DD274934A1

DD274934A1 - PROTECTION CIRCUIT FOR LIMITING TRANSIENTER OVER VOLTAGES IN DC VOLTAGE DISTRIBUTION NETWORKS

Info

Publication number: DD274934A1
Application number: DD31892488A
Authority: DD
Inventors: Werner Kahlert
Original assignee: Koepenick Funkwerk Veb
Priority date: 1988-08-15
Filing date: 1988-08-15
Publication date: 1990-01-03

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. FigurThe aim is to turn on in a multiple supply sections existing DC distribution network acting as a ballast resistor, time-controlled resistance already in expectation of transient overvoltages or within or during the Ausloesezeit the respective fuse in a shunt branch to protect unaffected supply sections. Taskgemaess is to provide a protection circuit arrangement in which the switching times controlling electronic components do not cancel or reduce the protective effect and the switched into the shunt ballast resistor is switched responsive regardless of the duration of an existing overvoltage event for a new surge event again responsive. According to the invention, each supply section is assigned a voltage-evaluating and current-direction-dependent valve which switches through when the overvoltage occurs. A control circuit for switching on the ballast resistor is connected to a control line assigned to all valves in common. A controlled by the control circuit timing ensures after a guard period for switching off the ballast resistor. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a protective circuit arrangement for limiting transient overvoltages in DC distribution networks of electronic message systems, in particular digital telephone systems. A DC distribution network of a digital telephone system generally consists of a number of supply sections, which are connected via branch lines together to a voltage source, for example to a battery. By means of a so-called "high-impedance" design of the supply sections, the individual supply sections are decoupled such that, in the event of an overcurrent or short-circuit current occurring in one supply section, the supply voltage for the remaining unaffected supply sections does not fall below a specified minimum value Excessive overvoltages occur in existing electronic devices, in particular after the short-circuit current has been switched off by the overcurrent protection arrangement assigned to the relevant supply section, for example a safety fuse.

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.The maximum overvoltage in the other supply sections is on the one hand proportional to the maximum short-circuit current and on the other hand proportional to the equivalent resistance of all parallel connected, not affected supply sections, see: Thurm, R., Transient operations in the short-circuit in DC networks of telecommunications, communications from the IPF, Berlin 1984/1, p.15 to 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.Accordingly, therefore, the electronic components and equipment hazardous surges always occur in particular when only a small number of supply sections is turned on or the supply sections record only a small electrical power, which is true for example in low-traffic hours of a central telephone exchange. It is imperative, however, that for unaffected service sections, operation must continue to be maintained by preventing the effects of overvoltages occurring for these service sections or limiting overvoltages, which is one of the most important functions in digital telephone systems.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

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.Circuitry for limiting overvoltages on lines responsive to stochastic overvoltages is known, in which case the lines are connected to a threshold circuit connected to the control electrode of a thyristor arranged in series with a resistor between the lines , see.

DE-OS 3209186, H02H-9/04.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.In another case, the overvoltage protection consists of a dc-connected series circuit of a voltage-dependent resistor and a GTO transistor, cf. 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.In the event of an overvoltage occurring in both cases, the thyristor is turned on and turned on the resistor in series as a ballast resistor.

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.The disadvantage, however, is that in both cases, the transient voltage peak is used to control the thyristor, which at very steep edges of the transient voltage peaks and due to always existing switching times of the controlled thyristors, the respective protection circuit only to a small extent or not at all effect. Due to the above-described conditions, these circuits are therefore unsuitable for digital telephone systems.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.It is aimed at increasing the reliability and a reduction in downtime. In particular, in one of several supply sections existing DC distribution network acting as a ballast resistor time-controlled resistance already in anticipation of transient overvoltages or within or during the trip time of the fuse in a shunt turn on, so that a risk is not to be feared for unaffected supply sections.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a protection circuit for limiting transient overvoltages in DC distribution networks, in which the switching times controlling electronic components do not cancel or reduce the protective effect and switched into the shunt ballast resistor regardless of the duration of an overvoltage condition for a new surge event again responsive is switched. This object is achieved in that is connected to an input terminal for a branch of each supply section of a pole of a threshold voltage operating current-directional valve, and the other pole of the valves of all supply sections is connected to a common control line with a switching on the Ballast resistor is connected in the shunt branch causing control circuit and that a controlled by the control circuit, a protective time triggering and switching off the ballast resistor from the shunt arm causing timing is provided.

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.The timing circuit is designed so that the protection duration triggered by it with an adjustable duration and the time until the triggering of an overcurrent protection arrangement assigned to each supply section corresponds to the turn-on load of the ballast resistor in the shunt arm. As a direction-dependent valve is suitable, for example, a Zener diode.

Ausführungsbeispielembodiment

Anhand einer in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung wird die Erfindung näher erläutert.Reference to a circuit arrangement shown in the drawing, the invention is explained in detail.

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.On two power lines N1 on a battery; N 2 of a DC distribution network are connected via branch lines Z11 / Z12 to Zn 1 / Zn2 and input terminals K11 / K12 to Kn VKn2 supply sections Al to An, their load resistors are denoted by W1 to Wn. The resistances of the branch lines Z11 / Z12 to Zn 1 / Zn 2 are denoted by R11 / R12 to Rn1 / Rn2, and their inductances to L11 / L12 to Ln 1 / Ln2.

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.In one of the branch lines Z11 to Zni is ever an overcurrent protection device, for example, a fuse SiI to Sin, connected. To an input terminal K12 to Kn2 of each supply section A1 to An, one pole of a Zener diode D1 to Dn is connected. The other pole of all Z-diodes D1 to Dn of the supply sections A1 to An is connected to a common control line SL, which is connected to a control circuit S.

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.The control circuit S consists of an optocoupler OK with stabilizer St and a switching transistor T, whose emitter is connected to the control electrode of a thyristor Th. In series with the thyristor Th is a ballast resistor RL, for example, a varistor. The series connection ballast resistor RL and thyristor Th is initially ineffective in a shunt branch of the power lines 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.At the emitter of the switching transistor T is a timer unspecified a timing ZS, at the output of a switching relay R controlling single pulse generator EC is connected. To supply the individual circuits provides a DC-DC converter G.

Die Z-Dioden D1 bis Dn überwachen individuell die Potentialverhältnisse der Versorgungsabschnitte A1 bis An.The Z-diodes D1 to Dn individually monitor the potential conditions of the supply sections A1 to 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.If an overcurrent occurs due to a short circuit or another event in a supply section, for example A1, this causes a potential shift, whereby the associated Zener diode D1 switches through. The potential jump passes via the common control line SL to the optocoupler OK, which switches the switching transistor T in the on state. The thyristor Th is turned on and effectively switches the ballast resistor RL in the shunt branch of the power lines 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.The switching transistor T remains turned on until the associated fuse SiI has triggered. The caused by the shutdown of the affected supply section transient voltage peak can not jeopardize any components or supply sections more, since the time previously switched ballast resistor RL intercepts this spike.

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.It is expedient to use a component with a voltage-dependent current characteristic, for example a varistor, in order to keep an additional current load of the transient overvoltage-forming inductors low.

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.At the moment of switching off the switching transistor T, the timer circuit ZS is turned on, the individual pulse generator EG triggers after the end of their set protection time, whereupon the switching relay R responds briefly. A lying parallel to the thyristor Th contact r of the switching relay R closes the thyristor Th short and thus switches the ballast resistor RL from the shunt branch.

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.To ensure that remains at several, in short time intervals successive tripping of other fuses the ballast resistor, the timer ZS is designed so that only after expiration of the guard period following the last surge event, the ballast resistor RL is turned off, that is, occurs within the protection period of a first trip operation, a renewed overvoltage event, the switching transistor T is again controlled and only after its shutdown, the timer ZS is restarted.

Claims

1. Circuit arrangement for limiting transient overvoltages in DC distribution networks of electronic communication systems, especially digital telephone systems with several supply lines fed via branch lines, in which a time-controlled ballast resistor is switched to a shunt arm in the event of an overvoltage occurring, characterized in that an input terminal (K 12 to Kn 2) for a branch line (Z 12 to Zn 2) of each supply section (A 1 to An) of which one pole of a threshold voltage switching directional valve (DI to Dn) is connected and the other pole valves (DI to Dn) of each supply section (A1 to An) to a common one Control line (SL) is connected, which is connected to a switching of the ballast resistor (RL) in the shunt branch causing control circuit (S) and that one of the control circuit (S) controlled, a protection time triggering and the off n of the ballast resistor (RL) from the shunt branch causing timing circuit (ZS) is provided.

2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the timing circuit (ZS) is designed so that the time elapsing of it with adjustable duration and the time duration until the triggering of each supply section (A1 to An) associated overcurrent protection arrangement (Si to Sin) the duty cycle of the ballast resistor (RL) corresponds to the shunt branch.