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Dokumentenidentifikation DE3705865C2 16.06.1994
Titel Schaltungsanordnung zum Schutz eines Gerätes gegen Überspannungen
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Schuhbauer, Ernst, Dipl.-Ing., 8000 München, DE
DE-Anmeldedatum 24.02.1987
DE-Aktenzeichen 3705865
Offenlegungstag 01.09.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.06.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.06.1994
IPC-Hauptklasse H02H 9/06

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Gerätes gegen Überspannungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 (DE 31 31 629 A1).

Aus der Siemens Produktschrift des Fernschreibers 1000 S, 4/84, Seiten 4-4, 4-7, 7-12, 7-17 ist es zum Schutz eines Gerätes der Fernmeldetechnik, beispielsweise einer Fernschreibmaschine gegen Überspannungen bereits bekannt, in dem Gerät zwischen der Anschlußleitung und einem Masseanschluß einen Überspannungsableiter vorzusehen, der immer dann zündet, wenn auf der Anschlußleitung eine Überspannung, beispielsweise eine Blitzbeeinflussung auftritt.

Die Fig. 1 zeigt eine derartige Fernschreibmaschine FS, bei der die Anschlußleitung A über einen ersten Überspannungsableiter Ü1 mit einem Masseanschluß der Fernschreibmaschine FS verbunden ist. Über die Anschlußleitung A werden durch Signale Fernschreibzeichen an einen fernen Teilnehmer übertragen. Die Signale werden der Anschlußleitung A über eine Trennstufe T zugeführt, die die Anschlußleitung A galvanisch trennt. Die Trennstufe T ist beispielsweise als ein Übertrager ausgebildet. Die Spannungsversorgung der Fernschreibmaschine erfolgt durch eine Netzleitung NL, die bei einem Gerät der Schutzklasse 1 aus dem Phasenleiter P, dem neutralen Leiter N und dem Schutzleiter S besteht. Der Schutzleiter S ist ebenfalls mit dem Masseanschluß der Fernschreibmaschine FS verbunden. Außerdem ist die Netzleitung NL durch eine erste Sicherung S1 abgesichert.

Wenn auf der Anschlußleitung A eine Blitzbeeinflussung B stattfindet, zündet der Überspannungsableiter Ü1, so daß dieser niederohmig wird und die Überspannung über den Masseanschluß der Fernschreibmaschine FS dem Schutzleiter S zugeführt wird, der im Versorgungsnetz geerdet ist.

Falls die Anschlußleitung A und die Netzleitung NL ungünstig, d. h. nahe zueinander verlegt sind, kann der Fall eintreten, daß, wie in Fig. 2 gezeigt, bei einer Blitzbeeinflussung B auf der Anschlußleitung A ein Lichtbogen L zu dem Phasenleiter P der Netzleitung NL überspringt. Infolge der ionisierten Luft in dem Lichtbogen L besteht nun die Gefahr, daß von dem Phasenleiter P der Netzleitung NL eine erhöhte Spannung auf die Anschlußleitung A überspringt. Der Überspannungsleiter Ü1 in der Fernschreibmaschine FS zündet daher und die Netzspannung gelangt an den Masseanschluß der Fernschreibmaschine FS. Entsprechendes gilt, wenn eine Blitzbeeinflussung auf der Netzleitung NL stattfindet und damit ein Lichtbogen L zwischen der Netzleitung NL und der Anschlußleitung A erzeugt wird. Auch danach besteht die Gefahr, daß die Netzspannung an die Masse der Fernschreibmaschine FS gelangt.

Falls die Netzleitung NL entsprechend der Schutzklasse 1 mit einem Schutzleiter S versehen ist, wird diese Netzspannung sofort abgeleitet und es besteht keine Gefahr für die Bedienperson der Fernschreibmaschine FS. Falls die Netzleitung NL keinen Schutzleiter S aufweist (Schutzklasse 2) und damit der Massenanschluß nicht mit Schutzerde verbunden ist, besteht die Gefahr, daß bei einer Zündung des Überspannungsableiters Ü1 die Masse und damit berührbare Teile der Fernschreibmaschine FS mit der Anschlußleitung A verbunden sind. Bei einer Blitzbeeinflussung B ist dies zwar noch nicht sehr gefährlich, da die Dauer der Überspannung so kurz ist, daß eine Gefährdung der Bedienperson meist nicht gegeben ist. Falls jedoch die oben erwähnte Folgeentladung der Netzspannung von der Netzleitung NL auf die Anschlußleitung A erfolgt und unter Umständen für mehrere Minuten Netzspannung an berührbare Teile der Fernschreibmaschine FS gelangt, besteht Lebensgefahr für die Bedienperson. Deshalb ist unter solchen Bedingungen die Schutzklasse 2 nicht anwendbar. In manchen Ländern wird jedoch trotzdem die Schutzklasse 2 verlangt, da die Netzleitung NL ohne Schutzerde verlegt ist.

Aus der DE 31 31 629 A1 ist eine Schutzeinrichtung für über Anschlußleitungen angeschlossene Endgeräte der Fernmelde- und Datentechnik bekannt, die aus einem Überspannungsableiter und eine Induktivität gebildete Schutzschaltung besteht. Zwischen der Schutzschaltung und dem zu schützenden Endgerät ist eine zusätzliche Sicherungsschaltung angeordnet, deren Ansprechwert derart eingestellt ist, daß sie nur nach Ausfall der Schutzschaltung anspricht. Damit werden Überspannungen und Überströme in dem zu schützenden Endgerät auch nach Ausfall der Schutzschaltung vermieden.

Aus der DE 25 55 246 A1 ist eine Stromversorgungs-Eingangsschaltung für in einem abgeschirmten Raum angeordnete elektrische Geräte bekannt, bei der zwischen einem neutralen Leiter und dem Massepotential ein Überspannungsableiter angeordnet ist (Figur).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Geräts gegen Überspanungen anzugeben, die auch dann gegen Folgeentladungen wirksam ist, wenn die Schutzklasse 2 verwendet wird und die Netzleitung demnach keinen Schutzleiter enthält.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß sie nur einen verhältnismäßig geringen Aufwand erfordert und dennoch einen wirksamen Schutz gegen Folgeentladungen bei Überspannungen sicherstellt.

Da bei Geräten der Schutzklasse 2 bei den meisten Netzsteckerkonstruktionen nicht festgelegt ist, welcher Stift mit dem neutralen Leiter verbunden ist, wird der zweite Überspannungsableiter zweckmäßigerweise an einem spannungsmäßigen Mittelpunkt zwischen dem neutralen Leiter und dem Phasenleiter angeschlossen. Dieser Mittelpunkt kann durch eine Mittelanzapfung einer Spule, insbesondere einer Drossel induktiv erzeugt werden. Eine zusätzliche Spule ist jedoch dann nicht erforderlich, wenn die Netzleitung an einem Netztransformator für die Spannungsversorgung des Gerätes anliegt. Die Primärwicklung dieses Netztransformators muß dann lediglich eine Mittelanzapfung aufweisen, an der der zweite Überspannungsableiter angeschlossen wird.

Da auf dem Mittelpunkt die halbe Netzspannung liegt, ist bei vielen Sicherheitsvorschriften keine Verbindung dieses Punktes mit der Anschlußleitung zulässig. Die Verbindung ist jedoch erlaubt, wenn zu dem zweiten Überspannungsableiter ein dritter Überspannungsableiter in Serie geschaltet wird, da dann für die Gefährdung einer Bedienperson ein Doppelfehler auftreten müßte, was normalerweise auszuschließen ist.

Der Mittelpunkt kann auch durch den Verbindungspunkt von zwei in Serie geschalteten weiteren Überspannungsableitern gebildet werden, die an der Netzleitung angeschlossen sind. In diesem Fall ist die Forderung nach zwei in Serie geschalteten Überspannungsableitern im Fehlerfall ebenfalls erfüllt.

Um sicherzustellen, daß die weiteren Überspannungsableiter unter normalen Bedingungen sicher nicht zünden, ist parallel zu den weiteren Überspannungsableitern ein hochohmiger Spannungsteiler aus zwei Widerständen angeordnet, der im nichtgezündeten Zustand die Spannung gleich aufteilt.

Um nach dem Auftreten einer Folgeentladung einen Strom von der Netzleitung zur Masse der Fernschreibmaschine zu unterbrechen, ist es vorteilhaft, wenn in der Anschlußleitung eine zweite Sicherung vorgesehen wird. Diese Sicherung wird vorzugsweise derart dimensioniert, daß sie bei einer normalen Blitzbeeinflussung noch nicht auslöst. Damit ist der Schutz des Geräts in gleicher Weise gegeben wie bisher, d. h. ohne Auswechseln einer Sicherung nach jeder Blitzbeeinflussung.

Falls Netzspannung bei gezündetem ersten Überspannungsableiter auf die Anschlußleitung gelangt und die Überspannungsableiter zwischen dem Masseanschluß und dem neutralen Leiter zünden, kann auch der zwischen dem Mittelpunkt und dem Phasenleiter angeordnete Überspannungsableiter zünden, wodurch auch die Sicherung in der Netzleitung auslöst. Die beiden Sicherungen in der Anschlußleitung und in der Netzleitung werden selektiv derart dimensioniert, daß die Sicherung in der Anschlußleitung wesentlich vor der in der Netzleitung auslöst. Dadurch wird einerseits sichergestellt, daß eine Gefährdung der Bedienperson unterbleibt und andererseits wird in den meisten Fällen die Netzsicherung nicht auslösen.

Ausführungsbeispiele der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild für einen Überspannungsschutz bei Geräten der Schutzklasse 1,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Folgeentladung nach einer Blitzbeeinflussung,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ist das Gerät, vorzugsweise eine Fernschreibmaschine FS einerseits an einer Netzleitung NL und andererseits an einer Anschlußleitung A angeschlossen. Die Fernschreibmaschine FS ist in diesem Fall ein Gerät der Schutzklasse 2, d. h. die Netzleitung NL weist keinen Schutzleiter auf, sondern nur einem Phasenleiter P und einen neutralen Leiter N, der im Versorgungsnetz geerdet ist. Die Fernschreibmaschine FS enthält eine Trennstufe T, über die Signale an die Anschlußleitung A abgegeben werden. In bekannter Weise ist die Anschlußleitung A zum Schutz gegen Überspannungen mit einem ersten Überspannungsableiter Ü1 versehen, der bei einer zu hohen Spannung zündet und die Überspannung an die Masse der Fernschreibmaschine FS anlegt. Hierbei entsteht keine Gefährdung einer Bedienperson, da die Dauer der Überspannung sehr kurz ist. Falls jedoch, wie in Fig. 2 gezeigt, vom Phasenleiter P der Netzleitung NL die Netzspannung auf die Anschlußleitung A gelangt, besteht die Gefahr einer Gefährdung der Bedienperson. Um diese Gefahr zu vermeiden, weist die Schaltungsanordnung einen zweiten Überspannungsableiter Ü2 auf, der zwischen einem Masseanschluß der Fernschreibmaschine FS und dem neutralen Leiter N angeschlossen ist und der beim Anliegen der Netzspannung an der Masse zündet, um die Netzspannung abzuleiten.

Zusätzlich zu der die Netzspannung absichernden ersten Sicherung S1 kann eine zweite Sicherung S2 in der Anschlußleitung A vorgesehen sein, die den Strom infolge der Netzspannung auf der Anschlußleitung A abschaltet. Die Selektivitäten der beiden Sicherungen S1 und S2 werden zweckmäßigerweise so gewählt, daß die zweite Sicherung S2 wesentlich vor der ersten Sicherung S1 auslöst, um sicherzustellen, daß eine Gefährdung der Bedienperson unterbleibt und daß auch in den meisten Fällen die Netzsicherung nicht auslöst.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung ist nur dann verwendbar, wenn sichergestellt ist, daß der zweite Überspannungsableiter Ü2 den Masseanschluß mit dem neutralen Leiter N verbindet. Bei den meisten Netzsteckerkonstruktionen ist jedoch nicht festgelegt, welcher Stift mit dem neutralen Leiter N verbunden ist. Um nun auch eine Fernschreibmaschine FS der Schutzklasse 2, bei der nicht sichergestellt ist, welche Leitung der Netzleitung NL den Phasenleiter P und den neutralen Leiter N beinhaltet, sicher gegen Überspannungen schützen zu können, wird zwischen dem Phasenleiter P und dem Netzleiter N ein künstlicher spannungsmäßiger Mittelpunkt M erzeugt, an dem der zweite Überspannungsableiter Ü2 angeschlossen wird. Dieser Mittelpunkt kann, wie in Fig. 4 dargestellt, durch eine Spule SP erzeugt werden, die eine Mittelanzapfung aufweist, an der der zweite Überspannungsableiter Ü 2 angeschlossen wird. Diese Spule SP kann eine Drossel mit einer Mittelanzapfung sein. Da üblicherweise die Netzspannung jedoch zur Spannungsversorgung der Fernschreibmaschine FS dient, ist die Netzleitung an der Primärwicklung eines Netztransformators angeschlossen. Die Primärwicklung dieses Netztransformators kann nun als Spule SP verwendet werden, wenn dort ein Mittelabgriff zur Bildung des Mittelpunkts M vorgesehen wird.

Da an dem Mittelpunkt M die halbe Netzspannung anliegt, ist bei vielen Sicherheitsvorschriften keine Verbindung dieses Mittelpunkts mit der Anschlußleitung A zulässig. Dies ist jedoch erlaubt, wenn in Serie zu dem zweiten Überspannungsableiter Ü2 ein in Fig. 4 gestrichelt dargestellter dritter Überspannungsableiter Ü3 angeschaltet wird. In diesem Fall tritt eine Gefährdung einer Bedienperson nur dann ein, wenn ein Doppelfehler auftritt, was normalerweise auszuschließen ist.

Bei der in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung wird der Mittelpunkt M unter Verwendung eines aus zwei weiteren Überspannungsableitern Ü4 und Ü5 gebildeten Spannungsteilers hergestellt. An diesen Mittelpunkt M ist der zweite Überspannungsableiter Ü2 angeschlossen. Beim Auftreten einer Folgeentladung nach dem Zünden des Überspannungsableiters Ü1 gelangt die Netzspannung über die Anschlußleitung A und den Überspannungsableiter Ü2 zum Mittelpunkt M und von diesem nach dem Zünden des Überspannungsableiters Ü 4 oder des Überspannungsableiters Ü5 zum neutralen Leiter N der Netzleitung NL. Auf diese Weise wird die gefährliche Netzspannung abgeleitet. Dabei löst die zweite Sicherung S2 in der Anschlußleitung aus. Bei diesem Vorgang kann eventuell auch der jeweils andere Überspannungsableiter Ü5 bzw. Ü4 zünden, wobei auch die erste Sicherung S1 in der Netzleitung NL auslöst. Auch hier werden die beiden Sicherungen S1 und S2 derart dimensioniert, daß die Sicherung S2 wesentlich vor der Sicherung S1 auslöst.

Um sicherzustellen, daß die beiden Überspannungsableiter Ü4 und Ü5 unter normalen Bedingungen sicher nicht zünden, wird ein aus zwei Widerständen R1 und R2 gebildeter Spannungsteiler vorgesehen, der parallel zu den Überspannungsableitern Ü4 und Ü5 geschaltet wird. Damit wird die Netzspannung gleichmäßig auf die beiden Überspannungsableiter Ü4 und Ü5 aufgeteilt.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zum Schutz eines Gerätes gegen Überspannungen, bei der das Gerät für eine Spannungsversorgung mit einer einen Phasenleiter und einen neutralen Leiter aufweisenden Netzleitung verbunden ist, bei der die Netzleitung keinen Schutzleiter aufweist, bei der die Netzleitung durch eine erste Sicherung abgesichert ist, bei der das Gerät für eine Übertragung von Signalen mit einer Anschlußleitung verbunden ist und bei der die Anschlußleitung über einen ersten Überspannungsableiter mit einem Masseanschluß des Gerätes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (FS) einen zweiten Überspannungsableiter (Ü2) aufweist, der den Masseanschluß des Gerätes (FS) mit dem neutralen Leiter (N) der Netzleitung (NL) verbindet.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Überspannungsableiter (Ü2) an einem spannungsmäßigen Mittelpunkt (M) zwischen dem neutralen Leiter (N) und dem Phasenleiter (P) der Netzleitung (NL) verbunden ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (M) durch eine Mittelanzapfung einer Spule (SP) erzeugt wird, die an der Netzleitung (NL) angeschlossen ist.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (SP) als eine mit einer Mittelanzapfung versehene Primärwicklung eines Transformators für die Spannungsversorgung des Gerätes (FS) ausgebildet ist.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Überspannungsableiter (Ü3) mit dem zweiten Überspannungsableiter (Ü2) in Serie geschaltet ist.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (M) durch den Verbindungspunkt von zwei in Serie geschalteten weiteren Überspannungsableitern (Ü4, Ü5) gebildet wird, die an der Netzleitung (NL) angeschlossen sind.
  7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Überspannungsableitern (Ü4, Ü5) ein Spannungsteiler aus Widerständen (R1, R2) parallel geschaltet ist.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anschlußleitung (A) eine zweite Sicherung (S2) vorgesehen ist.
  9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sicherung (S1) und die zweite Sicherung (S2) derart ausgewählt sind, daß beim Auftreten einer Überspannung die zweite Sicherung (S2) wesentlich vor der ersten Sicherung (S1) auslöst.
  10. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (FS) eine Fernschreibmaschine ist und daß die Anschlußleitung (A) als eine Fernschreibleitung ausgebildet ist.






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