DD288739A7 - ARRANGEMENT FOR THE PROTECTION OF TELECOMMUNICATIONS - Google Patents

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DD288739A7
DD288739A7 DD21220379A DD21220379A DD288739A7 DD 288739 A7 DD288739 A7 DD 288739A7 DD 21220379 A DD21220379 A DD 21220379A DD 21220379 A DD21220379 A DD 21220379A DD 288739 A7 DD288739 A7 DD 288739A7
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capacitor
pulse
overvoltages
telecommunications equipment
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DD21220379A
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German (de)
Inventor
Juergen Haberland
Siegfried Lange
Herbert Lorke
Hermann Tschiedel
Wolfgang Weigt
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Deutsche Post,Zentrum Fuer Telekommunikation,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft den Schutz fernmeldetechnischer Einrichtungen gegen impulsfoermige UEberspannungen mit sehr steilem Anstieg und sehr groszer Rueckenhalbwertszeit, wie sie als Folge von Kernwaffendetonationen in Fernmeldeleitungen erzeugt werden koennen. Ziel der Erfindung ist es, den Scheitelwert der Spannung solcher energiereichen Impulse auf zulaessige Werte zu begrenzen. Erfindungsgemaesz wird das dadurch erreicht, dasz eine Reihenschaltung aus Begrenzerdiode und Kondensator den Scheitelwert der Impulsspannung am Ausgang der Schutzschaltung traegheitslos begrenzt, und ein vorgeschalteter leistungsfaehiger UEberspannungsableiter nach Ablauf der physikalisch bedingten Ansprechzeit, die im Ruecken des Impulses enthaltene grosze Energie ableitet. Die Schaltungsanordnung kann an der Stelle der Einfuehrung von Fernmeldeleitungen, die als Folge von Kernwaffendetonationen hohe Impulsspannungen fuehren koennen, in solche Objekte, in denen empfindliche fernmeldetechnische Einrichtungen untergebracht sind, eingesetzt werden.The invention relates to the protection of telecommunication devices against pulsed overvoltages with a very steep rise and a very long return half-life, as can be generated as a result of nuclear weapon detonations in telecommunication lines. The aim of the invention is to limit the peak value of the voltage of such high-energy pulses to permissible values. According to the invention, this is achieved by a series connection of the limiter diode and the capacitor limiting the peak value of the pulse voltage at the output of the protection circuit without any ambiguity, and by connecting a high-performance surge arrester after expiration of the physically conditioned response time, which derives great energy contained in the back of the pulse. The circuitry may be used at the point of introduction of trunk lines which may result in high pulse voltages as a result of nuclear weapon detonations into such premises housing sensitive telecommunications equipment.

Description

beiden Leitungen wird durch die Zonerdiodo erreicht. Wenn der Kondensator gegen durch Resonanzverhalten auftrotende Überspannungen zusätzlich geschützt werden soll, so kann ein Überspannungsableiter mit geeignet gewählter Ansprechspannung diesem parallelgeschaltet werden.both lines is reached by the Zonerdiodo. If the capacitor is to be additionally protected against overvoltages that occur due to resonance behavior, then a surge arrester with a suitably selected response voltage can be connected in parallel with it.

Ausführungsbeispielembodiment

Der Aufbau der Schaltungsanordnung Ist In Figur 1 dargestellt. Die Reihenschaltung Widerstand 2, Kondensator 3, Zenerdiode 4 begrenzt die eindringende Überspannung bei beliebiger Polarität. Im Augenblick des Einsetzens der Überspannung begrenzt zunächst die Zenerdiode allein, und zwar je nach Polarität auf die Zonerspannung oder den Spannungsabfall in Durchlaßrichtung. Nach Aufladung des Kondensators wird jedoch die Ausgangsspannung annähernd durch die Spannung über dem Kondensator bestimmt. Der Kondensator 3 hat wegen des sehr steilen Anstiegs der impulsförmlgon Überspannung keinen nennenswerten Einfluß auf die Begrenzerwirkung der Zenerdiode. Über dem Widerstand 2 fällt der verbleibende Toil der Impulsförmlgon Überspannung ab. Sobald die von der Steilheit der anliegenden impulsförmigen Überspannung abhängige Ansprechzeit des Überspannungsabieiters 1 erreicht ist, zündet dieser und begrenzt die über der Reihenschaltung von Widerstand, Kondensator und Zenerdiode anliegende Spannung auf seine Bogen- oder Glimmspannung. Dadurch wird eine Überlastung der Zenerdiode und somit eine Zerstörung der Schaltungsanordnung verhindert. Soll der Kondensator 3zusötzlich gegen innere Übet spannungen geschützt werden, so kann ein weiterer Überspannungsableiter 5 vorgesehen werden. Unter der Ideallsie ten Annahmo, daß die Anstiegszeit gleich 0 ist, ergibt sich die folgende Bemessungsgleichung:The structure of the circuit arrangement is shown in FIG. The series connection resistor 2, capacitor 3, Zener diode 4 limits the penetrating overvoltage at any polarity. At the moment of the onset of the overvoltage, the zener diode alone limits initially, depending on the polarity, to the zone voltage or the voltage drop in the forward direction. However, after charging the capacitor, the output voltage is approximately determined by the voltage across the capacitor. The capacitor 3 has no appreciable influence on the limiter effect of the zener diode because of the very steep rise of the pulse-shaped overvoltage. Above the resistor 2, the remaining WC of the pulse-shaped overvoltage drops. As soon as the response time of the surge arrester 1, which is dependent on the steepness of the applied pulse-shaped overvoltage, is reached, it ignites and limits the voltage applied across the series connection of resistor, capacitor and Zener diode to its arc or glow voltage. As a result, overloading of the Zener diode and thus destruction of the circuit arrangement is prevented. If the capacitor 3zusötzlich be protected against internal Übet voltages, so a further surge arrester 5 can be provided. Under the assumption that the rise time equals 0, the following design equation results:

RC I J RC I J

RC ' fürt SU RC 'fort SU

wobei \JE: Scheitelwert der eindringenden impulsförmigen Überspannungwhere \ J E : peak value of the penetrating pulse-shaped overvoltage

Uc: Scheitelwertderam Kondensatoranliegenden Impulsförmigen ÜberspannungU c : peak value of the capacitor-applied pulse-shaped overvoltage R: Vorschaltwiderstand2R: ballast resistor2 C: Kapazität des Gleichstromtrennkondensators 3C: Capacitance of DC Disconnect Capacitor 3

t: Zeitt: time

tA: Ansprechzeit des Überspannungsableiter 1t A : Response time of the surge arrester 1

Die am Ausgang der Schaltungsanordnung maximal auftretende impulsförmige Spannung ist Uz«UCm.x fürUCm.x*>Uz.The maximum occurring at the output of the circuit pulse voltage is Uz "U Cm .x .x fürU Cm *> Uz.

wobei Uz die Zenerspannung ist.where Uz is the Zener voltage.

Aus diesen Bedingungen folgt für die Bemessungsgleichung:From these conditions follows for the design equation:

ι ι ι Ι λ _ RC  ι ι ι Ιλ _ RC

UAm.xUAm.x

Hieraus errechnet sich die Größe des Gleichstromtrennkondensators C = *From this the size of the DC separation capacitor C = * is calculated

Berechnungsbeispiel:Calculation example: Ue = 6 kV (Durchschlagspannung eines Fernmeldekabels)Ue = 6 kV (breakdown voltage of a telecommunication cable) UAmax = 100V (zulässige Spannungsbeanspruchung der angeschalteten fernmeldetechnischen Einrichtung)UAmax = 100V (permissible voltage load of the connected telecommunication equipment) R = 100Ω (schaltungsbedingt)R = 100Ω (due to switching)

tA = 2ps (abhängig vom eingesetzten Überspannungsableiter)t A = 2ps (depending on the surge arrester used)

Darausfolgt: C=1,2pFIt follows: C = 1.2pF

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zum Schutz fernmeldetechnischer Einrichtungen gegen impulsförmige Überspannungen, gekennzeichnet dadurch, daß eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (3) und oiner Begrenzerdiode (4) zwischen Leitung und Erde und ein im Leitungszug liegender Vorwiderstand (2j die am Ausgang der Schaltungsanordnung verbleibende Überspannung, auch bei sehr steilem Anstieg, trägheitslos begrenzt, bis der zeitlich verzögert ansprechende Überspannungsableiter (1), der zwischen Leitung und Erde am Eingang der Schutzschaltung angeordnet ist, zündet und die Begrenzerdiode vor Überlastung schützt, indem der größte Teil der bei Impulsvorgängen mit großer Rückenhalbwertszeit vorhandenen großen Energie über den Überspannungsableiter zur Erde abgeleitet wird.1. Circuit arrangement for the protection of telecommunications equipment against pulsed surges, characterized in that a series circuit of a capacitor (3) and oiner Begrenzerdiode (4) between line and earth and lying in a cable line resistor (2j the remaining at the output of the circuit overvoltage, also at very steep rise, inertially limited, until the time-delayed surge arrester (1), which is located between line and earth at the input of the protection circuit, ignites and protects the limiter diode from overloading by the large part of the large back-half-life pulses present Energy is dissipated via the surge arrester to earth. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (3) ein Überspannungsableiter (5) mit geeignet festgelegter Ansprechspannung angeordnet ist, um don Kondensator (3) gegen innere Überspannungen zu schützen.2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that parallel to the capacitor (3) a surge arrester (5) is arranged with suitably fixed response voltage to protect don capacitor (3) against internal overvoltages. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz fernmeldetechnischer Einrichtungen gegen über angeschaltete Leitungen eindringende Überspannungen mit impulsförmigem Verlauf, die eine geringe Anstiegszeit und eine große Rückenhalbwertszeit haben, wie sie zum Beispiel durch den bei Kernwaffendetonationen auftrennen nuklearen elektromagnetischen Impuls in Fernmeldeleitungen erzeugt werden können.The invention relates to a circuit arrangement for the protection of telecommunications equipment against over-line penetrating surges with pulse-shaped course, which have a low rise time and a large back half-life, as can be generated, for example, by the nuclear weapon in nuclear detonation nuclear electromagnetic pulse in telecommunications lines. Charakteristik der bekannten technischen LösungCharacteristic of the known technical solution Es ist bekannt, fernmeldetechnische Einrichtungen gegen über angeschaltete Leitungen eindringende Überspannungen mit Überspannungsableitern zu schützen. Die auf dem Prinzip der Gasentladung beruhenden Überspannungsableiter können für hohe Stromr-elastung bemessen werden, haben aber, physikalisch bedingt, eine Ansprechverzögerung, die sich insbesondere bei sehr stollen impulsförmigen Überspannungen dahingehend auswirkt, daß kurzzeitig über der Ansprechspannung liegende Überspannungen an den fernmeldetechnischen Einrichtungen anliegen können. Es ist weiterhin bekannt, mit Hilfe von Begrenzerdioden Überspannungen von nachgeschalteten fernmeldetechnischen Einrichtungen fernzuhalten. Diese Begrenzerdioden wirken nahezu trägheitslos. Sie sind jedoch nicht in der Lage, energiereiche Impulsvorgänge, wie sie zum Beispiel bei nuklearen elektromagnetischen Impulsen vorkommen, ohne zerstört zu werden abzuleiten. Die Begrenzerdioden haben außerdem den Nachteil, daß sie sowohl in Sperr- als auch in Durchlaßrichtung gleichstromdurchlässig sind, sofern die anliegende Spannung höher ist als die Begrenzerspannung. Sie können daher nicht in Stromkreise eingesetzt werden, in denen betrieblich Gleich- oder Wechselspannungen auftreten können, die höher sind als die Begrenzerspannung. Dies ist auch dann nicht möglich, wenn zur Vermeidung von Überlastungen den Begrenzerdioaen gasgefüllte Überspannungsableiter vorgeschaltet werden.It is known to protect telecommunications equipment against over-connected lines penetrating surges with surge arresters. The based on the principle of gas discharge surge arresters can be sized for high Stromr-elastic, but have, physically, a response delay, which has the effect, especially for very stollen impulsive overvoltages that briefly over the response voltage overvoltages may be applied to the telecommunications equipment , It is also known to keep with the help of Begrenzerdioden overvoltages of downstream telecommunications equipment. These limiter diodes are almost inertia-free. However, they are not able to derive high-energy impulses, such as occur in nuclear electromagnetic pulses, without being destroyed. The limiter diodes also have the disadvantage that they are DC-permeable in both the blocking and in the forward direction, provided that the applied voltage is higher than the limiter voltage. They can therefore not be used in circuits in which DC or AC voltages can occur that are higher than the limiter voltage. This is not possible even if the Begrenzerdioaen gas-filled surge arresters are preceded to avoid overloads. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, fernmeldetechnische Einrichtungen gegen über angeschaltete Leitungen eindringende impulsförmige Überspannungen mit kleiner Anstiegszeit und großer Rückenhalbwertszeit zu schützen.The aim of the invention is to protect telecommunications equipment against incoming lines penetrating pulse-shaped overvoltages with small rise time and large back half-life. Darlegung dos Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Aufgabe der Erfindung ist es, in Fernmeldeleitungen auftretende impulsförmige Überspannungen mit kleiner Anstiegszeit und großer Rückenhalbwertszeit von einer angeschalteten fernmeldetechnischen Einrichtung fernzuhalten, wobei bereits während der Anstiegszeit eine Begrenzung auf den zulässigen Wert erfolgt und die, bedingt durch die große Rückenhalbwertszeit, im Impuls enthaltene Energie über eine Entladungsstrecke abgeleitet wird. Dabei darf der die Begrenzerdiode enthaltene Querzweig der Schaltungsanordnung nicht gleichstromdurchlässig sein und muß füi betriebsmäßig auftretende Wechselspannungen einen ausreichend hohen Widerstand aufweisen.The object of the invention is to keep occurring in telecommunications lines pulse-like overvoltages with small rise time and high back half-life of a switched telecommunications equipment, which already during the rise time, a limitation to the permissible value and the, due to the large back half-life, contained in the pulse energy over a discharge path is derived. In this case, the transverse branch of the circuit arrangement containing the limiter diode must not be DC-permeable and must have a sufficiently high resistance for operatively occurring AC voltages. Erfindungsgemäß wird d:e praktisch trägheitlos einsetzende Begrenzung durch eine Reihenschaltung von Widerstand, Kondensator und Zenerdiode erreicht, wobei die Ausgangsspannung über Kondensator und Zenerdiode abgegriffen wird. Der über der Reihenschaltung von Widerstand, Kondensator und Zenerdiode auftretende Spannungsabfall läßt den parallel dazu geschalteten Überspannungsableiter nach Erreichen seiner Ansprechspannung und nach Ablauf der Ansprechzeit ansprechen, um die im Impuls enthaltene Energie ohne unzulässige Belastung der Zen ardiode abzuleiten. Der die Zenerdiode enthaltende Querzweig der Schaltungsanordnung ist durch den in Reihe geschalteten Kondensator für Gleichstrom undurchlässig. Der im normalen Betriebszustand für Wechselströme erforderlich hohe Widerstand zwischen denWherein the output voltage is tapped across capacitor and zener diode achieved practically e trägheitlos onset limit by a series arrangement of resistor, capacitor and zener diode: According to the invention d. The voltage drop occurring across the series connection of resistor, capacitor and zener diode can be triggered by the surge arrester connected in parallel after reaching its response voltage and after the response time to dissipate the energy contained in the pulse without undue stress on the Zen ardiode. The shunt branch of the circuitry containing the zener diode is opaque to direct current through the series connected capacitor. In the normal operating state for AC currents required high resistance between the
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006033925A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Circuit arrangement for protecting electronic component i.e. motor vehicle controller, of electronic system from overvoltage, has voltage limiting unit e.g. zener diode, and capacitive unit i.e. capacitor, connected in series
EP3185384A4 (en) * 2014-09-19 2017-09-13 Huawei Technologies Co., Ltd. Protection apparatus, electronic device and power supply

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