DE4427032C1 - Schaltungsanordnung mit einem ferngespeisten Gleichspannungsumrichter - Google Patents
Schaltungsanordnung mit einem ferngespeisten GleichspannungsumrichterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine wie im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebene Schaltungsanordnung mit einem
ferngespeisten Gleichspannungsumrichter.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus der
DE A1 37 04 368 bekannt. Bei einer Ausführungsform der
bekannten Schaltungsanordnung ist ein Gleichspannungswandler
über eine hochohmige Speiseleitung an eine speisende Quelle
angeschlossen, die z. B. ein Netzgerät sein kann. Maßnahmen
zum Überspannungsschutz sind dabei nicht vorgesehen.
Ist bei einer Schaltungsanordnung mit einem ferngespeisten
Gleichspannungsumrichter mit Beeinflussungen durch Blitz
und/oder Wechselstrom zu rechnen, so können im Hinblick auf
empfindliche elektronische Bauteile Maßnahmen zum Überspan
nungsschutz erforderlich werden. Für derartige Maßnahmen
stehen insbesondere Überspannungsableiter und Varistoren zur
Verfügung.
Man kann zum Schutz einer Gleichstromfernspeisestrecke mit
hoher Stromergiebigkeit parallel zum Fernspeiseweg entweder
Varistoren allein oder Serienschaltungen aus Spannungsablei
tern bzw. Funkenstrecken mit Varistoren verwenden. Die
Serienschaltung eines Varistors kann dabei ein Weiterbrennen
des Spannungsableiters nach einem Überstromimpuls, gespeist
aus der im Normalbetrieb auftretenden liegenden Gleichspan
nung, verhindern. In einem solchen Fall müssen Überspan
nungsableiter und Varistoren an die Höhe der Speisegleich
spannung und die Stromergiebigkeit der Spannungs- bzw. der
Beeinflussungsquelle angepaßt werden. Dies kann jedoch zu
relativ großen Abmessungen der Varistoren und zu einem un
vertretbar großen Aufwand für die Schutzelemente führen.
Insbesondere der Schutz gegen vergleichsweise große Wechsel
strombeeinflussung, die im Vergleich zu einer Blitzbeein
flussung von wesentlich größerer Dauer sein kann, kann sich
dabei wegen des hohen Energieumsatzes in den Varistoren als
zu aufwendig erweisen. Da sich bei Varistoren die Ansprech
spannung mit der Anzahl der Belastungen verändert, können
sich darüber hinaus bei Anordnungen mit besonders häufigen
großen Belastungen Probleme bezüglich der Gesamtzuverlässig
keit ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichstromfernspeise
strecke, die eine zwischen einer Fernspeisevorrichtung und
einem Gleichspannungsumrichter liegende Fernspeiseleitung
aufweist, in wenig aufwendiger Weise vor Blitz und/oder
Wechselstrombeeinflussung zu schützen. Dabei soll der Be
trieb der Fernspeisestrecke nicht in unzulässiger Weise be
einflußt werden.
Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung
dieser Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentan
spruchs 1 angegebenen Weise ausgebildet.
Aus der DE-OS 14 87 416 ist lediglich eine Überspannungs
schutzschaltung für gleichstromferngespeiste Transistor-Zwi
schenverstärker bekannt, bei der zwischen dem Innen- und
Außenleiter eines Koaxialkabels die Reihenschaltung zweier
Spannungsableiter vorgesehen ist, wobei dem einen Spannungs
ableiter ein Kondensator parallel geschaltet ist.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß der Aus
gang der Fernspeisevorrichtung und der Eingang des fernge
speisten Gleichspannungsumrichters mit Hilfe von Schutz
schaltungen gegen Überspannungen geschützt sind, die bei ge
ringem Aufwand eine hohe Zuverlässigkeit gewährleisten.
Am Ausgang der Fernspeisevorrichtung und/oder am Eingang des
ferngespeisten Gleichspannungsumrichters liegt zweckmäßiger
weise ein spannungsbegrenzendes Element, insbesondere ein
Kondensator mit großer Kapazität, eine Z-Diode oder eine Se
rienschaltungung mit mehrerer Z-Dioden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den ab
hängigen Ansprüchen 2 bis 7 hervor.
Die Erfindung wird anhand der in den Fig. 1 bis 7 gezeig
ten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit zwei über eine
Fernspeiseleitung miteinander verbundenen und gegen
Überspannungen geschützten Schaltreglern. Aus den
Fig. 2 bis 7 gehen Abwandlungen der Schaltungsanordnung nach
Fig. 1 hervor. Dabei zeigt
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung mit Parallelschaltung
mehrerer Adern einer Fernspeiseleitung,
Fig. 3 die Parallelschaltung eines Kondensators zu einem
der Überspannungsableiter,
Fig. 4 die Parallelschaltung mehrerer Adern einer
Fernspeiseleitung in Verbindung mit einer
Parallelschaltung eines Kondensators zu einem der
Überspannungsableiter,
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung mit zwei Serienschaltungen
von Überspannungsableitern,
Fig. 6 eine Schaltungsanordnung, bei der parallel zu einem
Überspannungsableiter einer Überspannungsableiter-
Serienschaltung ein Kondensator liegt und
Fig. 7 eine Schaltungsanordnung mit Parallelschaltung zweier
Adern einer Fernspeiseleitung und Parallelschaltung
eines Kondensators zu einem Überspannungsableiter
einer Überspannungsableiter-Serienschaltung.
Fig. 1 zeigt eine Gleichstromfernspeisestrecke. Der Schalt
regler 9 ist über die Adern 11 und 12 einer Fernspeiselei
tung an den Schaltregler 1 angeschlossen. Der Schaltregler 1
dient als Fernspeisevorrichtung, der Schaltregler 9 als
Gleichspannungsumrichter zur Speisung der Last 10, die ins
besondere eine ferngespeiste nachrichtentechnische Einrich
tung ist. Beide Schaltregler 1 und 9 weisen jeweils zwischen
ihrem Eingangs- und Ausgangskreis eine Schutzisolierung auf.
Der Schaltregler 1 wird aus einer Wechselspannungsquelle ge
speist und gibt an seinem Ausgang eine Gleichspannung an die
Fernspeiseleitung ab. Am Ausgang des Schaltreglers 9 liegt
die Last 10, die für eine Versorgungsspannung von z. B. 12 V
ausgelegt ist und deren Leistungsbedarf von dem Ausbauzu
stand der ferngespeisten Einrichtung abhängt.
Der Schaltregler 9 ist über die Fernspeiseleitung an den
Schaltregler 1 angeschlossen. Der Gleichstromwiderstand
der Ader 11 ist mit 4, der Gleichstromwiderstand der Ader 12
mit 5 bezeichnet.
Am Ausgang des Schaltreglers 1 liegt der Varistor 2, am Ein
gang des Schaltreglers 9 der Varistor 7.
Bei den beiden Schaltreglern 1 und 9 sind jeweils ein ein
gangsseitiger und ein ausgangsseitiger Schaltungsteil durch
eine Schutzisolation voneinander getrennt. Beim Schaltregler
1 ist der eingangsseitige Teil, beim Schaltregler 9 der aus
gangsseitige Teil mit Erdpotential verbunden.
Die Ader 12 der Fernspeiseleitung ist am Ausgang des
Schaltreglers 1 über den Überspannungsableiter 3 und am Ein
gang des Schaltreglers 9 über den Überspannungsableiter 8
mit Erdpotential verbunden. Die beiden Überspannungsableiter
3 und 8 sind jeweils durch einen Gasspannungsableiter gebil
det. Die Überspannungsableiter 3 und 8 bilden jeweils eine
Überspannungsableiterschaltung, die keinen Varistor oder
dergleichen enthält.
Der äußere Beeinflussungskreis, in den bei Gewittertätigkeit
oder bei Bahn- oder Starkstrombeeinflussung hohe Beeinflus
sungsströme erzeugt werden können, verläuft von einem Erdan
schluß über den Überspannungsableiter 3, die Gleichstromader
12 und den Überspannungsableiter 8 zum anderen Erdanschluß.
Zwischen den Erdanschlüssen ist die Beeinflussungsspan
nungsquelle 6 wirksam. In Serie zu den Überspannungsablei
tern angeordnete Varistoren sind vermieden.
Bei Normalbetrieb baut sich infolge des Fernspeisestromes I
und des Gleichstromwiderstandes 51 der Ader 12 entlang der
Ader 12 eine Gleichspannung U₅ auf. Von dieser Gleichspan
nung U₅ ist bei Normalbetrieb an den Ableitern jeweils etwa
die halbe Größe wirksam aufgrund der an ihnen ständig wirk
samen Gleichspannung bestünde an sich nach einem Beeinflus
sungsfall die Gefahr des Weiterbrennens der Ableiter. Der
Gleichstromwiderstand 51 der Ader 12 und der Fernspeisestrom
I sind jedoch derart bemessen, daß die aufgrund des Fern
speisestromes I am Gleichstromwiderstand 51 abfallende
Gleichspannung kleiner ist als die Löschspannung der aus den
beiden Überspannungsableitern 3 und 8 bestehenden Serien
schaltung.
Die Einhaltung der angegebenen Spannungsbedingungen ist ins
besondere dann ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand mög
lich, wenn relativ hohe Leistungen zu übertragen und die
elektrischen Verbindungen bereits deshalb sehr niederohmig
ausgeführt sind. Es muß ja angestrebt werden, die verfügbare
Leistung möglichst verlustfrei zum Verbraucher hin zu über
tragen.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind die Überspan
nungsableiter 3 und 8 jeweils zwischen der Ader 12 und Erd
potential angeordnet. Eine zweckmäßige Abwandlung der Schal
tungsanordnung besteht darin, die Überspannungsableiter 3
und 8 jeweils zwischen der Ader 11 und dem Erdpotential an
zuordnen. Wesentlich dabei ist, daß die beiden Überspan
nungsableiter 3 und 8 an ein und dieselbe Ader bzw. elektri
sche Verbindung angeschlossen sind.
Bei dem vorgesehenen Überspannungsschutz mit den Gasspan
nungsableitern 3 und 8 ohne Serienvaristor ist die Beziehung
U₅ = 2 * UL
einzuhalten, wobei U₅ die gesamte Längsspannung der Ader 12
darstellt, UL die Löschspannung ist, die für den verwendeten
Ableitertyp gilt und * das mathematische Zeichen für die
Multiplikation ist.
Diese Löschbedingung läßt sich insbesondere dadurch einhal
ten, daß der Leitungswiderstand und der Speisestrom so be
messen sind, daß die aufgrund des Gleichstromwiderstandes 51
der Ader 12 und des Speisestromes 1 auftretende Spannung U₅
kleiner als das Doppelte der Löschspannung des verwendeten
Ableitertyps ist, die z. B. 25 V beträgt.
Wesentlich ist, daß nur eine der beiden elektrischen Verbin
dungen mit den Überspannungsableiterschaltungen beschaltet
ist. Würde man auch für die andere elektrische Verbindung
eine gleiche Beschaltung vorsehen, so würde an den beiden
Enden der Fernspeiseleitung jeweils über die Erdverbindung
zwei Überspannungsableiter in Serie an der Fernspeisespan
nung liegen. Zündet die Überspannungsableiter im Beeinflus
sungsfall, so läge nach dem Ende der Beeinflussung die Spei
sespannung an den gezündeten Überspannungsableitern. Die
Fernspeiseleitung wäre kurzgeschlossen und ein Folgestrom
aus der Fernspeisequelle, z. B. in Höhe von 12 A, würde bis
zum Auslösen der Sicherung weiterfließen. Dies wird durch
die in den Figuren gezeigten unsymmetrischen Anordnungen
vermieden.
Ist die Löschbedingung insbesondere bei vorgegebenem Lei
tungstyp und/oder bei vorgegebenem Fernspeisestrom nicht oh
ne weiteres einzuhalten, so findet zweckmäßigerweise eine
der in den Fig. 2 bis 7 gezeigten Schaltungsanordnungen
Verwendung. Diese Schaltungsanordnungen ermöglichen eine
einfach realisierbare Verbesserung des Löschverhaltens, ohne
daß Varistoren in den Hauptbeeinflussungsweg geschaltet wer
den brauchen.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 weicht von der nach Fig.
1 dadurch ab, daß parallel zu der Ader 12 der Fernspeiselei
tung die weitere Ader 121 angeordnet ist. Die Gleichstromwi
derstände 51 und 52 der beiden Adern 12 und 121 liegen daher
zueinander parallel. An die Stelle der Ader 12 nach Fig. 1
tritt somit eine elektrische Verbindung, die aus mehreren
Adern besteht.
In besonderen Fällen kann so die Ader 12, die mit den gegen
Erde geschalteten Gasspannungsableitern 3 und 8 versehen
ist, durch Parallelschalten einer zusätzlichen freien Ader
des verwendeten Kabels im Widerstand soweit verringert wer
den, daß die durch die Spannungsableiterlöschbedingung vor
gegebene höchstzulässige Gleichspannung eingehalten wird.
Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, kann die Fernspeiseleitung
mit einem Schirm 13 versehen sein. Dieser Schirm ist am Orte
der beiden Umrichter 1 und 9 jeweils entweder an Erdpoten
tial oder an die elektrische Verbindung bzw. Ader anzu
schließen, an der die Überspannungsabaleiterschaltung liegt.
Der Schirm hat einen niedrigeren Gleichstromwiderstand als
die Adern der Fernspeiseleitung. Hieraus resultiert, daß bei
einer Blitzbeeinflussung der Schirm die eingekoppelten Span
nungen erheblich reduziert.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die beiden
einander parallel geschalteten Adern 121 und 12 als elek
trische Verbindung dienen. Gegebenenfalls können mehrere
freie Adern oder zusätzliche Leiter zu der elektrischen Ver
bindung parallel geschaltet sein, die mit den Überspannungs
ableitern beschaltet ist.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 unterscheidet sich von
der nach Fig. 1 lediglich dadurch, daß parallel zu einem der
beiden Überspannungsableiter 3 und 8 ein Kondensator ange
ordnet ist. Im gezeigten Beispiel liegt parallel zum Über
spannungsableiter 8 der Kondensator 80.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung wird das Lö
schen der Spannungsableiter auch dadurch erleichtert, daß
die zwischen der Ader 12 und Erde liegenden Ableiter 3 und 8
zu der durch den Leitungswiderstand 5 gebildeten Gleichspan
nungsquelle in Serie liegen und dies wegen der nicht ganz
identischen Eigenschaften zweier Ableiter das Löschen der
Ableiter 3 und 8 begünstigt.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 werden im Hinblick
auf die vorliegende Konstantspannungseinspeisung die Lösch
eigenschaften der beiden in Serie geschalteten Ableiter 3
und 8 dadurch zusätzlich verbessert, daß einem der Ableiter
8 der Kondensator 80 parallel geschaltet und somit die dyna
mische Löschcharakteristik der Ableiter 3 und 8 verändert
ist.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 sind - ausgehend von
der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 - die beiden in den Fi
guren 2 und 3 gezeigten zusätzlichen Maßnahmen gemeinsam an
gewendet. Die beiden Adern 12 und 121 sind parallel zueinan
der angeordnet. Parallel zum Überspannungsableiter 8 liegt
der Kondensator 80.
Ersetzt man die beiden Überspannungsableiter 3 und 8 der
Schaltungsanordnung nach Fig. 1 jeweils durch eine Überspan
nungsableiterschaltung mit zwei zueinander in Serie angeord
neten Überspannungsableitern, so ergibt sich die Schaltungs
anordnung nach Fig. 5. Die Ader 12 der Fernspeiseleitung ist
auf seiten des Schaltreglers 1 über die aus den Überspan
nungsableitern 31 und 32 bestehende Serienschaltung und auf
seiten des Schaltreglers 9 über die aus den Überspannungsab
leitern 81 und 82 bestehende Serienschaltung mit Masse ver
bunden. Insbesondere in Verbindung mit Schaltreglern mit un
terschiedlicher Schutzisolation kann es zweckmäßig sein, an
einem der beiden Schaltregler einen einzigen Überspannungs
ableiter und am anderen Schaltregler eine Serienschaltung
zweier Überspannungsableiter vorzusehen.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 unterscheidet sich von
der nach Fig. 5 dadurch, daß bei einer der beiden Überspan
nungsableiterschaltungen parallel zu einem der beiden Über
spannungsableiter ein Kondensator angeordnet ist. Im gezeig
ten Beispiel liegt parallel zum Überspannungsableiter 82 der
Kondensator 81.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 7 unterscheidet sich von
der nach Fig. 6 dadurch, daß parallel zur Ader 12 der Fern
speiseleitung die weitere Ader 120 angeordnet ist. Die Lei
tungswiderstände 51 und 52 der Adern 12 und 120 liegen daher
parallel zueinander.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der
Fernspeiseleitung 2 km und der Widerstand 51 hat den Wert
7Ω. Bei einer in Serie zu den Ableitern liegenden Beein
flussungsspannung von 5 kV fließt dann im Beeinflussungs
kreis ein Strom von etwa 70 A.
Der Fernspeisestrom beträgt bei einer Speisespannung im Be
reich von etwa 50 bis 100 V und einer Speiseleistung von 200
W etwa 4 bis 2 A. Die aufgrund des Fernspeisestromes am
Gleichstromwiderstand 51 abfallende Spannung beträgt höch
stens 28 V. Diese Spannung ist kleiner als die Löschspannung
der Serienschaltung der beiden Überspannungsableiterschal
tungen, die etwa zweimal 25 V beträgt.
Claims (8)
1. Schaltungsanordnung mit einem Gleichspannungsumrichter
(9), der über einen aus zwei elektrischen Verbindungen (11,
12) bestehende Fernspeiseleitung an eine Fernspeisevorrich
tung angeschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß nur eine der beiden elektrischen Verbindungen (12; 12,
120) an ihren beiden Enden über je eine Überspannungsablei
terschaltung (3, 8; 31, 32; 81, 82) mit Bezugspotential ver
bunden ist und daß der Widerstand der mit den Überspannungs
ableiterschaltungen versehenen elektrischen Verbindung (12;
12, 120) und/oder der Fernspeisestrom (I) derart bemessen
ist, daß die aufgrund des Fernspeisestromes (I) an der elek
trischen Verbindung (12; 12, 121) abfallende Gleichspannung
kleiner ist als die Löschspannung der aus den beiden Über
spannungsableiterschaltungen (3, 8; 31, 32; 81, 82) beste
henden Serienschaltung.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Ausgang der Fernspeisevorrichtung (1) und/oder am
Eingang des ferngespeisten Gleichspannungsumrichters (9) je
weils ein Varistor liegt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 der 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fernspeisevorrichtung (1) und/oder der Gleichspan
nungsumrichter (9) schutzisoliert sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fernspeiseleitung (11, 12; 11, 12, 121) als wenig
stens zweiadrige geschirmte Leitung ausgebildet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mit der Überspannungsableiterschaltung (3, 8; 31,
32; 81, 82) versehene elektrische Verbindung aus wenigstens
zwei einander parallel geschalteten Adern (51, 52) besteht.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Überspannungsableiterschaltungen (3, 8) je
weils aus einem Überspannungsableiter (3, 8) bestehen und
daß parallel zu einem der beiden Überspannungsableiter (8)
ein Kondensator (80) angeordnet ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine der beiden Überspannungsableiterschal
tungen (81, 82) durch eine aus zwei Überspannungsableitern
(81, 82) bestehende Serienschaltung gebildet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zu einem Überspannungsableiter (82), der Seri
enschaltung (81, 82) ein Kondensator (81) angeordnet ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP93112513 | 1993-08-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4427032C1 true DE4427032C1 (de) | 1995-03-02 |
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ID=8213137
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944427032 Expired - Fee Related DE4427032C1 (de) | 1993-08-04 | 1994-07-29 | Schaltungsanordnung mit einem ferngespeisten Gleichspannungsumrichter |
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---|---|
DE (1) | DE4427032C1 (de) |
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- 1994-07-29 DE DE19944427032 patent/DE4427032C1/de not_active Expired - Fee Related
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