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Schutzschaltung für Fernmeldeanlagen gegen atmosphärische Störungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Schutz vor und Ableiten
von Überspannungen, die durch atmosphärische Störungen auf Fernmeldeanlagen erzeugt
werden.
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Atmosphärisch bedingte Raumladungen erzeugen in Freileitungen oder
Luftkabeln für Fernmeldezwecke zwischen den einzelnen Adern oder zwischen Adern
und Erde Potentialdifferenzen, die zur Sicherung des Fernmeldenetzes abgeleitet
werden müssen. Es war bisher zu diesem Zweck üblich, insbesondere am Übergang von
Freileitungen oder Luftkabeln einerseits zu Erdkabeln oder an den Teilnehmerstellen
spannungsabhängige Ableitelemente vorzusehen. Diese Ableitelemente bestehen z. B.
entweder aus Grobfunkenstrecken oder aus gasgefüllten Üb erspannungsleitern oder
aus einer Kombination dieser beiden Elemente. Der wesentliche Nachteil dieser Schutzart
besteht darin, daß bei abruptem Durchschlagen des Ableitelementes auf den Adern
Wanderwellen oder durch den Zündverzug Spannungen entstehen, deren Potential für
die Benutzer der Anlage und für die Anlage selbst noch gefährlich sein können. Zur
Dämpfung der Stoßwellen kann man Widerstände in die Zuleitungen zu dem Ableitelement
einschalten, jedoch hat dies den Nachteil, daß diese Widerstände nur für einen bestimmten
Spannungsbereich ausgelegt werden können und bei höheren Spannungen praktisch wirkungslos
war-en. Ein weiterer Nachteil der bisher üblichen Überspannungsableiter ist darin
zu sehen, daß diese verhältnismäßig träge sind, und die störende Spannung wesentlich
über die Zündspannung des Überspannungsableiters
ansteigen kann,
bevor dieser anspricht. Darüber hinaus haben die herkömmlichen Ableitelemente den
Nachteil, daß ihre Funktionsunfähigkeit erst beim Auftreten der nächsten Überspannung
durch Schäden in der Anlage erkennbar wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung
für Fernmeldeanlagen gegen atmosphärisch bedingte Überspannungen anzugeben, die
anstelle der Ableitelemente oder zusätzlich dazu für eine genügend schnelle Ableitung
der Überspannungen oder Ausgleich der Überspannungen Sorge trägt und dazu ein Element
zu verwenden, das auch im defekt ein Zustand seine Schutzfunktion beibehält.
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Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine Schutzschaltung für Fernmeldeanlagen
gegen durch atmosphärische Störungen verursachte Überspannungen mit spannungsabhängigen
Ableitelement, z. B. offenen und/ oder gasgefüllten Überspannungsableitern, die
sich von den bisher bekannten dadurch unterscheidet, daß anstelle von oder parallel
zu den AbJeitelementen antiparallele oder bidirektionale Thyrisotren oder Tetroden
geschaltet sind, deren Zündung über einen Widerstand eines Spannungsteilers oder
einen Zündübertrager durch die anstehende Überspannung erfolgt.
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Das Prinzip einer solchen Schaltung ist in Fig. i dargestellt.
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Nit 1 und 2 sind die beiden Adern eines Paares eines Fernsprechkabels
oder einer Fernsprechleitung bezeichnet, wobei eine der beiden Adern durch Erde
repräsentiert sein kann. In herkömmlicher Weise liegt zwischen 1 und 2 eine Grobfunkenstrecke
3 und ein Überspannungsableiter 4. Gemäß der Erfindung sind bei 5 und 6 antiparallele
Thyristoren parallel zum Uberspannungsableiter 4 geschaltet. Die Zündelektroden
dieser Thyristoren liegen über Widerstände 7 und 8 die mit den Widerständen 35 bzw.
36 je einen Spannungsteiler bilden an der gleichen Leitung
bzw.
auf dem gleichen Potential wie die Anode des zugehörigen Thyristors. Tritt nun auf
einer der Adern eine Stoßwelle - wie vorstehend beschrieben - auf, so reicht der
Spannungsabfall über den Widerständen 7 oder 8 aus, um je nach der Polarität der
Überspannung den Thyristor 5 oder 6 zu zünden und über diesen Thyristor die anstehende
Uberspannung abzuleiten. Der besondere Vorteil dieser erfindungsgemäßen Schaltung
besteht darin, daß der Zündverzug der Thyristoren etwa um eine Zehnerpotenz kleiner
ist als der der herkömmlichen Ableitelemente.
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Dies hat zur Folge, daß die Überspannung von vornherein nicht auf
einen solchen Wert ansteigen kann, wie bei der alleinigen Verwendung von Ableitelementen
zu befürchten ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß ein Defekt im Ableitelement
erst beim Auftreten der nächsten Überspannung bemerkt wird, während ein Defekt z.
B. in den Thyristoren sofort zu einem dauernden Kurzschluß zwischen den beiden Adern
führt und damit das defekte Bauteil angezeigt wird und ausgewechselt werden kann
und darüber hinaus durch den verbleibenden Dauerschluß später auftretende Überspannungen
sicher abgeleitet werden. Die Ansprechspannung kann durch die Auswahl der Widerstände
7 und 8 sowie 35 und 36 in Zusammenhang mit dem Ableiterwiderstand der zugehörigen
Zündelektrode eingestellt werden. Die Thyristoren sind so gewählt, daß ihr Haltestrom
oberhalb des Betriebsstromes liegt.
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In Weiterbildung der Erfindung liegen, wie in Fig. 2 dargestellt,
parallel zu den Widerständen 9 und 10 Kapazitäten 11 und 12 und im Zuge der zu schützenden,
hier unsymmetrisch dargestellten Adern 13 ist zwischen dem Anschluß des Widerstandes
9 und dem der Halbleiterbauelemente 14 und 15 eine Induktivität 16 eingeschaltet.
Dies hat den Vorteil, daß beim Auftreten einer Uberspannung die Spannung über der
Kapazität schneller ansteigt als über der Induktivität und damit sichergestellt
ist, daß an dem ableitenden Thyristor die Zündspannung bereits ansteht, wenn die
abzuleitende Spannung auftritt. In Figur 4 sind diese Kapazitäten mit 33 und 34
bezeichnet.
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Weiterhin kann zusätzlich zu der Induktivität oder mit dieser integriert
ein Widerstand mit der Induktivität in Reihe geschaltet sein, wie das in dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 3 dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine symmetrische
Anordnung, bei der die Induktivitäten mit 17 und 18 und die zugeordneten Widerstände
mit 19 und 20 bezeichnet sind. Hierbei können die Induktivitäten paarweise oder
alle auf einen gemeinsamen Kern gewickelt werden. Die hier verwendeten Widerstände
sollen bei unsymmetrischen Strömen durch den an ihnen auftretenden Spannungsabfall
eine beschleunigte Zündung der ihnen vorgeschalteten Ableitelemente bewirken.
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Weiterhin können mit Vorteil - wie in Fig. 3 dargestellt - vor den
Zündelektroden der Halbleiterelemente Diacs 21 und 22 eingeschaltet sein. Diese
Diacs tragen zur Stabilisierung des Zündpunktes der Halbleiterbauelemente bei.
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In einer besonderen Ausführungsform können die Induktivitäten und
die Widerstände der einzelnen Adern durch einen Eisen oder Stahl enthaltenden Kabelmantel
und darin verlaufende Leiterabschnitte dargestellt sein. Es ist auf diese Weise
möglich, für mehradrige Leitungen oder Kabel, die Induktivitä-ten und Widerstände
- wie sie in Fig. 3 mit 17 und 18 bzw. 19 und 20 bezeichnet sind - zusammenzufassen.
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Um sicherzustellen, daß in Netzen mit mehreren Adern, in denen durch
eine Überspannung Sekundärspannungen induziert werden können, die Ableitung schnell
und sicher in allen Adern erfolgt, kann in Weiterbildung der Erfindung die Zündspannung
auf die Zündelektroden der einzelnen Halbleiterbauelemente durch Zündübertrager
übertragen werden, die einen gemeinsamen Kern haben. Dies ist im Beispiel in Fig.
4 dargestellt. Dort sind die Adern mit 23 bis 26 bezeichnet, wobei für die Adern
24 und 26 die Schutzschaltung nach dieser Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben
ist. Die Halbleiterbauelemente 27 und 28 sind hier als
Triacs ausgebildet,
deren Zündelektroden durch Übertrager 29 und 30 gespeist werden. wobei beide Übertrager
auf einem eemeinsamen Kern
aufgewickelt sind. Bei dieser Ausführungs-
r form ist es gleichgültig, ob die Überspannung zunächst in der Ader 24 oder 26
auftritt, auf jeden Fall werden beide Triacs 27 und 28 sofort durchgezündet. Das
gleiche gilt sinngemäß für die Überspannungsableiter der Adern 23 und 25 sowie weitere
ggf. noch vorhandene Adern, deren Zündübertrager auf den gleichen Kern
gewickelt sind.
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Bei Verwendung von Übertragern können in Weiterbildung der Erfindung
und wie aus Fig. 4 zu entnehmen die Primärwicklungen des Zündübertragers 29,30 durch
die Induktivitäten 31,32 gebildet werden.