Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine mehrstufige, koordinierte Ü berspan nungsableiterschaltung mit mindestens einem ersten Grobschutz- Abi eiterpfad im Querzweig und einem zweiten, Feinschutz- Abieiterpfad im Längs- und Querzweig, wobei im ersten Abieiterpfad eine galvanisch getrennte Stoßstrom messvorrichtung und eine Überwachungseinrichtung für einen physikalischen Zustand des im ersten Abieiterpfad befindlichen Überspannungsabieiters angeordnet ist, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 10 2004 006 987 83 ist eine Anordnung zur funkbasierten

Zustandskontrolle von Überspannungsschutzgeräten in Niederspannungsnetzen oder der Informationstechnik vorbekannt, welche eine Fehlererkennung auf der Basis von Schwellwerten einer oder mehrerer Temperaturen realisiert.

Aus der WO 201 1/058318 AI gehört eine Diagnoseschaltung für

Überspannungsschutzgeräte zum Stand der Technik, welche mit Hilfe eines Sensors in der Lage ist, schnelle transiente Strombelastungen in

Überspannungsschutzgeräten zu registrieren. Weiterhin wird gemäß der dortigen Lösung die Anzahl der Stromimpulse in ei ner Auswerteeinrichtung gespeichert. Über die Anzahl der registrierten Impulse kann dann eine

Bewertung des Zustands des Überspannungsschutzgeräts erfolgen.

Die DE 10 2008 016 585 AI offenbart eine Messeinrichtung, die den

Spannungsverlauf an einem Überspannungsschutzgerät erfasst und selbigen mittels einer Diagnoseeinrichtung bewertet. Über die Merkmale des

Spannungsverlaufs, wie Amplitude, Steigung, Spannungswertebereich und

Zeitmerkmale erfolgt eine Bestimmung des Funktionszustands des

Überspannungsschutzgeräts. Die EP 2 574 940 AI zeigt eine Anordnung zur induktiven Überwachung von Ableitströmen. Diese Anordnung ist seriell zu einem Ü berspannungsschutzgerät befindlich und weist eine Induktionsspule, einen Integrator, eine Auswerteeinheit sowie eine Anzeigevorrichtung nebst Kommun ikationsschnittstelle auf.

Bei dem Zustandskontroll- oder Diagnosesystem und dem zugehörigen

Verfahren nach DE 10 201 1 1 10 252 AI soll eine Bewertung des Zustands von Überspannungsschutzgeräten erfolgen. Jedes Gerät u mfasst einen Funktionsbaustein, welcher im Gehäuse untergebracht ist. Dieser Funktionsbaustein kann z. B. ein Überspannungsschutzbaustein sein, welcher überwacht wird . Darüber hinaus ist eine Überwach ungs-Übertragungseinrichtung vorgesehen, welche den Funktionsbaustein in dem Gerät überwacht und eine Information über den momentanen Zustand des Funktionsbausteins übertragen kann . Das Abfragen der Information erfolgt durch ein Lesegerät . Die Überwachungs- und Übertrag ungseinrichtung jedes Geräts besteht aus einem Resonatorschaltkreis aus passiven elektronischen Bauelementen. Diesbezüglich kommen Widerstände, Kondensatoren oder Induktivitäten zum Einsatz. Die Überwachungsund Übertragungseinrichtung enthält keine aktiven Bauelemente, insbesondere keine RFID-Transponder oder RFID-Chips.

Aus der EP 2 675 032 AI ist ei n Diagnoseverfahren für mehrstufige

Überspannungsschutzgeräte vorbekannt. Das betreffende Überspannungssch utzgerät enthält mindestens eine Gasentladungsstrecke als erste Stufe und mindestens eine Diodenstrecke zwischen einem Ausgang und einem Bezugspotential als zweite Stufe und mindestens eine zwischen dem Eingang und dem Ausgang geschaltete Entkopplungsinduktivität. Das vorbekannte Diagnose- verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine an einer Sekundärinduktivität, die mit der Entkopplungsinduktivität in einer induktiven Wirkungsverbindung steht, anliegende Sekundärspannung gemessen und irrt Hinblick auf

Überspannungsereignisse ausgewertet wird .

Bei dem elektrischen Schaltkreis mit Überspannungsschutz- Überwach ungseinrichtung nach DE 11 2010 004 351 TS dient die Überwachungseinrichtung dem Überprüfen der Stromvorgänge in der Überspannungsschutzeinrichtung und zum Erfassen von Verstößen in der Schwel lspannung aufgrund von schnellen transienten, elektrischen Störgrößen. Konkret nutzt die

Überwachungseinrichtung elektromagnetische oder elektrostatische Felder, die aufgrund des durch die Überspannungsschutzeinrichtung fließenden Stroms hervorgerufen werden _» und zwar entweder durch induktive oder durch kapazitive Überwachung als Erfassungsmittel . Diesbezüglich kann die

vorbekannte Überwachungseinrichtung, eine Spulenverdrahtung oder ein

Platinenleiterzug sein, der um die Überspannungsschutzeinrichtung axial gewickelt wird und/oder die als Leiterbahn oder Platinenzug in der Überspannungsschutzeinrichtung angeordnet ist. Darüber hinaus können in Bezug auf die Erfassung verschiedene andere Verfahren zum Einsatz kommen .

Beispielsweise kann die Überwachungseinrichtung einen Sensor aufweisen, der zum Erfassen einer Änderung eines physikalischen Zustands in der

Überspannungsschutzeinrichtung ausgelegt ist.

Den vorgestellten Lösungen des Standes der Technik ist gemeinsam, dass selbige nicht in der Lage sind, den Zustand von mehrstufigen, koordinierten Überspannungsableiterschaltungen kontinuierlich zu überwachen. Das momentane Auslesen oder Anzeigen von Schädigungssituationerl gibt zwar im Einzelfall Hinweise bezogen auf die weitere Verwendbarkeit der Schutzschaltung, erlaubt jedoch nicht eine stetige Zustandsbewertung .

Wird ausschließlich die Temperatur von Überspan nungsabieitern überwacht, ist es nicht möglich, eine kurzzeitige, hohe Überlastung des Schutzelements zu erkennen . Wird hingegen der Stromfluss durch den Ableitpfad überprüft, können dauerhafte thermische Überlastungen nicht mit der notwendigen Exaktheit registriert werden . Die vorgenannten Detektionsprobleme können Folgen einer hohen Umgebungstemperatur sein, die z. B. aufgrund eines falschen Einsatzes des Schutzgeräts oder bei dauerhaften Überspannungen entstehen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine mehrstufige, koordinierte Überspann ungsableiterschaltung mit Überwachungseigenschaften gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die

Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und

Weiterbildungen darstellen .

Es wird demnach von ei ner mehrstufigen, koordinierten Überspannungs- ableiterschaltung mit mindestens einem ersten Grobschutz-Ableiterpfad im Querzweig und einem zweiten, Feinschutz- Abieiterpfad im Längs- und Querzweig ausgegangen. Bezüglich des Begriffs„Koordinierung" ist hierunter die Abstimmung der Eigenschaften zwischen Grobschutz und Feinschutz zu verstehen,

Im ersten Abieiterpfad ist eine galvanisch getrennte Strommessvorrichtung und eine Überwachungseinrichtung für einen physikalischen Zustand des im ersten Abieiterpfad befindlichen Überspannungsabieiters angeordnet,

Erfindungsgemäß ist den Überspann ungsableitern im zweiten Abieiterpfad jeweils ebenfalls eine Überwachungseinrichtung für einen physikalischen Zustand zugeordnet.

Ais Zustandsüberwachung findet sowohl bezogen auf den Grobschutz- Abieiterpfad als auch auf den zweiten Abieiterpfad eine Bestimmung der Temperatur der jeweiligen Überspannungsabieiter statt, wobei aus den gewonnenen Temperaturen und insbesondere der Temperaturanstiegszeit die umgesetzte Energie im jeweiligen Überspannungsabieiter ermittelt und hieraus eine Bestimmung möglicher Schädigungen der jeweiligen Überspannungsabieiter vorgenommen wird. Die im ersten Abieiterpfad befindliche, galvanisch getrennte Strommessvorrichtung ist in der Lage, eine Analyse des Stoßstroms im Überspannungsfail vorzunehmen, wobei der eingesetzte Temperatursensor die Temperatur des Ableitelements im ersten Abteiterpfad ermittelt, um eine Analyse der Dauerbelastung dieses Überspannungsabieiters, z.B. eines

Gasabieiters, vornehmen zu können.

Es werden also gemäß dem Grundgedanken der Erfindung mehrere Sensoren bezogen auf die Überspannungsabieiter angeordnet, wobei die von den

Sensoren gelieferten Daten einer Auswerteeinheit zugeführt werden, um eine Alterung bzw. den Defekt der eigentlichen Schutzschaltung bzw. der

überwachten Schutzelemente, d.h. der Überspannungsabieiter zu

diagnostizieren. Auf der Basis einer gemeinsamen Betrachtung aller Messwerte lässt sich in Verbindung mit Modellfunktionen ein ückschluss auf die

Parameter der Belastung wie Spannung, Strom und Zeit ableiten, woraus dann letztendlich der Zustand bezüglich Alterung oder Defekt bewertet werden kann. Der Grundansatz bezüglich der genutzten Messprinzipien liegt darin, dass einerseits schnell veränderliche Ströme, die belastungsrelevant sind, über ein induktives Verfahren ermittelbar sind. Diesbezüglich kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung eine Messspute über dem Strompfad im ersten Grobschutz- Abieiterpfad angeordnet werden.

Die eingesetzten Temperatursensoren liefern Temperaturmesswerte der jeweils eingesetzten Überspannungsabieiter.

Auswertungsseitig werden in einem ersten Schritt die Veränderungen der Temperaturen und der Stromflusswerte bestimmt. Aus den Veränderungswerten wird dann die innere Temperatur der Überspannungsabieiter berechnet, wobei diesbezüglich bekannte Kennlinien- oder sonstige Parameter der eingesetzten Bauteile Anwendung finden.

Die Auswerteeinheit ist darüber hinaus in der Lage, die bestimmten

Schädigungen der Überspannungsabieiter aufzusummieren und über eine Anzeigeeinheit darzustellen oder an eine übergeordnete Auswerteeinheit zu übertragen, was sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen kann .

An al len eingesetzten Überspannungsabi eitern sind, gemäß der Grundidee der Erfindung folgend, thermisch leitend, jedoch galvanisch getrennt als

Temperatursensoren insbesondere Thermoelemente vorgesehen, wobei als Strom messvorrichtung die bereits erwähnte Messspule am ersten Abieiterpfad ausgebildet ist.

Im ersten Abieiterpfad wird der im Überspannungsfall auftretende Peakstrom und die Temperaturveränderung des dort eingesetzten Überspannungsabieiters erfasst und aus diesen Werten ein äquivalenter Rechteckimpuls zur

Schädigungsbewertung bestimmt.

Beim Überschreiten eines vorgegebenen Stromschwellenwerts wird der eingesetzte Abieiter als Defekt betrachtet.

Zur Bestimmung der Schädigung oder des Alterungsverhaltens der

Überspannungsabieiter im zweiten Abieiterpfad wird das impulsspannungs- abhängige Erwärmungsverhalten der eingesetzten Überspannungsabieiter analysiert. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind im zweiten Ableiterpfad im Querzweig ein Halbleiterbauelement und im Lingszwelg lineare ohmsche Widerstände angeordnet. Dieser zweite Ableiterpfad realisiert den Feinschutz der Gesamtanordnung, wobei bei einer bevorzugten Ausführungsform das Halbleiterbauelement als eine oder mehrere Diodenbaugruppen, insbesondere als eine Supressordiode ausgebildet ist.

Aus dem Stromintegral im zweiten Ableiterpfad und den Kennliniendaten der Diodenbaugruppe wird die jeweilige Sperrschichttemperatur bestimmt und hieraus eine Schädigung der Baugruppe ermittelt,

Aus der an den linearen Widerständen umgesetzten Energie, welche über die Temperaturmessung ermittelbar ist, besteht die Möglichkeit, in indirekter Weise das Stromintegral im zweiten Ableiterpfad zu bestimmen.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Überwachungseinrichtungen und die Strommessvorrichtung als ein, auf einem separaten Verdrahtungsträger befindliche Baugruppe ausgebildet. Diese, auf dem separaten Verdrahtungsträger befindliche Baugruppe kann dann als

Nachrüstbausatz bzw. zur Ertüchtigung vorhandener Überspannungsableiteinrichtungen zum Zweck der Überwachung dieser genutzt werden.

Bei dieser Weiterbildung der Erfindung besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, die notwendigen elektronischen Baugruppen, welche die

Auswerteeinheit bilden, ebenfalls auf diesem separaten Verdrahtungsträger anzuordnen, insbesondere kann hier ein an sich bekannter Mikrokontroller nebst zugehöriger Berechnungssoftware eingesetzt werden.

Grundsätzlich kann anstelle mehrstufiger, koordinierter Überspannungs- ableiteranordnungen die erfindungsgemäße Lösung auch für ein einzelnes, meist spannungsbegrenzendes oder spannungsschaltendes Bauteil Verwendung finden. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, durch eine Kombination zweier Sensoren dieses spannungsbegrenzende oder spannungsschaltende Bauteil vollständig zu überwachen. Durch eine Anordnung eines induktiven

Stromsensors mit nachgeschaltetem Spitzen wertdetektor kann der maximale Impulsstrom bestimmt werden. Durch die von einem, dem Überspannungsschützenden Bauteil zugeordneten Temperatursensor erfasste Veränderung der Bauteiltemperatur gegenüber der Umgebungstemperatur wird auf die im

Bauteil umgesetzte Energie geschlossen. Eine erste Analyse liefert aus diesen Größen, die einer Auswerteeinheit zugeführt werden, Parameter der

Impulsbelastung. Auf der Basis dieser Parameter besteht dann die Möglichkeit, für das einzelne, Spannungsbegrenzende oder spannungsschaltende Bauteil eine Beurteilung des Maßes der Schädigung dieses Bauteils vorzunehmen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. i ein Prinzipschaltbild einer mehrstufigen, koordinierten

Überspannungsableiterschaltung mit Überwachungseinrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Ableitung eines äquivalenten

Rechteckimpulses;

Fig. 3 beispielhafte interpolierte Herstellerangaben zur Belastungsfähigkeit

eines beispielhaften Gasabieiters vom Typ TS0-A90X;

Fig. 4 eine Kennlinie zur Bestimmung des thermischen Widerstands einer

Supressordiode (schwarz dargestellt) und die mathematische Näherung (rot dargestellt) und

Fig. 5 ein Diagramm zur Ermittlung der Lebenszeit einer Supressordiode in

Abhängigkeit von deren Sperrschichttemperatur,

GemäB der Darstellung nach Fig. 1 wird von einer mehrstufigen, koordinierten Überspannungsableiterschaltung mit mindestens einem ersten Grobschutz- Abieiterpfad im Q'Uerzweig und mindestens einem zweiten, Feinschutz- Abieiterpfad im Längs- und Querzweig ausgegangen.

Im ersten Abieiterpfad befindet sich ein Gasabieiter AI, wobei im Längszweig des zweiten Abieiterpfads ein Widerstand Rl und R2 angeordnet ist. Im Querzweig des zweiten, Feinschutz- Abieiterpfads befindet sich darüber hinaus noch eine Supressordiode VI.

Um hohe Stoßströme im ersten Grobschutz-Abieiterpfad, insbesondere am Gasabieiter AI erkennen zu können, wird der dortige Stromfluss galvanisch getrennt ermittelt, was durch I und die Pfeildarstellung symbolisiert ist,

Um zugleich einen Rückschluss auf einen anhaltenden Stromfluss zu ermitteln, wird gemäß Tl die Temperatur am Gasabieiter Ai überwacht. Diese liefert über eine nachgeordnete Auswerteschaltung unter Berücksichtigung

mathematischer .Modelle einen Anhaltspunkt zur umgesetzten, womöglich schädigungsrelevanten Energie.

Die im zweiten, Feinschutz-Ableiterpfad, bestehend aus den Widerständen Rl, R2 und der Diode VI, aufgenommenen Impulsformen können aufgrund der Nichtlinearität der Supressordiodenanordnung Vi durch eine Verknüpfung der Bauteiltemperaturen rechnerisch ermittelt werden.

Aus den Temperatursensoren T2 am Widerstand Rl, T3 an der Diodengruppe VI und T4 am Widerstand R2 kann ein Rückschluss über die umgesetzte Leistung in den Bauelementen vollzogen werden. Hieraus besteht die

Möglichkeit, die Impulsspannung und den Impulsstrom zu berechnen. Die derart gewonnenen Impulsparameter lassen sich in Funktionen einsetzen, aus denen sich die inneren Temperaturen der betreffenden Bauelemente ermitteln lassen. Eine mögliche Schädigung der Bauelemente wird von der in der Figur nicht dargestellten Auswerteeinheit aufsummiert und an einer, ebenfalls nicht dargestellten Anzeige zur Visualisierung gebracht.

Für die Messung der Temperaturen können temperaturabhängige Widerstände, aber auch Thermoelemente verwendet werden. Um eine zuverlässige Messung auch über einen langen Zeitraum von mehreren Jahren zu gewährleisten, ist die Verwendung von Thermoelementen besonders vorteilhaft.

Die von einem Thermoelement erzeugte Spannung ist annähernd proportional zu der Temperaturdifferenz, die zwischen dem Verbindungspunkt der

Thermoelemente und der Anschlussstelle herrscht. Die entsprechenden Thermoelemente werden thermisch leitend, jedoch galvanisch getrennt an die Gehäuse oder die Oberfläche der entsprechenden Bauelemente angekoppelt,

Die erzeugte Thermospannung ist üblicherweise für e ine direkte Messung und Verarbeitung zu gering, so dass eine Verstärkung und Signalfilterung erfolgt. Die so vorverarbeiteten Daten werden dann zur Auswerteeinheit weitergeleitet.

Für die Messung von schnell veränderlichen Strömen Ist ein induktives

Verfahren besonders geeignet. Darüber hinaus kann i n vorteilhafter Weise eine galvanische Trennung des Messkreises zum Ableiterkreis umgesetzt werden. Bei einer Ausführungsform wird eine Messspule über dem Strompfad im ersten Abieiterpfad angeordnet. Die Ausgangsspannung der Messspule, die

proportional zu dl/dT ist, wird durch einen RC-Tiefpass aufintegriert, um ein Signal zu erhalten, das proportional zum Strom ist. U m auch steilflankige Ströme detektieren zu können, ist bei einer Ausführu ngsform der Erfindung ein Spitzenwertdetektor vorgesehen.

Die Auswerteeinheit bestimmt in einem ersten Schritt zunächst die

Veränderungen der Temperaturen und des Stromfl usses. Aus diesen Werten wird je nach Ereignis mit verschiedenen mathematischen Funktionen die interne Temperatur der Bauelemente ermittelt. Hieraus können bereits

Rückschlüsse auf die entstandene Schädigungen der einzelnen Komponenten gezogen werden.

Eine erste Beurteilung der Schädigung erfolgt auf dem Grund der Bestimmung der Impulsdauer. Diese wird anhand der gemessenen Temperaturanstiegszeiten bestimmt. Unterschreitet die Impulsbelastung eine Zeitdauer von einer Sekunde, wird das thermische Verhalten der eingesetzten Bauelemente in dieser Zeitspanne als adiabatisch angesehen . Die gemessene Temperatur lässt sich dann mit einer Konstante in die umgesetzte Energie im Bauteil

umrechnen .

Im ersten Ableiterpfad werden der Peakstrom und die Temperaturveränderung des Gasabieiters AI erfasst. Die betreffenden Werte werden in einen

äquivalenten Rechteckimpuls gemäß Formel 1 und Fig. 2 umgerechnet. Je nach Impulsform und den Herstellerspezifikationen gemäß Fig. 3, wird über die Beziehungen nach Formel 2 und Formel 3 ein Schädig ungswert des betreffenden Ba uteils erm ittelt.

Die i m Hersteller-Datenblatt angegebenen Daten zur Belastungsfähigkeit eines Gasableiters lassen sich interpolieren u nd über geeignete Funktionen nachbilden , Hi eraus kan n ei ne Gleichung für die Schä digung S in Prozent des Gasableiters a bhängig von dem Impulsspitzenstrom u nd der Temperatur- Veränderung i m Abieiter bestimmt werden .

Formel 1 Bestimmung der Impulsdauer:

M i

Tabelle 1 Bestimmung der Impulsdauer

Formel 2 Berechnung der Schädig ung :

Formel 3 Berechnung der Schädigung (vereinfacht) : = 2,16

S e * /. -3,53

max

Tabelle 2 Berechnung der Schädigung der GOT T80-A90X

Formelzeichen Bezeichnung Einheit

Imax gemessener Maximalstrom A

Δι3 Temperaturänderung K

a Thermische Konstante (Bauteilabhängig) K/Ws

b Spannunqskonstante (Bauteilabhänqiq) V

c Zeitkonstante s

d Stromkonstante Schädigungstoristante (Bauteilabhängig) 3,53 s Schädigung %

Zusätzlich zur Schädigungsberechnung erfolgt noch eine Stromschwellenbetrachtung. Beim Überschreiten einer bestimmten Stromschwelle besteht die Gefahr, dass der Gasabieiter AI aufgrund eines hohen Gasdrucks beschädigt wird. Aus diesem Grund wird beim Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle der Abteiter als defekt diagnostiziert.

Die Langzeitstromdetektion erfolgt über die Temperaturmessung des

Gasabieiters A I mit Hilfe des Temperatursensors Tl . Wird eine bestimmte Temperaturschwelle überschritten, so wird der Gasabieiter ebenfalls als defekt bewertet. Diese Temperatur hängt mit dem Schmelzpunkt verwendeter Lote und angegebenen Maximaltemperaturen des Gasabieiters zusammen.

Das Modell zur Alterungsbestimmung im zweiten, Feinschutz- Abieiterpfad basiert auf dem im pulsspann ungsabhängigen Erwärmungsverhalten der dort befindlichen Bauteile.

Aufgrund des spannungsbegrenzenden Verhaltens der eingesetzten Diode VI ist die umgesetzte Energie in der Diode VI proportional zum Stromintegral im Sekundärpfad, da die Diodenspannung als annähernd konstant angenommen werden kann .

Die in den linearen Widerständen R l und R2 umgesetzte Energie ist

proportional zum Integral des Stromquadrats über dem Sekundärpfad.

Diese Energie weist bei kurzzeitigen Impulsen einen direkten Zusammenhang zur äußeren Erwärmung auf. Durch die Temperaturmessung mittels der

Sensoren 12, T3 und T4 und durch thermische Konstanten lässt sich aus diesen ein äquivalenter, rechteckförmiger Vergleichsimpuls berechnen .

Voraussetzung hierfür ist ein angenommenes adiabatisches Verhalten während des Impulses, Dies ist bei geringen Impulszeiten kleiner der Temperaturzeitkonstante der Bauelemente als gegeben vorauszusetzen . Ist die Impulsdauer länger als die vorgenannte Zeitkonstante, so kann aus dem Temperaturanstiegsverhalten die Impulsdauer bestimmt werden.

Die Berechnung der Impulsparameter greift auf die nachstehenden Formeln 4, 5 und § sowie die nachstehende Tabelle 3 zurück,

Formel 4 Berechnung der Impulsdauer:

Formel 5 Berechnung des Spannungsabfalls am Widerstand:

Formel 6 Berechnung des Impulsstroms: m ^v Δϋ _Β ^* R * a

Tabelle 3 Berechnung von Impulsparametern

Mit Hilfe von mathematischen Abbildungen der Kennlinien aus zur Verfügung stehenden Datenblättern der eingesetzten Bauelemente, lassen sich die inneren Temperaturen, insbesondere der Diode VI und der Widerstände Rl und R2 berechnen. Ein konkretes Beispiel soll im Folgenden auf der Basis des Anwendungsfalls einer Supressordiode BXT ML4 BE5 erläutert werden.

Die Schaltungsanordnung liefert Informationen zu einem eingesetzten Drahtwiderstand, der ein a von 1,7 K und einen elektrischen Widerstand von 1 Ω besitzt.

Bei der Diode VI handelt es sich um eine Supressordiode mit einer mittleren Durchgangsspannung von 8,5 V über dem verwendeten Bereich und 1 ß von 1,26 K. Die Energiekonstante χ = 1 Ws dient zur Einheitenkorrektur, da der Zahlenwert in die Konstanten α und ß eingerechnet wurde. Durch

mathematische Näherung der Kennlinie für den Zeitbereich bis zu 3 s können die inneren Temperaturen in der Diode mit folgender Gleichung bestimmt werden:

Formel 7 Berechnung der Sperrschichttemperatur:

Tabelle 4 Berechnung der Sperrschichttemperatur

Formelzeichen Bezeichnung Einheit Wert tlmo Impulsdauer s

Temperaturänderung Diode K -

Temperaturänderung Widerstand K - α Temperaturkonstante Widerstand K 1,7K ß Temperaturkonstante Diode K 1,26K

Y Energiekonstante Widerstand Ws lWs

R Widerstandswert Q 1 Ω

UD Supressorspannunq der Diode V -

UR Spannungsabfall am Widerstand V -

I]mo Impulsstrom A

ε Temperaturleistungsfaktor K/W 7,36K/W

Tjunc Sperrschichttemperatur K

^T AmUi _.. . Umgebungstemperatur K Anhand der so berechneten Sperrschichttemperatur lässt sich mit dem Modell nach Fig. 5 die Schädigung des Bauteils durch den jeweiligen Impuls

bestimmen.

Auch die Temperatur des Widerstands Rl bzw. R2 lässt sich durch die gegebenen Parameter Impulsstrom und die Impulsdauer ermitteln. Bei einem eingesetzten Drahtwiderstand ist ab einer Maximaitemperatur des Drahts von 500° C oder einer äußeren Temperatur von 250° C von einem Defekt auszugehen. Eine Aiterungsbestimmung muss bei einem solchen linearen ohmschen Widerstand nicht erfolgen.

Bei der vorstehend geschilderten, anhand des Ausführungsbeispieis näher illustrierten Lösung werden als Messgrößen zur Zustandsbewertung also der Peakstrom und die Temperatur der eingesetzten Abieiter bestimmt. Aus den Eingangsdaten sowie bekannten Kennlinienwerten der eingesetzten

Bauelemente lässt sich dann die Impulsdauer und der Energieumsatz sowie die Innere Bauteiltemperatur ermitteln, woraus ein Model! zur Lebenszeitberechnung abgeleitet werden kann und letztendlich eine Anzeige von

Schädigungen bzw. einer erwarteten Restlebensdauer möglich ist. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auf einer separaten Platine, welche eine Temperaturmessung der eingesetzten Halbleiterbauelemente bzw. der

Widerstände sowie eine Strommessung ermöglicht und wobei die Leiterplatte einen entsprechenden Mikrokontroller mit den notwendigen Berechnungsalgorithmen enthält, für jeden Abieiter nachrüstbar gestalten.