DE1158121B

DE1158121B - Protective circuit against overvoltages caused by external influences on telecommunications systems with direct current operation

Info

Publication number: DE1158121B
Application number: DEF37125A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Fesser
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Priority date: 1962-06-20
Filing date: 1962-06-20
Publication date: 1963-11-28

Description

Schutzschaftung gegen durch äußere C Einwirkung hervorgerufene Überspannungen C auf Fernmeldeanlagen mit Gleichstrombetrieb Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für Fernmeldeanlagen mit Gleichstrombetrieb, in denen durch äußere Einflußnahme hohe Spannungen entstehen können, welche die Einrichtungen und die Benutzer der Fernmeldeanlagen gefährden.Protection against overvoltages C on telecommunication systems with direct current operation caused by external C effects

Die auf der Fernmeldeleitung auftretenden überspannungen können einesteils durch statische Aufladungen der Atmosphäre, wie sie vorzugsweise bei Freileitungen auftreten, anderenteils durch Blitzeinwirkun-, d. h. entweder durch direkten Einschlag in die Leitung oder durch elektrostatische oder elektromagnetische Beeinflussung nach Einschlag in der Nähe von Fernmeldeanlagen, hervorgcrufen werden. überspannungen treten jedoch auch auf bei direkter Berührung der Fernmeldeleitung mit einer Starkstromleitung oder durch incluktive und kapazitive übertragun'-.The overvoltages that occur on the telecommunication line can be caused partly by static charges in the atmosphere, as they preferably occur with overhead lines, and partly by the effects of lightning, i. H. Either through direct impact in the line or through electrostatic or electromagnetic influence after impact in the vicinity of telecommunications systems. However, overvoltages also occur when the telecommunication line comes into direct contact with a power line or through inclusive and capacitive transmission.

Es ist bekannt, Fernmeldeanlagen gegen derartige überspannungen durch Einbau von Gasentladungsableitern (eventuell auch mit in Serie dazu geschalteten Kopplungsspulen) zu schützen, wie Fig. 1 zeigt. Werden auf der Femmeldeleitunc, 1 Überspannungen induziert, welche die Zündspannung des Gasentladungsableiters 3 erreichen oder überschreiten, dann zünden die Gasentladungsableiter.It is known to protect telecommunication systems against such overvoltages by installing gas discharge arresters (possibly also with coupling coils connected in series), as FIG. 1 shows. If overvoltages are induced on the telecommunication line 1 which reach or exceed the ignition voltage of the gas discharge arrester 3 , then the gas discharge arresters ignite.

Da jedoch Gasentladungsableiter in ihren Kenndaten beispielsweise in der Zündspannung, nicht genau übereinstimmen, wodurch die Ableitung der durch die äußeren Einflüsse herrührenden überspannung zu verschiedenen Zeiten einsetzen und zwischen den Adern der Fernmeldeleitung zeitweise eine hohe Potentialdifferenz auftreten würde, werden die Gasentladungsableiter 3 über die Kopplungsspule 4 miteinander und mit der Erde verbunden. Dadurch wird beim Zünden des einen Gasentladungsableiters durch die eine Hälfte der Kopplungsspule in der anderen Hälfte eine zusätzliche Spannung induziert, welche ein sicheres Zünden der zweiten Ableiterstrecke bewirkt. Zur Erzielung der gleichen Wirkung ist auch bekannt, anstatt der beiden Gasentladungsableiter und der Kopplungsspule einen Dreielektrcdengasableiter zu verwenden.However, since gas discharge arresters do not exactly match in their characteristics, for example in terms of the ignition voltage, whereby the discharge of the overvoltage caused by external influences would start at different times and a high potential difference would occur between the wires of the communication line at times, the gas discharge arresters 3 are connected via the coupling coil 4 connected to each other and to the earth. As a result, when the one gas discharge arrester is ignited, one half of the coupling coil induces an additional voltage in the other half, which causes reliable ignition of the second arrester path. To achieve the same effect, it is also known to use a three-electrode gas arrester instead of the two gas discharge arresters and the coupling coil.

Der Widerstand der Gasentladungsableiter im Entladungszustand hängt in erster Linie von dem Entladestrom ab. Bekanntlich zeigt der Widerstand der Gasentladungsableiter in Abhängigkeit vom Entladestrom ein-, fallende Tendenz, d. h., bei hohen Entladestromstärken wird der Widerstand der Entladestrecke nahezu Null.The resistance of the gas discharge arrester in the discharge state depends primarily on the discharge current. As is well known, the resistance of the gas discharge arrester shows a falling, falling tendency depending on the discharge current . In other words, at high discharge currents, the resistance of the discharge path is almost zero.

Infolge der in den bekannten Schutzschaltungen auftretenden hohen Entladeströme stellen die Gasentladungsableiter nur noch eine niederohmigge Verbindung zwischen der zu schützenden Leitung 1 und Erde dar. Das bedeutet praktisch einen Kurzschluß der hohen induzierten Wechselspannung, allerdings auch der Fernmeldegleichströme, gegen Erde. Die Fernmeldeanlage wird zur Zeit der überspannungsableitung unterbrochen.As a result of the high discharge currents occurring in the known protective circuits, the gas discharge arresters only represent a low-resistance connection between the line 1 to be protected and earth. The telecommunications system is interrupted at the time of the surge discharge.

Es ist ebenfalls bekannt, hochspannungsfeste symmetrische Längsdrosseln 2 (auch HSD-Spulen genannt), wie in Fig. 2, in den Zug der Fernmeldeleitung einzuschalten. Diese HSD-Spulen bestehen aus zwei gleichen Wicklungen hoher Induktivität und sind so geschaltet, daß sich ihre Gesamtinduktivität auf dem Femmeldekreis aufhebt. Für die in die Fernmeldeleitung induzierte hohe Wechselspannung dagegen bildet jede Spule einen hohen Wechselstromwiderstand, während für den Gleichstrom im Fernmeldekreis jeweils nur der um Größenordnungen kleinere Gleichstromwiderstand der Wicklungen wirksam ist. Bedingt durch den hohen Wechselstromwiderstand der HSD-Spulen kann auf der Fernmeldeleitung infolge der überspannungen nur ein begrenzter Wechselstrom fließen.It is also known, high-voltage-resistant symmetrical series chokes 2 (also called HSD coils), as in Fig. 2, to be switched into the train of the telecommunication line. These HSD coils consist of two identical high inductance windings and are switched in such a way that their total inductance on the remote signaling circuit is canceled. For the high alternating voltage induced in the communication line, on the other hand, forms any Coil has a high AC resistance, while for the direct current in the communication circuit only the DC resistance of the windings, which is orders of magnitude smaller is effective. Due to the high AC resistance of the HSD coils only a limited alternating current on the telecommunication line due to the overvoltages flow.

Es ist weiter bekannt, daß die Entladeströme ein Erdungsrelais 7, wie in Fig. 3 dargestellt, betätigen, das die zu schützende Fernmeldeleitung über Kontakte 8 gegen Erde kurzschließt. Allen bisher beschriebenen und bekannten überspannungsschutzschaltungen ist der Nachteil gemeinsam, daß die Fernmeldeleitung so lange gestört ist, wie die Überspannung ansteht, sei es, daß auch der Gleichstromkreis, wie nach Schaltung in Fig. 1 und 3 kurzgeschlossen ist, oder starke Störfrequenzen, wie bei Schaltung nach Fig. 2, die Nachrichtenübermittlung stören.It is also known that the discharge currents actuate a grounding relay 7, as shown in FIG. 3 , which short-circuits the telecommunication line to be protected via contacts 8 to ground. All overvoltage protection circuits described and known so far have the common disadvantage that the communication line is disturbed as long as the overvoltage is present, be it that the DC circuit is short-circuited, as according to the circuit in Fig. 1 and 3 , or strong interference frequencies, as in Circuit according to FIG. 2, which interfere with the transmission of messages.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Schutz von Femmeldeanlagen mit Gleichstrombetrieb gegen überspannungen, welche durch äußere Einwirkungen in den Fernmeldeleitungen entstehen können, bei welcher zugleich eine Verminderung und eine Ableitung der auftretenden Wechselströme ohne Unterbrechung der Naährichtenübermittlung bewirkt wird. Erfindungsgemäß wird dies durch die kombinierte Anwendung folgender an sich bekannter Bauteile erreicht: a) Einbau von hochspannungsfesten, mit zwei symmetrischen Wicklungen versehenen Drosselspulen im Zuge der zweiadrigen Fernmeldeleitungen, b) Einbau einer Gasentladungsstrecke- zwischen den beiden Adern der Leitung und Erde.The invention relates to a circuit for protecting telecommunication systems with direct current operation against overvoltages caused by external influences in the telecommunication lines can arise, in which at the same time a decrease and a derivation of the occurring alternating currents without interrupting the data transmission is effected. According to the invention, this becomes the following through the combined application known components achieved: a) Installation of high-voltage-resistant, with two reactors with symmetrical windings in the course of the two-core telecommunication lines, b) Installation of a gas discharge path between the two wires of the line and Earth.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Beim Auftreten einer überspannung entsprechender Größe auf der Fernmeldeleitung 1 zünden die, Gasentladungsableiter 3; infolge der Begrenzung des Entladungsstromes durch die hochspannungsfesten, symmetrischen Längsdrosseln 2 bleibt die Entladestrecke jedoch so hochohmig, daß die Nachrichtengleichströme nicht abfließen können, sondern zur Fernmeldeanlage A gelangen. Die Anlage A wird dagegen durch die erfindungsgemäße Schaltung vor den induzierten überspannungen geschützt. In Fig. 4 ist gleichfalls die Kopplungsspule 4 enthalten, welche zur gleichzeitigen Zündung der Gasstrecken zwischen Gasentladungsableiter 3 und Erde 5 eingeschaltet ist.The circuit according to the invention is shown in FIG. When an overvoltage of a corresponding magnitude occurs on the communication line 1 , the gas discharge arresters 3; However, due to the limitation of the discharge current by the high-voltage-resistant, symmetrical series chokes 2, the discharge path remains so high-resistance that the direct currents cannot flow away, but reach the telecommunications system A. The system A , on the other hand, is protected from the induced overvoltages by the circuit according to the invention. 4 also contains the coupling coil 4, which is switched on for the simultaneous ignition of the gas paths between gas discharge arrester 3 and earth 5 .

Eine Schutzschaltung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Gasentladungsableiter 3 und die Kopplungsspule 4 in Fig. 4 durch einen an sich bekannten Dreielektroden-Gasentladungsableiter ersetzt sind. Die beiden Wicklungshälften der HSD-Spule bewirken hier ebenfalls durch ihren hohen Wechselstromwiderstand eine Begrenzung des Entladestromes, wodurch die Entladestrecke auch in gezündetem Zustand gegenüber dem Gleichstrom auf der Ferumeldeleitung genügend hochohmig bleibt.A protective circuit according to a further development of the invention is shown in FIG. 5 , the gas discharge arrester 3 and the coupling coil 4 in FIG. 4 being replaced by a three-electrode gas discharge arrester known per se. The two halves of the winding of the HSD coil also limit the discharge current due to their high alternating current resistance, which means that the discharge path remains sufficiently high-resistance to the direct current on the relay line even when it is ignited.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungen ist in Fig. 6 dargestellt, wobei zwischen dem Mittenabgriff der Kopplungsspule 4 und Erde 5 in an sich bekannter Weise ein Erdungsrelais 7 eingeschaltet ist, welches gegebenenfalls den Erdungskontakt 8 betätigt. Durch diese Maßnahme ist der absolute Schutz der Fernmeldeanlage A vor plötzlich auftretenden extrem hohen überspannungen, beispielsweise bei Blitzeinschlägen, erreicht. In diesen Fällen wird auch der Gleichstrom auf der Femmeldeleitung karzgeschlossen. Bei normalen Überspannungen, für welche Schutzschaltungen berechnet werden, wird das Erdungsrelais, nicht wirksam.Another embodiment of the circuits according to the invention is shown in FIG. 6 , a grounding relay 7 being switched on in a known manner between the center tap of the coupling coil 4 and ground 5 , which if necessary actuates the grounding contact 8. This measure provides absolute protection for the telecommunication system A against suddenly occurring extremely high overvoltages, for example in the event of lightning strikes. In these cases the direct current on the telecommunication line is also closed. In the case of normal overvoltages, for which protective circuits are calculated, the earthing relay is not effective.

In Fig. 7 ist nach der Erfindung eine Schaltung dargestellt, die sowohl einen Schutz der auf die Fernmeldeleitungen 1 folgenden Fernmeldeanlagen als auch eine Spannungsteilung der induzierten überspannung auf der Leitung 1 dadurch bewirkt, daß jede der beiden symmetrischen Wicklungen der hochspannungsfesten Drosseln 9 mit einem Mittenabgriff versehen ist und zwischen diesen Abgriffen die Serienschaltung eines Gasentladungsableiters 3, einer Kopplungsspule 4, deren Mitte geerdet ist, und eines zweiten Gasentladungsableiters eingefügt ist. An Stelle der Ausführung der HSD-Spulen mit Abgriffen können auch zwei HSD-Spulen ohne Mittenabgriff in Serie geschaltet werden. Die Spannung für die Serienschaltung wird dann zwischen beiden HSD-Spulen abgenommen.In Fig. 7 , a circuit is shown according to the invention, which causes both a protection of the telecommunications systems following the telecommunications lines 1 and a voltage division of the induced overvoltage on the line 1 in that each of the two symmetrical windings of the high-voltage resistant chokes 9 with a center tap is provided and between these taps the series circuit of a gas discharge arrester 3, a coupling coil 4, the center of which is grounded, and a second gas discharge arrester is inserted. Instead of using the HSD coils with taps, two HSD coils without a center tap can also be connected in series. The voltage for the series connection is then taken between the two HSD coils.

Weitere mögliche Schutzschaltungen gemäß der Erfindung sind in Fig. 8 und 9 dargestellt.Further possible protection circuits according to the invention are shown in Fig. 8 and 9.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit for the protection of telecommunication systems with direct current operation against overvoltages, which can arise through external influences in the telecommunication lines, in which a reduction and a dissipation of the alternating currents is caused at the same time, characterized by the combined use of the following known components: a ) Installation of high-voltage-resistant choke coils with two symmetrical windings in the course of the two-wire communication lines, b) Installation of a gas discharge path between the two wires of the line and earth.

2. A circuit according to claim 1, characterized in that one half of a coupling coil (4) is connected in a manner known per se between the gas discharge arrester (3) and earth (5). 3. A circuit according to claim 2, characterized in that the gas discharge tube (3) and the co - pplungsspule (4) Three-gas discharge electrodes are replaced by a known per se. 4. A circuit according to claim 2, characterized in that between the center tap of the coupling coil (4) and earth (5) a grounding relay (7) is switched on in a manner known per se, which optionally actuates the grounding contact (8). 5. Circuit according to claims 1 to 4, characterized in that according to FIG. 7, each of the two symmetrical windings of the high-voltage resistant chokes (9) is provided with a center tap and between these taps the series connection of a gas discharge arrester (3), a coupling coil (4 ), the center of which is earthed, and a second gas discharge arrester is inserted.