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Title:
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR OVERVOLTAGE PROTECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/113659
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a circuit arrangement for overvoltage protection comprising: a surge arrester (1) having a first electrode (A), the connection thereof being coupled to a first potential node (10), a second electrode (B), the connection thereof being coupled to a second potential node (20) and a central electrode (C); a first voltage-dependent resistance component (2) which is coupled to the connection of the central electrode (C) and to the connection of the first potential node (10); and a second voltage-dependent resistance component (3) which is coupled to the connection of the central electrode (C) and to the connection of the second potential node (20).

Inventors:
HOFFMANN, Robert (Schildhornstr. 57, Berlin, 12163, DE)
Application Number:
EP2014/072555
Publication Date:
August 06, 2015
Filing Date:
October 21, 2014
Export Citation:
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Assignee:
EPCOS AG (St.-Martin-Straße 53, München, 81669, DE)
International Classes:
H02H9/06; H01T15/00; H02H9/04
Domestic Patent References:
WO2001001539A12001-01-04
Foreign References:
GB2172453A1986-09-17
US4023071A1977-05-10
CN201178306Y2009-01-07
EP0986158A12000-03-15
DE102008022794A12009-08-06
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (Schloßschmidstr. 5, München, 80639, DE)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz mit

- einem Überspannungsabieiter (1) mit einer ersten Elektrode (A) , deren Anschluss mit einem ersten Potenzialknoten (10) gekoppelt ist, einer zweiten Elektrode (B) , deren Anschluss mit einem zweiten Potenzialknoten (20) gekoppelt ist, und einer Mittelelektrode (C) ,

- einer ersten spannungsabhängigen Widerstandskomponente (2), die mit dem Anschluss der Mittelelektrode (C) und dem ersten

Potenzialknoten (10) gekoppelt ist, und

- einer zweiten spannungsabhängigen Widerstandskomponente (3) , die mit die mit dem Anschluss der Mittelelektrode (C) und dem zweiten Potenzialknoten (20) gekoppelt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,

wobei der Überspannungsabieiter (1) eine erste

Ansprechspannung (UAB) für einen Stromfluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (A, B) hat,

eine zweite Ansprechspannung für einen Stromfluss zwischen der ersten Elektrode (A) und der Mittelelektrode (C) hat, eine dritte Ansprechspannung für einen Stromfluss zwischen der Mittelelektrode (C) und der zweiten Elektrode (B) hat, und wobei die erste Ansprechspannung (UAB) größer als die zweite Ansprechspannung ist und die erste Ansprechspannung (UAB) größer als die dritte Ansprechspannung ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei

die erste spannungsabhängige Widerstandskomponente (2) eine erste Schwellenspannung hat,

die zweite spannungsabhängige Widerstandskomponente (3) eine zweite Schwellenspannung hat, und wobei die Summe der ersten und der zweiten Schwellenspannung geringer ist als die erste Ansprechspannung (UAB) .

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei der erste Potenzialknoten (10) mit einem dritten

Potenzialknoten (30) gekoppelt ist und der zweiten

Potenzialknoten (20) mit einem vierten Potenzialknoten (40) gekoppelt ist, und wobei zwischen dem dritten und vierten Potenzialknoten eine Spannung mit einem vorgegebenen

Nennspannungswert anlegbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,

wobei die erste Ansprechspannung (UAB) größer ist als der Nennspannungswert ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Summe der ersten und der zweiten Schwellenspannung größer als der Nennspannungswert ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei der Anschluss der ersten Elektrode (A) mit dem ersten Potenzialknoten (10) über eine Impedanz (8) gekoppelt ist und/oder der Anschluss der zweiten Elektrode (B) mit dem zweiten Potenzialknoten (20) über eine Impedanz (9) gekoppelt ist .

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei der Überspannungsabieiter (1) eine

Überstromschutzeinrichtung (7) aufweist, die ausgebildet ist einen Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten

Elektrode (A, B) auszulösen.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8,

wobei die Überstromschutzeinrichtung (7) einen

Kurzschlussbügel aufweist, der durch ein schmelzbares Element derart ausgelenkt ist, dass er isoliert von der ersten

Elektrode (A) und/oder der zweiten Elektrode (B) ist, und der nach Schmelzen des schmelzbaren Element elektrisch leitend sowohl mit der ersten als auch der zweiten Elektrode (A, B) verbunden ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei die erste spannungsabhängige Widerstandskomponente (1) einen Varistor aufweist und/oder die zweite

spannungsabhängige Widerstandskomponente (2) einen Varistor aufweist . 11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei ein erstes Überstromschutzelement (5) zwischen den ersten Potenzialknoten (10) dem dritten Potenzialknoten (30) geschaltet ist und/oder ein zweites Überstromschutzelement (6) zwischen den zweiten Potenzialknoten (20) und den vierten Potenzialknoten (40) geschaltet ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei eine Versorgungsspannung für ein der

Schaltungsanordnung nachschaltbares Gerät zwischen dem ersten und dem zweiten Potenzialknoten (10, 20) bereitgestellt wird.

13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 mit einem fünften Potenzialknoten (50) und einem sechsten Potenzialknoten (60), an denen eine Versorgungsspannung für ein der Schaltungsanordnung nachschaltbares Gerät bereitgestellt wird, wobei der fünfte Potenzialknoten (50) zwischen der ersten Impedanz (8) und dem Anschluss der ersten Elektrode (A) ist und der sechste Potenzialknoten (60) zwischen der zweiten Impedanz (9) und dem Anschluss der zweiten Elektrode (B) ist.

Description:
Beschreibung

Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum

Überspannungsschutz .

Elektrische oder elektronische Geräte, die an

Wechselspannungsnetzen betrieben werden, sind für eine vorgegebene Nennspannung ausgelegt, die netzseitig

bereitgestellt wird. Die Energieverteilung und Zuführung von Strom und Spannung zum Gerät erfolgt bei einem einphasigen Anschluss über einen Neutralleiter, kurz als N oder N-Leiter bezeichnet, und einen Außenleiter, kurz als L oder L-Leiter oder alternativ als Phase bezeichnet. Die Nennspannung kann beispielsweise 230V betragen. Bei Dreiphasenanschlüssen gibt es drei Außenleiter, die mit LI, L2 und L3 bezeichnet werden.

Netzseitige Spannungsschwankungen können dazu führen, dass die elektrischen oder elektronischen Geräte einer temporären oder dauerhaften Überspannung, die über der Nennspannung liegt, ausgesetzt sind.

Solche Überspannungen können beispielsweise auch durch einen Falschanschluss des Geräts erfolgen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der N-Leiter mit einer weiteren Phase,

beispielsweise L2 oder L3, vertauscht wird.

Eine andere Ursache für Überspannungen können

Spannungsschwankungen im Netz sein. Dieses Problem tritt beispielsweise in Ländern auf, bei denen der Ausbau der Netz- Infrastruktur nicht mit der industriellen Entwicklung Schritt halten kann, aber auch in sogenannten Entwicklungsländern mit schwach ausgeprägter Netzarchitektur.

Solche Überspannungen können dazu führen, dass die Geräte beschädigt oder zerstört werden. Anschließend ist es

erforderlich, sie zu reparieren beziehungsweise

aus zutausehen .

Es stellt sich die Aufgabe, elektrische Geräte durch eine Schaltungsanordnung vor temporären oder dauerhaften

Überspannungen zu schützen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Schaltungsanordnung umfasst einen Überspannungsabieiter mit einer ersten Elektrode, deren Anschluss mit einem ersten Potenzialknoten gekoppelt ist, einer zweiten Elektrode, deren Anschluss mit einem zweiten Potenzialknoten gekoppelt ist, und einer Mittelelektrode. Eine erste spannungsabhängige Widerstandskomponente ist mit dem Anschluss der

Mittelelektrode und dem ersten Potenzialknoten gekoppelt. Eine zweite spannungsabhängige Widerstandskomponente ist mit dem Anschluss der Mittelelektrode und dem zweiten

Potenzialknoten gekoppelt.

Die erste und zweite spannungsabhängige Widerstandskomponente sind in Reihe geschaltet. Vorteilhafterweise sind die

spannungsabhängigen Widerstandskomponenten mit dem Anschluss der Mittelelektrode und dem entsprechenden Potenzialknoten verbunden . Diese Schaltungsanordnung dient als Schutzschaltung und begrenzt eine eingangsseitig anliegende Überspannung zum Schutz des der Schaltungsanordnung nachgeschalteten

elektrischen Geräts.

Der Drei-Elektroden-Überspannungsableiter ist ein Bauteil zum Begrenzen von gefährlichen Überspannungen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Gasabieiter handeln. Der

Überspannungsabieiter weist drei Elektroden auf, von denen die erste und zweite üblicherweise stirnseitig angeordnet sind. Die Mittelelektrode ist dazwischen angeordnet. Die Anschlüsse der Elektroden erlauben die Verbindung mit anderen Schaltungselementen. Bei kompakter Bauweisen erfolgt die Kontaktierung der Elektroden direkt an deren Außenseiten, die in diesem Fall als Anschlüsse dienen. Die Anschlüsse können auch von den Elektroden weggeführt, beispielsweise als

Drähte, ausgestaltet sein.

Steigt die Spannung zwischen zweien der Elektroden über eine Ansprechspannung, auch Zündspannung genannt, so wird die

Überspannung durch das Zünden einer Gasentladung abgebaut.

Dies kommt bei Netzspannungen von hundert Volt und mehr einem

Kurzschluss gleich. Üblicherweise erfolgt der Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, die an den äußeren Enden des Überspannungsabieiters angeordnet sind. Es kann aber auch ein Kurzschluss zwischen einer dieser

Elektroden und der Mittelelektrode erfolgen.

Die spannungsabhängigen Widerstandskomponenten haben eine nichtlineare Kennlinie. Ihr Widerstandswert ist von der angelegten Spannung abhängig und nimmt mit zunehmender

Spannung ab. Die spannungsabhängige Widerstandskomponente kann ein einziges Bauelement oder eine Gruppe von Bauelementen umfassen. Die spannungsabhängige

Widerstandskomponente kann beispielsweise einen Varistor umfassen . Der Begriff „gekoppelt" meint, dass miteinander gekoppelte Element direkt oder über andere Elemente elektrisch leitend miteinander verbunden sein können. Im erst genannten Fall sind die Elemente über Leiterbahnen oder Leiterstrukturen verbunden, die Strom und Spannung zwischen den Elementen leiten, jedoch nicht beeinflussen, möglicherweise abgesehen von parasitären Leitungseffekten. Im anderen Fall sind ein oder mehrere Bauelemente zwischen die gekoppelten Elemente geschaltet. Dagegen bezeichnet der Begriff „verbunden", dass die miteinander verbundenen Bauelemente direkt, ohne

Zwischenschalten weiterer Elemente, miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Das Verbinden zweier Elemente über ein weiteres Element meint, dass letztgenanntes zwischen die erstgenannten geschaltet ist. Diese Schaltungsanordnung kann einem elektrischen Gerät vorgeschaltet werden, indem der erste Potentialknoten beispielsweise dem L-Leiter entspricht und der zweite

Potentialknoten dem N-Leiter entspricht. Liegt zwischen dem ersten und zweiten Potenzialknoten eine

Nennspannung, bei der Gerät betrieben werden kann oder soll, an, so wirkt die Schaltungsanordnung, bis auf geringe mögliche Leckströme, als Isolator zwischen L- und N-Leiter. Die als Schutzschaltung dienende Schaltungsanordnung mit ihrer Kombination verschiedener Überspannungs- und

Überstromschutzkomponenten begrenzt eine anliegende Überspannung auf einen festen Wert. Es besteht ferner Schutz vor Störimpulsen.

Bei Störimpulsen, die auch als Stoßspannungen, schnelle

Überspannungen oder mit dem englischen Begriff „Surges" bezeichnet werden, sind die spannungsabhängigen

Widerstandskomponenten auf Grund ihrer schnelleren

Ansprechzeit aktiv und begrenzen die Spannung. Auch bei geringer Überspannung zündet der Überspannungsabieiter noch nicht und die spannungsabhängigen Widerstandskomponenten sind aktiv, sodass ein Strom zur Spannungsbegrenzung über die Reihenschaltung von erster und zweiter spannungsabhängiger Widerstandskomponente abfließt. Bei zeitlich begrenzten

Überspannung zündet die Strecke zwischen den beiden

Elektroden, wodurch die Spannung begrenzt wird. Nimmt die Überspannung wieder ab, kehrt der Überspannungsabieiter wieder in seinen isolierenden Zustand zurück. Diese

Überspannungen gehen üblicherweise mit einer

Amplitudenerhöhung der Wechselspannung einher.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung wird im Folgen näher erläutert: Der Überspannungsabieiter hat eine erste Ansprechspannung für eine Entladung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, die mit einem Stromfluss einhergeht, eine zweite Ansprechspannung für eine Entladung zwischen der ersten Elektrode und der Mittelelektrode, die mit einem

Stromfluss einhergeht, und eine dritte Ansprechspannung für eine Entladung zwischen der Mittelelektrode und der zweiten Elektrode, die mit einem Stromfluss einhergeht. Die erste Ansprechspannung ist größer, üblicherweise viel größer, als die zweite Ansprechspannung. Die erste Ansprechspannung ist größer, üblicherweise viel größer, als die dritte

Ansprechspannung. Die zweite und die dritte Ansprechspannung sind gleich oder nahezu gleich. Ansprechspannungen und der Entladevorgang werden auch als „Zündspannung" beziehungsweise „zünden" bezeichnet. Wenn die zweite oder dritte Ansprechspannung, nicht jedoch die erste Ansprechspannung überschritten wird, kann eine Entladung über die Strecke zwischen der ersten Elektrode und der Mittelelektrode oder über die Strecke zwischen der zweiten Elektrode und der Mittelelektrode auftreten. In diesen Fällen erfolgt der Stromfluss zur Spannungsableitung über die gezündete Strecke und den Varistor, der parallel zur anderen Strecke geschaltet ist.

Die erste spannungsabhängige Widerstandskomponente hat eine erste Schwellenspannung, und die zweite spannungsabhängige

Widerstandskomponente hat eine zweite Schwellenspannung. Die Summe der ersten und zweiten Schwellenspannung ist geringer als die erste Ansprechspannung, sodass bei geringen

Überspannungen die Ableitung der Überspannung durch einen Stromfluss über die spannungsabhängigen

Widerstandskomponenten erfolgt.

In einer Ausgestaltung ist der erste Potentialknoten mit einem dritten Potentialknoten gekoppelt und der zweite

Potentialknoten ist mit einem vierten Potentialknoten

gekoppelt. Zwischen dem dritten und vierten Potentialknoten ist von außen eine Spannung mit einem vorgegebenen

Nennspannungswert anlegbar, die zur Versorgung des der

Schaltungsanordnung nachgeschaltetem Geräts dient. Dieser vorgegebene Nennspannungswert erlaubt den Betrieb der

angeschlossenen Geräte im Normalbetrieb und kann

beispielsweise 230 V betragen. Die erste Ansprechspannung und die Summe der ersten und der zweiten Schwellenspannung sind größer als der

Nennspannungswert, damit es nicht bereits beim Normalbetrieb zur Spannungsbegrenzung kommt.

In einer Ausgestaltung ist der Anschluss der ersten Elektrode mit dem ersten Potentialknoten über eine Impedanz gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich ist der Anschluss der zweiten Elektrode mit dem zweiten Potentialknoten über eine Impedanz gekoppelt. Die Impedanzen können jeweils ein oder mehrere Bauelemente umfassen. Eine Versorgungsspannung für ein der Schaltungsanordnung nachschaltbares Gerät kann zwischen dem ersten und zweiten Potenzialknoten bereitgestellt werden. In einer Ausgestaltung ist der Anschluss der ersten Elektrode mit dem ersten Potentialknoten über eine Impedanz gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich ist der Anschluss der zweiten Elektrode mit dem zweiten Potentialknoten über eine Impedanz gekoppelt. Die Impedanzen können jeweils ein oder mehrere Bauelemente umfassen. In dieser Ausgestaltung wird die

Versorgungsspannung für ein der Schaltungsanordnung

nachschaltbares Gerät statt am ersten an einem fünften

Potenzialknoten und/oder statt am zweiten an einem sechsten Potenzialknoten bereitgestellt. Der fünfte Potenzialknoten ist zwischen der ersten Impedanz und dem Anschluss der ersten Elektrode, und der sechste Potenzialknoten ist zwischen der ersten Impedanz und dem Anschluss der zweiten Elektrode. Mit anderen Worten, der Versorgungsspannungsabgriff erfolgt zwischen dem Potenzial am entweder ersten oder fünften

Potenzialknoten und dem Potenzial am entweder zweiten oder sechsten Potenzialknoten. Die Impedanzen ermöglichen eine bessere Entkopplung des

Überspannungsabieiters im Falle einer Stoßspannung. Die

Impedanzen können induktiven oder kapazitiven Charakter haben oder induktive Bauelemente umfassen, um bei hochfrequenten Stoßspannungen den Überspannungsabieiter zu entkoppeln.

Infolgedessen zündet der Überspannungsabieiter nicht bei Stoßspannungen, sondern die Spannungsspitzen werden über die spannungsabhängigen Widerstandskomponenten abgeleitet. In einer Ausgestaltung weist der Überspannungsabieiter eine Überstromschutzeinrichtung auf, die ausgebildet ist, einen Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten und

vorteilhafterweise auch der dritten Elektrode auszulösen. Der Kurzschluss wird nach dem Zünden ausgelöst um eine

Überlastung des Überspannungsabieiters zu verhindern. Der Kurzschlussmechanismus der Überstromschutzeinrichtung wird bei länger andauernden oder zeitlich unbegrenzten

Überspannungen, beispielsweise einem Falschanschluss , ausgelöst. In einem solchen Fall ist lediglich der Austausch der Schaltungsanordnung, nicht jedoch des ganzen elektrischen Geräts erforderlich.

Eine solche Überstromschutzeinrichtung kann einen

Kurzschlussbügel aufweisen, der durch ein schmelzbares

Element derart ausgelenkt ist, dass er nicht elektrisch leitend sowohl mit der ersten als auch der zweiten Elektrode verbunden ist, oder, mit anderen Worten, von der ersten

Elektrode und/oder der zweiten Elektrode isoliert ist. Die Verbindung mit lediglich einer der Elektroden ist jedoch möglich. Nach Schmelzen des schmelzbaren Elements ist der

Kurzschlussbügel elektrisch leitend sowohl mit der ersten als auch der zweiten Elektrode verbunden. Da das Schmelzen des schmelzbaren Elements üblicherweise eine länger andauernde Überlast erfordert, löst der Kurzschlussmechanismus bei länger andauernden Überspannungen aus. Nach Auslösen des Kurzschlussmechanismus wird der Strom über den

Kurzschlussbügel abgeleitet. Dadurch bricht die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zusammen.

In einer Ausgestaltung kann ein erstes Überstromschutzelement mit dem ersten Potentialknoten und dem dritten

Potentialknoten oder ein zweites Überstromschutzelement mit dem zweiten Potentialknoten und einem vierten Potentialknoten verbunden sein. Die Überstromschutzelemente unterbrechen den Stromfluss nach Auslösen des Kurzschlussmechanismus. Das Überstromschutzelement dient als eher träge

Überstromschutzsicherung und kann beispielsweise eine

Schmelzsicherung aufweisen. Diese vorgeschalteten

Überstromsicherungen vermeiden Schäden bei lang anhaltenden Überspannungen .

Zum Schutz einer oben beschriebenen Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass eine Versorgungsspannung an den dritten und vierten Potenzialknoten angelegt wird, wobei bei

Überschreiten einer Ansprechspannung des

Überspannungsabieiters ein Stromfluss zur

Überspannungsableitung über die erste Elektrode und zweite Elektrode verläuft.

Der Überspannungsabieiter wird kurzgeschlossen, nachdem der Stromfluss zur Überspannungsableitung über die erste

Elektrode und zweite Elektrode eingesetzt hat. Dann wird der Stromfluss durch Auslösen einer Sicherung unterbrochen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Überspannungsabieiters sind Gegenstand von Unteransprüchen. Die oben beschriebenen Anordnungen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. Es zeigen: ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der

Schaltungsanordnung, ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung, ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung, die zeitliche Darstellung von Strom und Spannung am Überspannungsabieiter bei auftretender

Überspannung, die zeitliche Darstellung von Strom und Spannung am Überspannungsabieiter bei abfallender Überspannung und

Figur 6 die zeitliche Darstellung von Strom und Spannung am

Überspannungsabieiter beim Auslösen des

Kurzschlussmechanismus im Fall einer länger

andauernden Überspannung.

Figur 1 zeigt das Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Überspannungsschutz, die zwischen Phase und Neutralleiter L und Ν λ eines elektrischen Geräts (nicht dargestellt) und Phase und Neutralleiter L und N eines Versorgungsnetzes (nicht dargestellt) geschaltet ist. Phase und Neutralleiter L L und N N von dem elektrischen Geräts und dem Netz sind jeweils über ein Überstromschutzelement 5, 6, d.h. eine

Sicherung, miteinander verbunden, sodass netzseitig sowohl in der Phase als auch im Neutralleiter jeweils eine

Überstromsicherung eingesetzt wird.

Zwischen dem L x -Leiter, der einem ersten Potenzialknoten 10 entspricht, und dem N x -Leiter, der einem zweiten

Potenzialknoten 20 entspricht, sind ein Überspannungsabieiter 1 und zwei spannungsabhängige Widerstandskomponenten, die als Varistoren 2, 3 ausgebildet sind, geschaltet.

Die Schaltungsanordnung umfasst einem Überspannungsabieiter 1 mit einer ersten Elektrode, in der schematischen Darstellung des Überspannungsabieiters 1 mit A bezeichnet, einer zweiten Elektrode, in der schematischen Darstellung mit B bezeichnet, und eine Mittelelektrode, in der schematischen Darstellung mit C bezeichnet. Der Anschluss der ersten Elektrode A ist mit dem ersten Potentialknoten 10 verbunden. Der Anschluss der zweiten Elektrode B ist mit dem zweiten Potentialknoten 20 verbunden. Mit anderen Worten: Phase L x und Neutralleiter Ν λ werden an die erste beziehungsweise zweite Elektrode A, B angeschlossen . Ein Stromfluss kann über die Strecke A-C, von der ersten

Elektrode A zur Mittelelektrode C, erfolgen. Ein Stromfluss kann über die Strecke C-B, von Mittelelektrode C zur der zweiten Elektrode B, erfolgen. Ein Stromfluss kann über die Strecke A-B, von der ersten Elektrode A zur zweiten Elektrode B, erfolgen.

Der Abgriff zwischen den in Reihe geschalteten ersten und zweiten Varistoren 2, 3 ist mit dem Anschluss der Mittelelektrode C verbunden. Mit anderen Worten: Der

Anschluss der Mittelelektrode wird an den Sternpunkt zweier Varistoren 2, 3 angeschlossen. Zwischen dem ersten Potentialknoten 10 und dem L-Leiter des Netzes, der einem dritten Potentialknoten 30 entspricht, ist ein erstes Überstromschutzelement 5 geschaltet. Zwischen dem zweiten Potentialknoten 20 und dem N-Leiter des Netzes, der einem vierten Potentialknoten 40 entspricht, ist ein zweites Überstromschutzelement 6 geschaltet. Die

Überstromschutzelemente 5, 6 können Schmelzsicherungen, englisch auch als „Fuses" bezeichnet, umfassen.

Zwischen dem dritten und vierten Potentialknoten 30, 40 kann eine Netzspannung zur Versorgung des elektrischen Geräts (nicht dargestellt) angelegt werden.

Der Überspannungsabieiter 1 hat drei mögliche Stromstrecken, A-C, C-B und A-B, über die Überspannungen abfließen können. Bei Überschreiten einer ersten Ansprechspannung zwischen den Anschlüssen der ersten Elektrode A und der zweiten Elektrode B fließt ein Strom auf der Strecke A-B. Bei Überschreiten einer zweiten Ansprechspannung zwischen den Anschlüssen der ersten Elektrode A und der Mittelelektrode C fließt ein Strom auf der Strecke A-C. Bei Überschreiten einer dritten

Ansprechspannung zwischen den Anschlüssen der Mittelelektrode und der zweiten Elektrode B fließt ein Strom auf der Strecke C-B. Die erste Ansprechspannung ist sowohl größer als die zweite Ansprechspannung als auch als die dritte

Ansprechspannung. Die beiden letztgenannten sind

üblicherweise gleich. Es ergeben sich für die erste

Ansprechspannung UAB, die zweite Ansprechspannung UAC und die dritte Ansprechspannung UBC folgende formelmäßige Zusammenhänge: UAB » UAC, UAB » UBC, UAC ~ UCB .

Der Überspannungsabieiter 1 weist eine

Überstromschutzeinrichtung 7 auf, die ausgebildet ist, einen Kurzschluss zwischen der ersten und der zweiten Elektrode A, B auszulösen. Der Kurzschluss wird ausgelöst bei zeitlich länger andauernd oder unbegrenzt anliegenden Überspannungen, um eine Überlast durch den damit einhergehenden Stromfluss zu verhindern. Die Überstromschutzeinrichtung 7 kann

beispielsweise einen Kurzschlussbügel, wie in Figur 1 angedeutet, umfassen.

Der Kurzschlussbügel 7 wird durch ein schmelzbares Element, beispielsweise aus Kunststoff oder Lot, derart ausgelenkt, dass er nicht elektrisch leitend sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Elektrode verbunden ist. Nach dem

Schmelzen des schmelzbaren Elements bewirkt eine

Rückstellkraft, beispielsweise die Federkraft des

ausgelenkten Kurzschlussbügels, dass die erste und die zweite Elektrode A, B durch Kurzschlussbügel 7 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

Der erste und zweite Varistor 2, 3 haben eine erste

beziehungsweise eine zweite Schwellenspannung, bei der der

Strom durch Varistors 2, 3 merklich größer als der Sperrstrom wird, sodass eine Überspannung über den ersten und zweiten Varistor 2, 3 abfließen kann. Der erste und der zweite

Varistor 2, 3 können gleichen Typs mit gleicher Strom- Spannungskennlinie sein, sodass die erste und die zweite

Schwellenspannung gleich sind. Alternativ können der erste und der zweite Varistor 2, 3 unterschiedliche Strom- Spannungskennlinien haben, sodass die erste und die zweite Schwellenspannung verschieden sind. Die erste

Ansprechspannung ist größer als die Summe der ersten und der zweiten Schwellenspannung. Wenn die Nennspannung anliegt, ist ein Stromfluss zwischen erstem und zweitem Potenzialknoten 10, 20 durch die

Schaltungsanordnung gesperrt. Bei Überlast kann es zu einem Stromfluss zwischen L x - und N x -Leiter über die verschiedenen Zweige der Schaltungsanordnung kommen. Ein erster Zweig 51 ist zwischen dem erstem ersten Potenzialknoten 10 und dem Anschluss der ersten Elektrode A; ein zweiter Zweig 52 ist zwischen dem Anschluss der zweiten Elektrode B und dem zweiten Potenzialknoten B; in dritter Zweig 53 ist die als erster Varistor ausgebildete spannungsabhängige

Widerstandskomponente 2; ein vierter Zweig 54 ist die als zweiter Varistor ausgebildete spannungsabhängige

Widerstandskomponente 3.

Die oben beschriebene Schaltungsanordnung in Figur 1 reagiert wie folgt auf verschiedene Störsituationen:

Bei Überspannungen, die oberhalb der Nennspannung und der Summe der Schwellenspannungen, jedoch unterhalb der ersten Ansprechspannung des Überspannungsabieiters 1 liegen, zündet der Überspannungsabieiter 1 nicht, sondern sperrt den ersten und den zweiten Zweig 51, 52. Die Überspannungen werden durch den ersten und zweiten Varistor 2, 3 abgeleitet, sodass ein Strom über den dritten und vierten Zweig 53, 54 fließt. Bei Überspannungen durch Störimpulse, sind bei geringen

Überspannungen unterhalb der ersten Ansprechspannung vorerst die Varistoren aktiv. Bei Überspannungen, die oberhalb der Nennspannung jedoch unterhalb der ersten Ansprechspannung des Überspannungsabieiters 1 liegen, zündet der

Überspannungsabieiter 1 nicht, sondern sperrt den ersten und den zweiten Zweig 51, 52. Die geringen Überspannungen werden durch den ersten und zweiten Varistor 2, 3 abgeleitet, sodass ein Strom über den dritten und vierten Zweig 53, 54 fließt.

Obgleich diese Störimpulse einen größeren Wert haben können als die erste Ansprechspannung des Überspannungsabieiters, zündet dieser wegen der Trägheit des Überspannungsabieiters 1 nicht.

Es kann jedoch, insbesondere bei größeren Störimpulsen, dazu kommen, dass eine der beiden Strecken A-C oder C-B des

Überspannungsabieiters 1 zündet. Im erstgenannten Fall erfolgt der Stromfluss über den ersten Zweig 51, die Strecke A-C und den zweiten Varistor 3 im vierten Zweig 54. Im anderen Fall erfolgt der Stromfluss über den ersten Varistor 2 im dritten Zweig 53, die Strecke C-B und den zweiten Zweig 52.

Bei zeitlich begrenzten Überspannungen, insbesondere im

Frequenzbereich der Netzwechselspannung, die mit einem

Amplitudenanstieg einhergehen, zündet der

Überspannungsabieiter 1 die Strecke A-B. In diesem Fall fließt ein Strom über den ersten und zweiten Zweig 51, 52. Die Spannung wird begrenzt.

Figur 4 zeigt das zeitliche Verhalten von Strom I und

Spannung U zwischen der ersten und der zweiten Elektrode A, B bei Auftreten einer Überspannung. Es sei bemerkt, dass die Strom- und Spannungsverläufe schematische ohne

Berücksichtigung von Einschwingvorgängen dargestellt sind. Beispielhafte Werte können eine Netzspannung mit einer Nennspannung von 230V sowie eine Erhöhung auf ungefähr 440V sein. Die erste Ansprechspannung UAB ist größer als 230V: UAB»230V. Am Überspannungsabieiter 1 liegt zunächst eine sinusförmige Spannung U an, deren Amplitude geringer ist als die erste Ansprechspannung UAB. Der Überspannungsabieiter 1 ist in isolierendem Zustand und sperrt; es fließt kein Strom über die Strecke A-B.

Zum Zeitpunkt Tl erhöht sich die Amplitudenspannung derart, dass sie oberhalb der ersten Ansprechspannung UAB liegt. Bei Überschreiten der ersten Ansprechspannung UAB zündet der Überspannungsabieiter; dadurch fließt ein Strom fließt über die Strecke A-B und die Spannung U bricht zusammen. Mit der nächsten anliegenden Halbwelle verlöscht der Stromfluss und der oben geschilderte Effekt tritt erneut auf.

Der sich dadurch ergebenden Spannungs- und Stromverlauf hat vertikal abgeschnittene Sinushalbwellen auf.

Figur 5 zeigt schematisch das zeitliche Verhalten von Strom I und Spannung U zwischen der ersten und der zweiten Elektrode A, B bei Absinken der überhöhten Spannung U unterhalb der ersten Ansprechspannung UAB.

Zunächst liegt noch die sinusförmige Spannung U an, deren Amplitude größer als die erste Ansprechspannung UAB ist. Die hierbei auftretenden Effekte sind bereits für Figur 4

beschrieben worden.

Zum Zeitpunkt T2 sinkt die Amplitudenspannung des

sinusförmigen Signals wieder unter die erste Ansprechspannung UAB. Mit dem Abklingen der Überspannung kehrt der Überspannungsabieiter 1 wieder in seinen isolierenden Zustand zurück. In diesem Fall liegt über dem Überspannungsabieiter 1 wieder eine sinusförmige Spannung an, und es fließt kein Strom.

Figur 6 zeigt das zeitliche Verhalten von Strom I und

Spannung U zwischen der ersten und der zweiten Elektrode A, B, in gegenphasiger Darstellung, bei länger andauerndem

Überschreiten der Ansprechspannung UAB.

Zunächst weisen Spannungs- und Stromverlauf vertikal

abgeschnittene Sinushalbwellen auf, wie für Figur 4

beschrieben .

Zum Zeitpunkt T3 zündet der Kurzschlussmechanismus 7 des Überspannungsabieiters 1. Dies führt dazu, dass der Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode A, B über den Kurzschlussbügel abfließt und die Spannung irreversibel zusammenbricht, sodass der Strom I einen sinusförmigen

Verlauf hat.

Wenn der Kurzschlussmechanismus den L x - und N x -Leiter

kurzschließt, lösen kurz darauf die Sicherungen 5, 6 aus, was zu einer Abtrennung des Geräts vom Netz führt. Der Stromfluss wird unterbrochen, wenn eine der Schmelzsicherung 5, 6 auslöst (in Figur 6 nicht dargestellt) .

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Schaltungsanordnung. Im Folgenden werden lediglich die

Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in Figur 1 beschrieben. Diese Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten dadurch, dass zwischen dem Anschluss der ersten Elektrode A und dem ersten Potentialkoten 10 eine Impedanz 8 gekoppelt ist. Zwischen dem Anschluss der zweiten Elektrode B und dem zweiten Potentialknoten 20 ist eine zweite Impedanz 9 gekoppelt. Die Impedanzen 8, 9 können induktiven oder

kapazitiven Charakter haben. Sie bewirken, dass bei

pulsförmigen Stoßspannungen die Pulse vom

Überspannungsabieiter 1 entkoppelt werden, sodass ein Zünden vermieden wird. Bei zeitlich begrenzten Überspannungen in einem niedrigeren Frequenzbereich treten auch in diesem

Ausführungsbeispiel die in den Figuren 4 bis 6

veranschaulichten Effekte auf. Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Schaltungsanordnung. Im Folgenden werden lediglich die

Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in Figur 1 und 2

beschrieben . Auch bei dieser Schaltungsanordnung ist zwischen dem

Anschluss der ersten Elektrode A und dem ersten

Potentialkoten 10 eine Impedanz 8 gekoppelt. Zwischen dem Anschluss der zweiten Elektrode B und dem zweiten

Potentialknoten 20 ist eine zweite Impedanz 9 gekoppelt. Die Impedanzen 8, 9 können induktiven oder kapazitiven Charakter haben. Sie bewirken, dass bei pulsförmigen Stoßspannungen die Pulse vom Überspannungsabieiter 1 entkoppelt werden, sodass ein Zünden vermieden wird. Bei zeitlich begrenzten

Überspannungen in einem niedrigeren Frequenzbereich treten auch in diesem Ausführungsbeispiel die in den Figuren 4 bis 6 veranschaulichten Effekte auf. Allerdings unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel in Figur 3 von dem in Figur 2 dadurch, dass zwischen einem fünften Potenzialknoten 50 und einem sechsten Potenzialknoten 60 eine Versorgungsspannung für eine der Schaltungsanordnung nachschaltbares Gerät (nicht dargestellt) bereitgestellt wird .

Der fünfte Potenzialknoten 50, der der L x -Leitung entspricht, ist zwischen der ersten Impedanz 8 und dem Anschluss der ersten Elektrode A, und der sechste Potenzialknoten 60, der der N x -Leitung entspricht, ist zwischen der zweiten Impedanz 9 und dem Anschluss der zweiten Elektrode B.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist zwischen L- und L x -Leiter nicht nur die Sicherung 5 sondern auch die erste Impedanz 8 in Reihe geschaltet. Bei dieser Schaltungsanordnung ist zwischen N- und N x -Leiter nicht nur die Sicherung 6 sondern auch die zweite Impedanz 9 in Reihe geschaltet. Es sei bemerkt, dass die Merkmale der Ausführungsbeispiele kombiniert werden können.

Bezugs zeichen

1 Überspannungsabieiter

2, 3 spannungsabhängige Widerstandskomponente,

Varistor

5, 6 Schmelzsicherung

7 Kurzschlussmechanismus

8, 9 Impedanz

A, B, C Elektroden

10, 20, 30, 40, 50, 60 Potenzialknoten

51, 52, 53, 54 Zweig