DD274934A1 - Schutzschaltungsanordnung zum begrenzen transienter ueberspannungen in gleichspannungsverteilernetzen - Google Patents

Abstract

Ziel ist es, in einem aus mehreren Versorgungsabschnitten bestehenden Gleichspannungsverteilernetz einen als Ballastwiderstand wirkenden, zeitlich gesteuerten Widerstand schon in Erwartung transienter Ueberspannungen beziehungsweise innerhalb oder waehrend der Ausloesezeit der jeweiligen Sicherung in einen Querzweig einzuschalten, um nicht betroffene Versorgungsabschnitte zu schuetzen. Aufgabengemaess ist eine Schutzschaltungsanordnung anzugeben, bei der die Schaltzeiten steuernder elektronischer Bauelemente die Schutzwirkung nicht aufheben oder mindern und der in den Querzweig geschaltete Ballastwiderstand unabhaengig von der Dauer eines vorliegenden Ueberspannungsereignisses fuer ein neues Ueberspannungsereignis wieder ansprechbereit geschaltet wird. Erfindungsgemaess ist jedem Versorgungsabschnitt ein spannungsbewertendes und stromrichtungsabhaengiges Ventil zugeordnet, das bei auftretender Ueberspannung durchschaltet. An eine allen Ventilen gemeinsam zugeordnete Steuerleitung ist eine Steuerschaltung zum Einschalten des Ballastwiderstandes geschaltet. Eine von der Steuerschaltung gesteuerte Zeitschaltung sorgt nach einer Schutzzeit fuer das Ausschalten des Ballastwiderstandes. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltungsanordnung zum Begrenzen von transienten Überspannungen in Gleichspannungsverteilernetzen von elektronischen Nachrichtenanlagen, insbesondere digitalen Fernsprechanlagen. Ein Gleichspannungsverteilernetz einer digitalen Fernsprechanlage besteht im allgemeinen aus einer Anzahl Versorgungsabschnitte, die über Zweigleitungen gemeinsam an eine Spannungsquelle, zum Beispiel an eine Batterie, geschaltet sind. Durch eine sogenannte „hochohmige" Auslegung der Versorgungsabschnitte sind die einzelnen Versorgungsabschnitte derart entkoppelt, daß bei einem auftretenden Überstrom oder Kurzschlußstrom in einem Versorgungsabschnitt die Versorgungsspannung für die übrigen nicht betroffenen Versorgungsabschnitte einen festgelegten Mindestwert nicht unterschreitet. In einem solchen Gleichspannungsverteilernetz können für die in den Versorgungsabschnitten vorhandenen elektronischen Geräte gefährliche Überspannungen auftreten, insbesondere nach Abschalten des Kurzschlußstromes durch die dem betroffenen Versorgungsabschnitt zugeordnete Überstromschutzanordnung, zum Beispiel eine Schmelzsicherung. Hervorgerufen werden derartige Überspannungen durch praktisch vorhandene Induktivitäten, insbesondere Leitungsinduktivitäten.

Die maximale Überspannung in den übrigen Versorgungsabschnitten ist dabei einerseits proportional dem maximalen Kurzschlußstrom und andererseits proportional dem Ersatzwiderstand aller parallel noch angeschalteten, nicht betroffenen Versorgungsabschnitte, vergleiche hierzu: Thurm, R., Übergangsvorgänge beim Kurzschluß in Gleichstromnetzen der Fernmeldetechnik, Mitteilungen aus dem IPF, Berlin 1984/1, S.15 bis 20.

Demzufolge treten also die elektronische Bauelemente und Geräte gefährdenden Überspannungen in besonderem Maße immer dann auf, wenn nur eine geringe Anzahl Versorgungsabschnitte angeschaltet ist oder die Versorgungsabschnitte nur eine geringe elektrische Leistung aufnehmen, was zum Beispiel in verkehrsarmen Stunden einer Fernsprechzentrale zutreffend ist. Es ist jedoch zwingend, daß für nicht betroffene Versorgungsabschnitte der Betrieb weiterhin aufrechterhalten bleiben muß, indem die Auswirkungen des Auftretens von Überspannungen für diese Versorgungsabschnitte verhindert oder auftretende Überspannungen begrenzt werden, was eine der wichtigsten Funktionen in digitalen Fernsprechanlagen darstellt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind Schaltungsanordnungen zum Begrenzen von Überspannungen auf Leitungen bekannt, die auf stochastisch auftretende Überspannungen reagieren, wobei in einem Falle die Leitungen an eine Schwellwertschaltung angeschlossen sind, die mit der Steuerelektrode eines Thyristors verbunden ist, der in Reihe mit einem Widerstand zwischen den Leitungen angeordnet ist, vgl.

DE-OS 3209186, H02H-9/04.

In einem anderen Falle besteht der Überspannungsschutz aus einer der Gleichspannung quergeschalteten Reihenschaltung eines spannungsabhängigen Widerstandes und einem GTO-Transistor, vgl. DE-OS 3614589, H02H - 9/04.

Im Falle einer auftretenden Überspannung wird in beiden Fällen der Thyristor durchgesteuert und der in Reihe liegende Widerstand als Ballastwiderstand eingeschaltet.

Von Nachteil jedoch ist, daß in beiden Fällen die transiente Spannungsspitze zur Steuerung des Thyristors herangezogen wird, wodurch bei sehr steilen Flanken der transienten Spannungsspitzen und infolge immer vorhandener Schaltzeiten der gesteuerten Thyristoren die jeweilige Schutzschaltung nur in geringem Umfange oder gar nicht zur Wirkung gelangt. Aufgrund der eingangs geschilderten Verhältnisse sind diese Schaltungen für digitale Fernsprechanlagen daher ungeeignet.

Ziel der Erfindung

Es werden eine Erhöhung der Funktionssicherheit und eine Senkung der Ausfallzeiten angestrebt. Insbesondere ist in einem aus mehreren Versorgungsabschnitten bestehenden Gleichspannungsverteilernetz ein als Ballastwiderstand wirkender zeitlich gesteuerter Widerstand schon in Erwartung des Entstehens transienter Überspannungen beziehungsweise innerhalb oder während der Auslösezeit der jeweiligen Sicherung in einen Querzweig einzuschalten, so daß für nicht betroffene Versorgungsabschnitte eine Gefährdung nicht zu befürchten ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltungsanordnung zum Begrenzen von transienten Überspannungen in Gleichspannungsverteilernetzen anzugeben, bei der die Schaltzeiten steuernder elektronischer Bauelemente die Schutzwirkung nicht aufheben oder mindern und der in den Querzweig geschaltete Ballastwiderstand unabhängig von der Dauer eines Überspannungszustandes für ein neues Überspannungsereignis wieder ansprechbereit geschaltet wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an eine Eingangsklemme für eine Zweigleitung jedes Versorgungsabschnittes der eine Pol eines oberhalb einer Schwellspannung arbeitenden stromrichtungsabhängigen Ventiles geschaltet ist, und der andere Pol der Ventile aller Versorgungsabschnitte an eine gemeinsame Steuerleitung geschaltet ist, die mit einer das Einschalten des Ballastwiderstandes in den Querzweig bewirkenden Steuerschaltung verbunden ist und daß eine von der Steuerschaltung gesteuerte, eine Schutzzeit auslösende und das Ausschalten des Ballastwiderstandes aus dem Querzweig bewirkende Zeitschaltung vorgesehen ist.

Die Zeitschaltung ist so ausgelegt, daß die von ihr mit einstellbarer Dauer ausgelöste Schutzzeit und die Zeitdauer bis zum Auslösen einer jedem Versorgungsabschnitt zugeordneten Überstromschutzanordnung der Einschaltdaaer des Ballastwiderstandes in den Querzweig entspricht. Als stromrichtungsabhängiges Ventil eignet sich zum Beispiel eine Z-Diode.

Ausführungsbeispiel

Anhand einer in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung wird die Erfindung näher erläutert.

An zwei an einer Batterie liegenden Netzleitungen N1; N 2 eines Gleichspannungsverteilernetzes sind über Zweigleitungen Z11/ Z12 bis Zn 1/Zn2 und Eingangsklemmen K11/K12 bis Kn VKn2 Versorgungsabschnitte Al bis An geschaltet, wobei ihre Lastwiderstände mit W1 bis Wn bezeichnet sind. Die Leitungswiderstände der Zweigleitungen Z11 /Z12 bis Zn 1 /Zn 2 sind mit R11/R12 bisRn1/Rn2und ihre Induktivitäten mit L11/L12 bis Ln 1/Ln2 bezeichnet.

In eine der Zweigleitungen Z11 bisZni ist je eine Überstromschutzanordnung, zum Beispiel eine Schmelzsicherung SiI bis Sin, geschaltet. An eine Eingangsklemme K12 bis Kn 2 jedes Versorgungsabschnittes A1 bis An ist dereine Pol einer Z-Diode Dl bis Dn geschaltet. Der andere Pol aller Z-Dioden Dl bis Dn der Versorgungsabschnitte A1 bis An liegt an einer gemeinsamen Steuerleitung SL, die mit einer Steuerschaltung S verbunden ist.

Die Steuerschaltung S besteht aus einem Optokoppler OK mit Stabilisator St und einem Schalttransistor T, dessen Emitter an die Steuerelektrode eines Thyristors Th geschaltet ist. In Reihe mit dem Thyristor Th liegt ein Ballastwiderstand RL, zum Beispiel ein Varistor. Die Reihenschaltung Ballastwiderstand RL und Thyristor Th liegt zunächst unwirksam in einem Querzweig der Netzleitungen N1/N2.

Am Emitter des Schalttransistors T liegt über einen nicht näher bezeichneten Widerstand eine Zeitschaltung ZS, an deren Ausgang ein ein Schaltrelais R steuernder Einzelimpulsgenerator EG geschaltet ist. Zur Versorgung der einzelnen Schaltungen sorgt ein Gleichspannungswandler G.

Die Z-Dioden D1 bis Dn überwachen individuell die Potentialverhältnisse der Versorgungsabschnitte A1 bis An.

Tritt durch Kurzschluß oder ein anderes Ereignis in einem Versorgungsabschnitt, zum Beispiel A1, ein Überstrom auf, so bewirkt dies eine Potentialverschiebung, wodurch die zugeordnete Z-Diode D1 durchschaltet. Der Potentialsprung gelangt über die gemeinsame Steuerleitung SL an den Optokoppler OK, der den Schalttransistor T in den Durchlaßzustand schaltet. Der Thyristor Th wird aufgesteuert und schaltet den Ballastwiderstand RL wirksam in den Querzweig der Netzleitungen N1/N2.

Der Schalttransistor T bleibt solange durchgeschaltet, bis die zugehörige Sicherung SiI ausgelöst hat. Die durch den Abschaltvorgang des betroffenen Versorgungsabschnittes hervorgerufene transiente Spannungsspitze kann keine Bauelemente oder Versorgungsabschnitte mehr gefährden, da der zeitlich vorher eingeschaltete Ballastwiderstand RL diese Spannungsspitze abfängt.

Zweckmäßig ist die Verwendung eines Bauelementes mit spannungsabhängiger Stromcharakteristik, zum Beispiel eines Varistors, um eine zusätzliche Strombelastung der die transiente Überspannungsspitze bildenden Induktivitäten gering zu halten.

Im Augenblick des Ausschaltens des Schalttransistors T wird die Zeitschaltung ZS eingeschaltet, die nach Ablauf ihrer eingestellten Schutzzeit den Einzelimpulsgenerator EG ansteuert, worauf das Schaltrelais R kurzzeitig anspricht. Ein parallel zum Thyristor Th liegender Kontakt r des Schaltrelais R schließt den Thyristor Th kurz und schaltet damit den Ballastwiderstand RL aus dem Querzweig.

Um sicherzustellen, daß bei mehreren, in kurzen Zeitabständen aufeinanderfolgenden Auslösevorgängen weiterer Schmelzsicherungen der Ballastwiderstand eingeschaltet bleibt, ist die Zeitschaltung ZS so ausgelegt, daß erst nach Ablauf der Schutzzeit, die dem letzten Überspannungsereignis folgt, der Ballastwiderstand RL ausgeschaltet wird, das heißt, tritt innerhalb der Schutzzeit eines ersten Auslösevorganges ein erneutes Überspannungsereignis ein, wird der Schalttransistor T wieder durchgesteuert und erst nach seinem Abschalten wird die Zeitschaltung ZS erneut gestartet.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zum Begrenzen von transienten Überspannungen in Gleichspannungsverteilernetzen von elektronischen Nachrichtenanlagen, insbesondere digitalen Fernsprechanlagen mit mehreren über Zweigleitungen gespeisten Versorgungsabschnitten, bei der im Falle einer auftretenden Überspannung ein zeitlich gesteuerter Ballastwiderstand in einen Querzweig geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Eingangsklemme (K 12 bis Kn 2) für eine Zweigleitung (Z 12 bis Zn 2) jedes Versorgungsabschnittes (A 1 bis An) dereine Pol eines oberhalb einer Schwellspannung arbeitenden stromrichtungsabhängigen Ventiles (DI bis Dn) geschaltetistundderanderePolderVentile (DI bisDn)allerVersorgungsabschnitte (A1 bisAn)an eine gemeinsame Steuerleitung (SL) geschaltet ist, die mit einer das Einschalten des Ballastwiderstandes (RL) in den Querzweig bewirkenden Steuerschaltung (S) verbunden ist und daß eine von der Steuerschaltung (S) gesteuerte, eine Schutzzeit auslösende und das Ausschalten des Ballastwiderstandes (RL) aus dem Querzweig bewirkende Zeitschaltung (ZS) vorgesehen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung (ZS) so ausgelegt ist, daß die von ihr mit einstellbarer Dauer ausgelöste Schutzzeit und die Zeitdauer bis zum Auslösen einer jedem Versorgungsabschnitt (A1 bis An) zugeordneten Überstromschutzanordnung (Si bis Sin) der Einschaltdauer des Ballastwiderstandes (RL) in den Querzweig entspricht.