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PATENTANSPRÜCHE
1. Anschlusseinrichtung für das Anschliessen eines ankommenden koaxialen Hochfrequenzkabels (10) an eine elektronische Anlage (11), welche Anschlusseinrichtung einen Überspannungsableiter (14) enthält und eingerichtet ist zum Schutz der Anlage (11) vor Überspannungen mit einem Spannungsanstieg mit einer Flankensteilheit im Bereich von 1-10 kV/ns, gekennzeichnet, - durch eine Dose (12, 35) aus metallischem Werkstoff, dessen elektrischer Leitwert und Permeabilität ein Vielfaches derjenigen des Aussenleiters (16) des ankommenden Koaxialkabels (10) betragen, welche Dose in geschlossenem Zustand allseits frei von Übergangsimpedanzen für Gehäuseströme ist, - durch ein in der Stirnwand (17, 40) der Dose zentrisch angeordnetes Durchführungselement (13,
30) mit einem Innenteil (18) und einem denselben koaxial umgebenden Aussenteil (19), wobei der aus der Dose vorstehende Teil des Durchführungselementes einen koaxialen Anschluss für das ankommende Koaxialkabel (10) sowie eine Fassung für den Überspannungsableiter (14) zwischen dem Innen- und Aussenteil (18 bzw.
19) bildet, welcher Aussenteil (19) des Durchführungselementes (13) mit der Stirnwand (17, 40) in einem ringsum durchgehenden praktisch widerstands- und induktionsfreien Kontakt steht, - durch einen in den Innenraum der Dose ragenden Teil des Durchführungselementes (13, 30) zum Anschluss des wegführenden Koaxialkabels (15), das in axialer Richtung über einen Austrittsstutzen (22, 47) die Dose verlässt, sowie durch einen lichten Querschnitt der Dose, dessen Betrag den Querschnitt des Aussenleiters (23) um ein Mehrfaches übertrifft, zwecks Erniedrigung der Impedanz der Dose auf einen Bruchteil der Impedanz des Aussenleiters (23) des wegführenden Kabels (15) und einer hieraus resultierenden Ableitung eines als Folge einer Überspannung auf den Aussenleiter (16) des ankommenden Kabels (10) eintreffenden Strompulses über die Dose.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein am Austrittsstutzen (22, 47) befestigtes Schutzmantelrohr (8), innerhalb welchem das wegführende Kabel (15) verläuft und welches Rohr zum Anschliessen an einer Raumabschirmung (7) für die Anlage (11) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Querschnittverhältnis im Bereich von 10:1 bis 100:1 liegt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dose aus ferromagnetischem rostfreiem Stahlblech besteht und eine Wandstärke > 1 mm aufweist, z.B. 2 mm.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein an der Stirnwand (40) mittels Schraubverbindung gehaltertes Durchführungselement (30), wobei das Durchführungselement in einer Bohrung der Stirnwand sitzt und mittels von seinem Aussenteil (19) abstehenden ringförmigen Anschlägen (45, 46) beidseits der Stirnwand anliegt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenteil (19) des Durchführungselementes (13) über seinem gesamten Umfang mit der Stirnwand (17, 40) verschweisst oder mit dieser einstückig verbunden ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine aus einem rechteckigen Kasten (36) und einem ebenen Deckel (37) bestehende Dose (35), welcher Kasten eine ebene Bodenplatte (38), parallele Seitenwände (39), eine Stirnwand (40) und hierzu parallele Rückwand (41) aufweist, welcher Deckel (37) parallel zur Bodenplatte einem entlang den Oberkanten der Wände (3941) verlaufenden ebenen Rahmen aufliegt, der aus von den Wänden (3941) rechtwinklig nach einwärts abgebogene Streifen (4244) besteht, welchem Rahmen der Deckel aufgeschraubt ist.
Die Erfindung betrifft eine Anschlusseinrichtung für das Anschliessen eines ankommenden koaxialen Hochfrequenzkabels an eine elektronische Anlage, welche Anschlusseinrichtung einen Überspannungsableiter enthält und eingerichtet ist zum Schutze der Anlage vor Überspannungen mit einem Spannungsanstieg mit einer Flankensteilheit im Bereich von 1-10 KV/nsec. Derartige elektromagnetische Impulse (EMP) haben ihren Ursprung meist in atmosphärischen Entladungen (Gewittern) oder können als NEMP bei Nuklearexplosionen auftreten. Eingangsempfindliche Hochfrequenzanlagen z.B. in Sende- und Empfangsräumen sind durch solche über Hochfrequenzkabel eintreffende EMP besonders gefährdet. Einen erhöhten Schutz erfordern desgleichen Anlagen, die militärischen Anforderungen zu genügen haben.
Zur Sicherung derartiger Anlagen existieren daher Schutzanordnungen mit Überspannungsableitern, in denen der Überspannungsableiter jeweils elektrisch zwischen dem Innenleiter und dem Aussenleiter des ankommenden Koaxialkabels geschaltet ist. Weil hierzu eine Auftrennung des Kabels erforderlich ist, besteht eine bekannte Schutzanordnung aus einem in Art eines koaxialen Zwischenstückes ausgebildeten Ableiterhalters, dessen beide Stirnenden je einen koaxialen Anschluss für das ankommende ungeschützte bzw.
das wegführende geschützte Koaxialkabel bilden. Die Ableitung der Strompulse vom Aussenleiter beim Ansprechen des Überspannungsableiters erfolgt bei derartigen Schutzanordnungen üblicherweise über bandförmige Leitungen.
Derartige Schutzanordnungen gewährleisten einen wirksamen Schutz der Anlagen gegenüber Überspannungen industriellen Ursprungs. Zwar ergeben diese Anordnungen auch eine Reduktion der EMP- und NEMP- Wirkungen, doch genügen sie für einen wirksamen EMP- und NEMP- Schutz nicht. Beispielsweise treten auf den Aussenleiter des wegführenden geschützten Kabels als Folgeerscheinung der EMP Ableitung jeweils noch unerwünschte Strompulse auf.Diese können ihrerseits Spannungen auf benachbarte Leitungen oder zwischen Innen- und Aussenleiter induzieren, was zu einer Verfälschung der Signalspannung oder zur Zerstörung des Eingangsteils der Hochfrequenzanlage führen kann.
Die Erfindungsaufgabe besteht dementsprechend darin, eine Anschlusseinrichtung der obengenannten Art zu schaffen, welche zusätzlich zu einer wirksamen EMP- bzw. NEMP Ableitung auch alle etwaigen Folgeerscheinungen der EMP Ableitung am wegführenden geschützten Kabel beseitigt.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss mit der im Anspruch 1 definierten Anschlusseinrichtung gelöst.
Die Erfindung wird im folgenden für einige Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anschlusseinrichtung sowie der ihr zugeordneten Anlage,
Fig. 2 in vereinfachter schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau der Anschlusseinrichtung, teilweise im Schnitt dargestellt,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine praktische Ausführungsform einer Anschlusseinrichtung,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-A durch die Einrichtung gemäss Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie B-B durch die Einrichtung gemäss Fig. 3.
Ein Ausführungsbeispiel für die Anschlusseinrichtung der vorliegenden Bauart ist in Fig. 1 schematisch dargestellt,
wobei das ankommende koaxiale Hochfrequenzkabel 10 an die elektronische Anlage 11 über eine Dose 12 angeschlossen ist, deren wesentlichen Teile schematisch in Fig. 2 dargestellt sind. Für den Eintritt des ankommenden koaxialen Kabels 10 in die Dose 12 ist ein Durchführungselement 13 vorgesehen, das ebenfalls anhand von Fig. 2 noch näher beschrieben wird und das einen Überspannungsableiter 14 an sich bekannter Bauart enthält. Der Zweck dieser Anschlusseinrichtung ist es, einen Übertritt von Störungsimpulsen mit extrem schnellem Spannungsanstieg auf dem ankommenden Koaxialkabel 10 in den Innenraum der Dose 12 und auf das von ihr wegführende Koaxialkabel 15 zur elektronischen Anlage 11 möglichst weitgehend zu verhindern.
Dies wird bei geeigneter Ausgestaltung der Dose 12 und des Durchführungselementes 13 dadurch erreicht, dass für einen als Folge einer Überspannung auf dem Aussenleiter des ankommenden Koaxialkabels 10 eintreffenden kurzen Strompuls eine Stromaufteilung erfolgt, bei welcher der grösste Teil des Stromes über die Dose 12 geleitet wird, also der Aussenleiter des wegführenden Koaxialkabels 15 hiervon weitgehend entlastet ist. Um dies zu erreichen, muss die für den eintreffenden Strompuls wirksame Impedanz der Dose 12 um ein Mehrfaches geringer sein als die Impedanz des Aussenleiters des wegführenden Koaxialkabels 15.
Erreicht wird diese Stromaufteilung durch strukturelle Merkmale der Dose 12 und des Durchführungselements 13, die weiter unten anhand von Fig. 2 noch erläutert werden.
Insbesondere muss aber gewährleistet sein, dass der lichte Querschnitt des Innenraumes der Dose 12 so gross ist, dass er den Querschnitt des Aussenleiters des am Durchführungselement 13 angeschlossenen wegführenden Koaxialkabels 15 um ein Mehrfaches übertrifft. Wird ausserdem der elektrische Leitwert und die relative magnetische Permeabilität des metallischen Werkstoffes der Dose so gewählt, dass sie ein Vielfaches derjenigen des Aussenleiters des wegführenden Koaxialkabels beträgt und ausserdem gewährleistet, dass im geschlossenen Zustand der Dose, also bei aufgesetztem Dekkel derselben, für die Gehäuseströme die Dose allseits frei von Übergangswiderständen ist, so gelingt eine Aufteilung der auf dem Aussenleiter des ankommenden Kabels 10 eintreffenden Strompulse im erforderlichen Verhältnis.
Wie ermittel wurde, liegen die typisch erreichbaren Verhältnisse im Bereich von etwa 1:100 bis 1:10000.
Die obengenannte Störverminderung für das wegführende Koaxialkabel 15 ist bereits im Normalbetrieb wirksam, also dann, wenn die Spannung zwischen Innen- und Aussenleiter des ankommenden Koaxialkabels 10 noch nicht zum Ansprechen des Überspannungsableiters 14 führt. Sobald aber der Überspannungsableiter 14 anspricht, ist gewährleistet, dass dann praktisch in der Ebene der Stirnwand 17 der Dose 12 ein momentaner Kurzschluss zwischen Innenleiter, Aussenleiter und Dosenstirnwand stattfindet, also die oben erwähnte Stromaufteilung ebenfalls stattfindet, was einerseits den Überspannungsschutz des wegführenden Koaxialkabels 15 gewährleistet, aber auch den vom Innenleiter zur Anlage 11 weitergeführten Störungsimpuls entsprechend verkleinert.
Hierbei sei darauf hingewiesen, dass die oben erwähnte Stromaufteilung bei geeigneter Ausbildung der Dose 12 auch durch die Wirkung des sogenannten Skin-Effektes zwischen dem wegführenden Koaxialkabel 15 und der das Kabel umgebenden Wandung der Dose 12 verstärkt wird.
Anlagen 11 der in Frage kommenden Art finden sich üblicherweise in mit einer Raumabschirmung 7 versehenen Räumen, z.B. Sende- und Empfangsräume. In diesem Fall wird die Dose 12 wie in Fig. 1 dargestellt über ein das wegführende Koaxialkabel 15 umgebendes Schutzmantelrohr 8 an die Raumabschirmung 7 angeschlossen, so dass letztere die von der Dose 12 aufgenommenen Gehäuseströme ableitet und gleichzeitig das wegführende Kabel 15 gegen nachträgliche Störeinflüsse geschützt ist.
Die schematische Dose 12 nach Fig. 2 soll aus metallischem nichtrostenden Werkstoff bestehen, dessen relative magnetische Permeabilität ein Vielfaches derjenigen des Aussenleiters 16 des ankommenden Koaxialkabels 10 beträgt.
Beispielsweise hat sich hierfür Stahlblech der Type VSM 4016 (handelsübliche Bezeichnung) als geeignet erwiesen, wobei die Wandstärke zweckmässigerweise mindestens 2 mm betragen soll, damit auch der elektrische Leitwert der Wandung der Dose 12 um ein Vielfaches grösser ist als diejenige des Aussenleiters 16 des ankommenden Kabels 10. Es muss durch geeignete, weiter unten noch beschriebene Massnahmen gewährleistet sein, dass in geschlossenem Zustand also bei aufgesetztem Deckel, die Dose praktisch allseits frei von Übergangsimpedanzen für Gehäuseströme ist.
Die Dose 12 weist eine Stirnwand 17 auf, in der zentrisch das Durchführungselement 13 angeordnet ist, das einen möglichst gut leitenden Innenteil 18 besitzt, der koaxial von einem metallischen Aussenteil 19 umgeben ist. Der aus der Dose 12 herausragende Teil des Durchführungselements 13 bildet einen koaxialen Anschluss bekannter Bauart für das ankommende Koaxialkabel 10. In der schematischen Zeichnung gemäss Fig. 2 sind die zur Halterung des Innenteils 18 im metallischen Aussenteil 19 des Durchführungselements 13 erforderlichen Isolierstücke bekannter Bauart fortgelassen; ebenso wurde die konstruktive Ausgestaltung der Verbindung zwischen dem Innenleiter 20 des ankommenden Koaxialkabels 10 und dem Innenteil 18 nicht angegeben, da entsprechende Konstruktionen handelsüblich sind.
Der aus der Dose 12 herausragende Teil der Durchführungselements 13 enthält auch eine Fassung für die Überspannungsableiter 14 zwischen dem Innenteil 18 und dem Aussenteil 19. Durch einen den Aussenteil 19 des Durchführungselements 13 umschliessenden Flansch 21 ist gewährleistet, dass der Aussenteil 19 mit der Stirnwand 17 einen ringsum durchgehenden Kontakt besitzt, der einen praktisch widerstands- und induktionsfreien Übergang vom Aussenteil 19 in die Stirnwand 17 bildet.
Der in den Innenraum der Dose 12 ragende Teil des Durchführungselements 13 ist als koaxialer Anschluss für das wegführende Koaxialkabel 15 ausgebildet, das über einen Austrittsstutzen 22 die Dose 13 verlässt. Der Aussenleiter 23 sowie der Innenleiter 24 des wegführenden Koaxialkabels 15 sind in bekannter Weise widerstands- und induktionsfrei mit dem Aussenteil 19 bzw. dem Innenteil 18 des Durchführungselementes 13 verbunden. Der Querschnitt des in den Innenraum der Dose 12 ragenden Teils des Durchführungselements 13 samt dem hieran angeschlossenen wegführenden Koaxialkabel 15 besitzt einen Betrag, der durch die vorgesehene Kabeltype bestimmt ist. Je nach der Grösse dieses Querschnitts muss nunmehr der lichte Querschnitt des Innenraumes der Dose 12 so gewählt werden, dass er den erstgenannten Querschnitt um ein Mehrfaches übertrifft.
Dann stellt die Dose 12 mit ihrer Stirnwand 17 und den übrigen Wandungen eine derart niedrige Impedanz für einen Strompuls dar der auf dem Aussenleiter 16 des ankommenden Koaxialkabels 10 eintrifft und über den Aussenteil 19 des Durchführungselements 13 auf die Stirnwand 17 gelangt, dass die Impedanz des Aussenleiters 23 des wegführenden Kabels 15 um ein Mehrfaches höher ist, was eine Aufteilung des Stromflusses bewirkt und eine Ableitung des eintreffenden Strompulses zum grössten Teil über die Wandung der Dose 12. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, dass das Verhältnis der genannten Querschnitte zwischen dem Innenraum der Dose 12 und dem wegführenden Kabel 15 vorzugsweise mindestens 10:1 oder grösser sein soll.
Fig. 3 bis 5 zeigen eine industrielle Ausführung der Anschlusseinrichtung, bei welcher die erläuterten Erfindungs prinzipien in die Praxis umgesetzt sind. Die Einrichtung ist zum Anschluss eines 50Q/100 MHz Koaxialkabels ausgelegt und geeignet zur Aussenmontage an Gebäuden, besitzt also einen atmosphärisch resistenten Aufbau. Als Durchführungselement 30 dient beispielsweise ein handelsüblicher Überspannungsableiter-Halter (Fabrikat Suhner Typ 3401-05-A).
Dieser Halter 30 weist je einen koaxialen Schraubanschluss 31, 32 auf für das ankommende bzw. wegführende Kabel sowie einen Schraubverschluss 33 zur auswechselbaren Halterung des Überspannungsableiters (z.B. Fabrikat Cerberus UC Keramik) in einer der Fig. 2 prinzipiell entsprechenden Anordnung.
Die Dose 35 setzt sich zusammen aus dem Kasten 36 und dem Deckel 37. Der einstückig aus Stahlblech Typ VSM 4016 gefertigte Kasten 36 enthält eine quadratische Bodenplatte 38, parallele rechteckige Seitenwände 39, eine rechteckige Stirnwand 40 und eine hierzu parallele Rückwand 41. Der zum Boden 37 parallele Deckel 37 aus Stahlblech Typ VSM 4016 liegt einem längs der Oberkanten der Wände 39-41 verlaufenden ebenen Rahmen auf, der aus rechtwinklig abgebogenen Streifen 42-44 der Wände 3941 gebildet ist. Die Streifen 4244 tragen jeweils eine Anzahl Gewindebolzen zum Aufschrauben des Deckels 37 auf den Rahmen mittels Hutmuttern 49.
Mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungen gewährleistet hierbei der durchgehende Flächenkontakt zwischen Rahmen und Deckel 37 einen widerstandsfreien Übergang von Kasten 36 zu Deckel 37 in jedem Bereich der Dose 35. Falls erforderlich können die kontaktierenden Flächen von Deckel 37 und Streifen 42-44 zusätzlich eben geschliffen oder anderweitig behandelt sein.
Fig. 4 und 5 verdeutlichen die zentrische Anordnung des Durchführungselements 30 in der Stirnwand 40 der Dose 35.
Hierzu ist in der Stirnwand 40 eine zentrale Bohrung vorhanden, die zweckmässig einen spielfreien Passsitz für das Durchführungselement 30 bildet. Der Aussenteil des Durchführungselements 30 steht ausserhalb der Dose 35 über den Rand 45 und innerhalb der Dose 35 über die Mutter 46 mit der Stirnwand 40 in Kontakt, woraus ein praktisch widerstands- und induktionsfreier Übergang vom Aussenteil 19 zur Stirnwand 40 über den gesamten Umfang des Aussenteils 19 des Durchführungselements resultiert. Die relative massstabsgetreue Darstellung von Fig. 4 veranschaulicht ferner ein typisches Verhältnis des lichten Querschnitts der Dose 35 zum Durchführungselement 30 bzw. Kabeldurchmesser. Dieses Verhältnis von etwa 25:1, dessen Bewandnis oben anhand von Fig. 2 erläutert wurde, ergibt sich hier für ein Durchführungselement 30 vorstehenden Typs bei einer Dosenabmessung von 100 x 100 x 88 mm.
Hierbei beträgt die Wandstärke der Dose 35 wie erwähnt 2 mm. Die Rückwand 41 enthält den zentralen Austrittsstutzen 47 mit einem Schweiss- oder Lötflansch 48 zum Anschluss eines Schutzmantelrohrs, z.B. Wellrohr.
Die Erfindung ist nicht auf die obenstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern in vielerlei Hinsicht abwandelbar. Beispielsweise kann die Dose eine zylindrische Form aufweisen, wobei als Deckel z.B. die Rückwand mit daran befindlichen Stutzen dient. Im übrigen kann der Dekkel ganz fehlen und die gesamte Dose einen einstückigen Bauteil bilden, so etwa wenn der Stutzen genügende Weite besitzt zur Montage des wegführenden Kabels am inwendigen Anschluss der Durchführungselements. Anstelle der Verwendung eines handelsüblichen Überspannungsableiter-Halters als Durchführungselement besteht die Möglichkeit, das Element baulich mit der Stirnwand zu vereinigen.
In diesem Fall liesse sich beispielsweise der Aussenteil (Fig. 2) des Durchführungselements mit der Stirnwand verschweissen oder einstückig aus dieser herausbilden und derart ein widerstandloser und induktionsfreier Übergang zwischen Aussenteil und Stirnwand schaffen. Da eine etwaige Verringerung der Wandstärke durch eine Vergrösserung des lichten Querschnitts kompensiert werden kann, kommen auch Wandstärken > 1 mm für die Dose in Frage.
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PATENT CLAIMS
1.Connection device for connecting an incoming coaxial high-frequency cable (10) to an electronic system (11), which connection device contains a surge arrester (14) and is set up to protect the system (11) against overvoltages with a voltage rise with a slope in the range of 1-10 kV / ns, characterized by a socket (12, 35) made of metallic material, the electrical conductance and permeability of which are a multiple of that of the outer conductor (16) of the incoming coaxial cable (10), which socket is completely free when closed of transition impedances for housing currents, - by a bushing element (13,) arranged centrally in the end wall (17, 40) of the box
30) with an inner part (18) and an outer part (19) coaxially surrounding the same, the part of the lead-through element protruding from the box having a coaxial connection for the incoming coaxial cable (10) and a socket for the surge arrester (14) between the inner and outer part (18 or
19) forms which outer part (19) of the lead-through element (13) is in continuous, practically resistance and induction-free contact with the end wall (17, 40) - by a part of the lead-through element (13, 30) projecting into the interior of the box ) for connecting the outgoing coaxial cable (15), which leaves the box in the axial direction via an outlet connection (22, 47), and by means of a clear cross section of the box, the amount of which exceeds the cross section of the outer conductor (23) by a multiple, for the purpose of lowering it the impedance of the socket to a fraction of the impedance of the outer conductor (23) of the lead-away cable (15) and a resulting derivation of a current pulse via the socket arriving as a result of an overvoltage on the outer conductor (16) of the incoming cable (10).
2. Device according to claim 1, characterized by a protective casing tube (8) fastened to the outlet connection (22, 47), within which the cable (15) leading away and which tube are provided for connection to a room shield (7) for the system (11) is.
3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that said cross-sectional ratio is in the range of 10: 1 to 100: 1.
4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the box consists of ferromagnetic stainless steel sheet and has a wall thickness> 1 mm, e.g. 2 mm.
5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by a bushing element (30) held on the end wall (40) by means of a screw connection, the bushing element being seated in a bore in the end wall and by means of annular stops (45) projecting from its outer part (19) , 46) rests on both sides of the end wall.
6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outer part (19) of the bushing element (13) is welded over its entire circumference to the end wall (17, 40) or is integrally connected to it.
7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized by a from a rectangular box (36) and a flat cover (37) existing box (35), which box a flat bottom plate (38), parallel side walls (39), a Front wall (40) and rear wall (41) parallel thereto, which cover (37) lies parallel to the base plate on a flat frame running along the upper edges of the walls (3941), which consists of strips (4244 which are bent inwards at right angles from the walls (3941) ) consists of which frame the cover is screwed on.
The invention relates to a connection device for connecting an incoming coaxial high-frequency cable to an electronic system, which connection device contains a surge arrester and is set up to protect the system against overvoltages with a voltage rise with a slope in the range of 1-10 KV / nsec. Such electromagnetic impulses (EMP) mostly originate from atmospheric discharges (thunderstorms) or can occur as NEMPs in the event of nuclear explosions. Input-sensitive high-frequency systems e.g. in transmitting and receiving rooms are particularly endangered by such EMP arriving via high-frequency cables. Systems that have to meet military requirements also require increased protection.
To secure such systems, there are therefore protective arrangements with surge arresters in which the surge arrester is in each case electrically connected between the inner conductor and the outer conductor of the incoming coaxial cable. Because this requires a disconnection of the cable, a known protective arrangement consists of an arrester holder designed in the manner of a coaxial intermediate piece, the two ends of which each have a coaxial connection for the incoming unprotected or
form the leading protected coaxial cable. In the case of such protective arrangements, the current pulses are usually derived from the outer conductor when the surge arrester responds via band-shaped lines.
Such protective arrangements ensure effective protection of the systems against overvoltages of industrial origin. Although these arrangements also result in a reduction in the EMP and NEMP effects, they are not sufficient for effective EMP and NEMP protection. For example, unwanted current pulses occur on the outer conductor of the leading protected cable as a consequence of the EMP discharge, which in turn can induce voltages on adjacent lines or between the inner and outer conductors, which can lead to falsification of the signal voltage or destruction of the input part of the high-frequency system .
Accordingly, the object of the invention is to create a connection device of the above-mentioned type which, in addition to an effective EMP or NEMP derivation, also eliminates any subsequent effects of the EMP derivation on the protected cable leading away.
According to the invention, these objects are achieved with the connection device defined in claim 1.
The invention is explained in more detail below for some exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 is a schematic representation of the connection device and the system assigned to it,
2 is a simplified schematic representation of the basic structure of the connection device, partially shown in section,
3 is a plan view of a practical embodiment of a connection device,
4 shows a section along the line A-A through the device according to FIG. 3,
5 shows a section along the line B-B through the device according to FIG. 3rd
An exemplary embodiment of the connection device of the present type is shown schematically in FIG. 1,
the incoming coaxial high-frequency cable 10 is connected to the electronic system 11 via a socket 12, the essential parts of which are shown schematically in FIG. 2. For the entry of the incoming coaxial cable 10 into the socket 12, a bushing element 13 is provided, which is also described in more detail with reference to FIG. 2 and which contains a surge arrester 14 of a type known per se. The purpose of this connection device is to prevent interference pulses with an extremely rapid voltage rise on the incoming coaxial cable 10 into the interior of the socket 12 and on the coaxial cable 15 leading away from it to the electronic system 11 as far as possible.
With a suitable design of the socket 12 and the feed-through element 13, this is achieved in that for a short current pulse arriving as a result of an overvoltage on the outer conductor of the incoming coaxial cable 10, a current distribution takes place, in which the majority of the current is conducted via the socket 12, So the outer conductor of the leading coaxial cable 15 is largely relieved of this. In order to achieve this, the impedance of the socket 12 which is effective for the incoming current pulse must be several times lower than the impedance of the outer conductor of the coaxial cable 15 leading away.
This current distribution is achieved by structural features of the socket 12 and the feed-through element 13, which will be explained further below with reference to FIG. 2.
In particular, however, it must be ensured that the clear cross-section of the interior of the socket 12 is so large that it exceeds the cross-section of the outer conductor of the coaxial cable 15 leading away on the lead-through element 13 by a multiple. In addition, the electrical conductance and the relative magnetic permeability of the metallic material of the box is selected so that it is a multiple of that of the outer conductor of the leading coaxial cable and also ensures that when the box is closed, i.e. with the lid on, the housing currents The socket is free of contact resistance on all sides, so that the current pulses arriving on the outer conductor of the incoming cable 10 can be divided in the required ratio.
As has been determined, the typical achievable ratios are in the range from about 1: 100 to 1: 10000.
The above-mentioned interference reduction for the coaxial cable 15 leading away is already effective in normal operation, that is to say when the voltage between the inner and outer conductors of the incoming coaxial cable 10 does not yet result in the surge arrester 14 responding. However, as soon as the surge arrester 14 responds, it is ensured that a momentary short circuit between the inner conductor, the outer conductor and the can end wall takes place practically in the plane of the end wall 17 of the socket 12, i.e. the above-mentioned current distribution also takes place, which on the one hand ensures the surge protection of the leading coaxial cable 15 , but also the interference pulse passed on from the inner conductor to the system 11 is reduced accordingly.
It should be pointed out here that the current distribution mentioned above, if the socket 12 is configured appropriately, is also reinforced by the effect of the so-called skin effect between the coaxial cable 15 leading away and the wall of the socket 12 surrounding the cable.
Systems 11 of the type in question are usually found in rooms provided with a room shield 7, e.g. Transmission and reception rooms. In this case, the socket 12 is connected to the room shield 7 via a protective jacket tube 8 surrounding the coaxial cable 15 leading away, so that the latter deflects the housing currents received by the socket 12 and at the same time the cable 15 leading away is protected against subsequent interference .
The schematic box 12 according to FIG. 2 is to consist of metallic, rustproof material, the relative magnetic permeability of which is a multiple of that of the outer conductor 16 of the incoming coaxial cable 10.
For example, steel sheet of type VSM 4016 (commercial name) has proven to be suitable, the wall thickness should expediently be at least 2 mm, so that the electrical conductivity of the wall of the box 12 is also many times greater than that of the outer conductor 16 of the incoming cable 10. It must be ensured by means of suitable measures, which are described further below, that in the closed state, that is to say when the cover is in place, the can is practically free of transition impedances for housing currents on all sides.
The box 12 has an end wall 17, in which the bushing element 13 is arranged centrally, which has an inner part 18 which is as conductive as possible and which is coaxially surrounded by a metallic outer part 19. The part of the bushing element 13 protruding from the socket 12 forms a coaxial connection of known type for the incoming coaxial cable 10. In the schematic drawing according to FIG. 2, the insulating pieces of known type required for holding the inner part 18 in the metallic outer part 19 of the bushing element 13 are omitted; Likewise, the structural design of the connection between the inner conductor 20 of the incoming coaxial cable 10 and the inner part 18 was not specified, since corresponding constructions are customary in the trade.
The part of the bushing element 13 protruding from the box 12 also contains a socket for the surge arrester 14 between the inner part 18 and the outer part 19. A flange 21 which surrounds the outer part 19 of the bushing element 13 ensures that the outer part 19 merges with the end wall 17 has continuous contact all around, which forms a practically resistance and induction-free transition from the outer part 19 into the end wall 17.
The part of the lead-through element 13 protruding into the interior of the socket 12 is designed as a coaxial connection for the coaxial cable 15 leading away, which leaves the socket 13 via an outlet connection 22. The outer conductor 23 and the inner conductor 24 of the coaxial cable 15 leading away are connected in a known manner without resistance and induction to the outer part 19 and the inner part 18 of the lead-through element 13. The cross section of the part of the lead-through element 13 protruding into the interior of the box 12, together with the leading coaxial cable 15 connected thereto, has an amount which is determined by the cable type provided. Depending on the size of this cross-section, the clear cross-section of the interior of the can 12 must now be selected so that it exceeds the first-mentioned cross-section by a multiple.
Then the socket 12 with its end wall 17 and the other walls represents such a low impedance for a current pulse that arrives on the outer conductor 16 of the incoming coaxial cable 10 and reaches the end wall 17 via the outer part 19 of the lead-through element 13 that the impedance of the outer conductor 23 of the lead-away cable 15 is several times higher, which causes a distribution of the current flow and a discharge of the incoming current pulse for the most part via the wall of the can 12. Through investigations it was found that the ratio of the cross-sections mentioned between the interior of the can 12 and the leading cable 15 should preferably be at least 10: 1 or larger.
3 to 5 show an industrial version of the connection device, in which the explained principles of the invention are implemented in practice. The device is designed to connect a 50Q / 100 MHz coaxial cable and is suitable for outdoor installation on buildings, so it has an atmospherically resistant structure. For example, a commercially available surge arrester holder (manufactured by Suhner type 3401-05-A) serves as the lead-through element 30.
This holder 30 has a coaxial screw connection 31, 32 for the incoming or outgoing cable as well as a screw cap 33 for exchangeable mounting of the surge arrester (e.g. manufacturer Cerberus UC ceramic) in an arrangement that corresponds in principle to FIG. 2.
The box 35 is composed of the box 36 and the lid 37. The box 36, which is made in one piece from steel sheet type VSM 4016, contains a square base plate 38, parallel rectangular side walls 39, a rectangular end wall 40 and a rear wall 41 parallel to this 37 parallel cover 37 made of sheet steel type VSM 4016 lies on a flat frame running along the upper edges of walls 39-41, which is formed from strips 42-44 of walls 3941 bent at right angles. The strips 4244 each carry a number of threaded bolts for screwing the cover 37 onto the frame by means of cap nuts 49.
With regard to the above statements, the continuous surface contact between frame and lid 37 ensures a resistance-free transition from box 36 to lid 37 in each area of box 35. If necessary, the contacting surfaces of lid 37 and strips 42-44 can also be ground or be otherwise treated.
4 and 5 illustrate the central arrangement of the lead-through element 30 in the end wall 40 of the can 35.
For this purpose, there is a central bore in the end wall 40, which expediently forms a play-free fit for the lead-through element 30. The outer part of the lead-through element 30 is in contact with the end wall 40 outside the box 35 via the edge 45 and inside the box 35 via the nut 46, resulting in a virtually resistance and induction-free transition from the outer part 19 to the end wall 40 over the entire circumference of the outer part 19 of the bushing element results. The relative scale representation of FIG. 4 further illustrates a typical ratio of the clear cross-section of the box 35 to the lead-through element 30 or cable diameter. This ratio of approximately 25: 1, the relevance of which was explained above with reference to FIG. 2, results here for a lead-through element 30 of the above type with a can dimension of 100 × 100 × 88 mm.
As mentioned, the wall thickness of the can 35 is 2 mm. The rear wall 41 contains the central outlet connection 47 with a welding or soldering flange 48 for connecting a protective jacket tube, e.g. Corrugated pipe.
The invention is not limited to the above exemplary embodiments, but can be modified in many ways. For example, the can may have a cylindrical shape, the lid being e.g. the back wall with the connecting piece on it serves. Otherwise, the lid can be completely absent and the entire box form a one-piece component, for example if the socket has sufficient width to mount the lead-away cable on the internal connection of the lead-through element. Instead of using a commercially available surge arrester holder as a lead-through element, there is the possibility of structurally uniting the element with the end wall.
In this case, for example, the outer part (FIG. 2) of the lead-through element could be welded to the end wall or integrally formed therefrom, thus creating a seamless and induction-free transition between the outer part and the end wall. Since a possible reduction in the wall thickness can be compensated for by increasing the clear cross-section, wall thicknesses> 1 mm can also be used for the box.