Zeitpunkt (t2), der unterschiedlich vom ersten Zeitpunkt (tl) ist,
• erkennen (500) anhand des gemessenen ersten Temperaturwertes (Tl) und des gemessenen zweiten
Temperaturwertes (T2), ob die Kurzschlussfeder (F) ausgelöst wurde,
• bei Erkennen, dass die Kurzschlussfeder (F) ausgelöst wurde, melden (600) des Erkennens.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Messeinrichtung (1) weiterhin eine Lichtmesseinrichtung (OS ) aufweist, welche den Zustand des kurzschließbaren gasgefüllten Überspannungsabieiters (GDT) und insbesondere des Auslösens der Kurzschlussfeder (F) optisch überwacht, weiterhin aufweisend die Schritte:
• messen (200) eines ersten optischen Messwertes (LI) zu einem dritten Zeitpunkt (t3),
• messen (400) eines zweiten optischen Messwertes (L2) zu einem vierten Zeitpunkt (t4), der
unterschiedlich vom dritten Zeitpunkt (t3) ist,
• erkennen (500) anhand des gemessenen ersten optischen Messwertes (LI) und des gemessenen zweiten optischen Messwertes (L2), ob die Kurzschlussfeder (F) ausgelöst wurde.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die
Messeinrichtung (1) weiterhin eine Meldeeinrichtung (OUT) aufweist, weiterhin aufweisend den Schritt:
• abgeben (600) eines optischen und/oder
akustischen und/oder elektrischen Signals, wenn das Auslösen der Kurzschlussfeder (F) erkannt wird.
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