DE1170535B

DE1170535B - Protection arrangement for electrical switching devices, in particular for switching devices in telecommunications systems

Info

Publication number: DE1170535B
Application number: DES81775A
Authority: DE
Inventors: Kurt Wolak; Hermann Monat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-09-28
Filing date: 1962-09-28
Publication date: 1964-05-21

Description

Schutzanordnung für elektrische Schalteinrichtungen, insbesondere für Schalteinrichtungen in Fernmeldeanlagen Um elek * trische Schalteinrichtungen, wie Batterien, Transformatoren, übertrager, Magnetwicklungen, Kontakte od. dgl. gegen zu hohe Ströme, die schädliche thermische und dynamische Beanspruchungen zur Folge haben, zu schützen, ist es bereits bekannt, diese mit einem Vorwiderstand in Reihe zu schalten. Als Vorwiderstand werden dabei vorwiegend Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizient, d. h. sogenannte Kaltleiter, verwendet. Derartige Widerstände sind bekannlich im kalten Zustand hochgradig leitend, während bei zunehmendem Strom und damit infolge zunehmender Eigenerwärmung die Leitfähigkeit immer stärker abnimmt. Bei richtiger Dimensionierung wirken diese Kaltleiterwiderstände im Stöiungsfall wie hochohmige Widerstände und begrenzen somit den fließenden Strom auf einen unschädlichen Wert.Od protection arrangement for electrical switching devices, in particular switching devices in telecommunications installations To elec * trical switching devices, such as batteries, transformers, transformers, magnetic windings contacts. Like. Against too high currents, the deleterious thermal and dynamic loads to result in, to protect, it is already known to connect these in series with a series resistor. Resistors with a positive temperature coefficient are mainly used as series resistors . H. so-called PTC thermistors. Such resistors are known to be highly conductive in the cold state, while the conductivity decreases more and more with increasing current and thus as a result of increasing self-heating. If dimensioned correctly, these PTC resistors act like high-ohmic resistors in the event of a malfunction and thus limit the current flowing to a harmless value.

Als Kaltleiterwiderstände haben bisher Eisenwasserstoff- und Wolfrainwiderstände Verwendung gefunden, es sind aber auch bereits keramische Kaltleiter, z. B. mit Barium-Titanat als Grundmaterial, bekanntgeworden; letztere haben gegenüber den zuerstgeriannten Kaltleitertypen den Vorteil, daß ihr Widerstand bei niedrigem Wert bis zum Erreichen der Curie-Temperatur nahezu konstant ist und erst oberhalb der Curie-Temperatur ansteigt, wobei die Widerstandserhöhung um ein Vielfaches höher liegt als bei den metallischen Kaltleitern.So far, ferrous hydrogen and Wolfrain resistors have been used as PTC resistors Found use, but there are also ceramic PTC thermistors, z. B. with Barium titanate became known as the basic material; the latter have opposite the First-run PTC thermistor types have the advantage that their resistance is low is almost constant until the Curie temperature is reached and only above that Curie temperature rises, with the increase in resistance many times higher than with the metallic PTC thermistors.

Die Anordnung mit einem Vorwiderstand als Schutz gegen Überlastungen weisen insofern einen Nachteil auf, als nach einer aufgetretenen Störung der Kaltleiterwiderstand unter Umständen nicht selbsttätig wieder in seinen ursprünglichen Arbeitspunkt zurückkehrt. Dieses Verhalten erklärt sich aus der Stromspannungscharakteristik des Kaltleiters, abhängig von dem Zusatzwiderstand des zu schützenden Stromkreises. Die Folge ist, daß selbst bei nur kurzzeitigen Störungen die betroffene Schalteinrichtung kurzzeitig abgeschaltet werden muß, damit der Vorwiderstand wieder in den Kaltzustand übergeführt wird.The arrangement with a series resistor as protection against overloads have a disadvantage in that the PTC resistance after a fault has occurred may not automatically return to its original working point. This behavior is explained by the voltage characteristics of the PTC thermistor, depending on the additional resistance of the circuit to be protected. The result is, that even with only brief disturbances, the affected switching device briefly must be switched off so that the series resistor is returned to the cold state will.

Als weiterer Nachteil wird es häufig empfunden, daß insbesondere bei nur kurzzeitigen Störungen durch die Sperrwirkung des Vorwiderstandes der zur Aufrechterhaltung des Betriebes notwendige Stromwert, wenn auch nur für die Dauer der Störung, unterschritten wird. Diese Erscheinung kann beispielsweise in Fernmeldeanlagen dazu führen, daß infolge des Zusammenschlagens von Freileitungen oder durch ein sich wie eine Störung auswirkendes Erdtastensignal das mit einem solchen Vorwiderstand in Reih-2 geschaltete Speisebrückenrelais zum Abfall kommt und die bestehende Verbindung fälschlich ausgelöst wird.Another disadvantage is that it is often felt that in particular only short-term disturbances due to the blocking effect of the series resistor for maintenance The current value required for operation, even if only for the duration of the disturbance, is not reached will. This phenomenon can lead, for example, in telecommunications systems that as a result of the collapse of overhead lines or as a result of a disturbance effective earth button signal that is connected in series 2 with such a series resistor The feed bridge relay drops out and the existing connection is falsely triggered will.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile der bekannten Anordnung mit einem Vorwiderstand nun dadurch, daß zum Vorwiderstand ein Widerstand mit konstantem oder qnnghemd konstantem Widerstand parallel geschaltet ist. Es sind zwar Anordnungen bekannt, bei denen das temperaturabhängige Widerstandsverhalten von Verbraucherwiderständen durch Vorschalten von Heißleitem kompensiert wird. Zur genauen Anpassung des Heißleiters an den zu kompensierenden Verbraucherwiderstand wird in den bekannten Anordnungen dem Vorwiderstand noch ein temperaturunabhängiger Widerstand parallel geschaltet. Derartige Anordnungen sind allerdings mit dem Erfindungsgegenstand nicht vergleichbar. Die dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist vielmehr eine andere. Hier dient der zu einem als überlastungsscbutz arbeitenden Kaltleiter parallel geschaltete tümperaturunabhängige Widerstand dazu, im Falle der bereits erwähnten Störungen ein sicheres Rücklaufen des Kaltleiters in einen für den normalen Betrieb festgelegten Arbeitspunkt zu gewährleisten, so daß es daher nicht mehr erforderlich ist, den Arbeitspunkt des Kaltleiters nach Auftreten von Störungen durch äußere Maßnahmen einzustellen. Außerdem wird der Gesamtwiderstand der ParalleIschaltung nach oben hin begrenzt, so daß ein Mindeststromfluß für das sichere Arbeiten der zu schützenden Einrichtung gewährleistet ist.The present invention avoids the mentioned disadvantages of the known ones Arrangement with a series resistor now by adding a resistor to the series resistor is connected in parallel with constant or qnnghemd constant resistance. There are Although arrangements are known in which the temperature-dependent resistance behavior of consumer resistances is compensated by connecting NTC thermistors upstream. To the precise adaptation of the thermistor to the consumer resistance to be compensated In the known arrangements, the series resistor is still a temperature-independent one Resistor connected in parallel. Such arrangements are, however, with the subject matter of the invention not comparable. The subject of the present invention is based Rather, the task is a different one. Here the serves as an overload protection working PTC thermistor connected in parallel, temperature-independent resistance, In the event of the malfunctions already mentioned, the PTC thermistor will reliably return to ensure an operating point specified for normal operation, so that it is therefore no longer necessary to adjust the working point of the PTC thermistor Stop occurrence of disturbances by external measures. It also becomes the total resistance the parallel circuit limited upwards, so that a minimum current flow for the safe working of the facility to be protected is guaranteed.

Zur Erklärung dieses Einflusses ist in F i g. 1 der durch einen Kaltleiter RK fließende Strom iK in Ab- hängigkeit von der am Kaltleiter abfallenden Spannung u& (Kurve A) aufgetragen. Bei einer konstanten Betriebsspannung UB und einem normalen Verbraucherwiderstand Rab, die Leitungswiderstände eingeschlossen, stellt sich bekanntlich der Arbeitspunkt Pb ein. Die am Kaltleiter PK abfallende Spannung ist infolge des niedrigen Widerstandswertes im normalen Betriebszustand sehr gering. Tritt nun infolge einer Störung, z. B. Verringerung des Verbraucherwiderstandes auf den Wert R", bei Kurzschließen oder durch überspannung bei unverändertem Verbraucherwiderstand Rab des zu schützenden Stromkreises eine unzulässige Stromerhöhung auf, so verschiebt sich der Arbeitspunkt in den hochohmigen Kennliiiienbereich. Es stellt sich beispielsweise der Betriebspunkt P.,' ein. Nach Beendigung der Störung, z. B. nach Aufhebung des Kurzschlusses bzw. bei Wiedererreichen der normalen Betriebsspannung UB, stellt sich ein labiler Arbeitspunkt auf dem Kennlinienabschnitt Pl,'-Pb" ein. Der Kaltleiter bleibt auf einem verhältnismäßig hohen Widerstandswert, und der ursprüngliche Arbeitspunkt Pb im niederohniigen Kennlinienbereich wird nicht wieder erreicht. Dieses kann nur durch Auftrennen des zu schützenden Stromkreises herbeigeführt werden.To explain this influence, FIG. 1 the current flowing through a PTC thermistor RK current iK plotted as a function of the voltage drop across the thermistor voltage u (curve A). At a constant operating voltage UB and a normal consumer resistance Rab, including the line resistances, the operating point Pb is known to occur. The voltage drop across the PTC thermistor PK is very low as a result of the low resistance value in the normal operating state. Now occurs as a result of a fault, e.g. If, for example, the consumer resistance is reduced to the value R ", in the event of a short circuit or overvoltage with the consumer resistance Rab unchanged in the circuit to be protected, the operating point shifts to the high-resistance characteristic range After the malfunction has ended, for example after the short circuit has been eliminated or when the normal operating voltage UB is reached again, an unstable operating point is established on the characteristic curve section P1, '- Pb ". The PTC thermistor remains at a relatively high resistance value, and the original operating point Pb in the low-level characteristic range is not reached again. This can only be brought about by disconnecting the circuit to be protected.

Schaltet man dagegen dem Kaltleiter RK einen Widerstand Rp mit konstantem Widerstandswert parallel, so ergibt sich für die Parallelschaltung die resultierende Kennlinie B. Dabei kann durch entsprechende Dimensionierung des Parallelwiderstandes die Kaltleiterkennlinie A so weit angehoben werden, daß die den Normalbetrieb kennzeichnende Widerstandsgerade R"l, die wirksame Kennlinie B lediglich im niederohinigen Bereich schneidet, nämlich im Arbeitspunkt Pb als einzigem möglichem Arbeitspunkt, so daß nach jeder Störung ein selbsttätiger Rücklauf zu diesem Arbeitspunkt gewährleistet ist.The other hand, one switches the PTC thermistor RK a resistor Rp having a constant resistance value in parallel, the resulting characteristic curve as obtained for the parallel circuit case can be lifted so far by appropriate dimensioning of the parallel resistor, the PTC characteristic curve A that the normal operation characteristic resistance line R "l, the effective characteristic curve B intersects only in the low-level range, namely at the operating point Pb as the only possible operating point, so that an automatic return to this operating point is guaranteed after every disturbance.

Gleichzeitig bleibt infolge des Parallelwiderstandes der Sperrwirkung des Kaltleiters auf ein geringes Ausmaß beschränkt, so daß trotz der Störung ein den Betrieb aufrechterhaltender Mindeststromfluß erzielt werden kann. F i g. 2 zeigt als Anwendungsbeispiel für die der Erfindung zugrunde liegende Schutzschaltung eine Fernsprechanschlußleitung mit der Teilnehmerstelle Tn. einem zusätzlichen Netzspeisegerät ZS an der Teilnehmerstelle und der normalen Speisebrücke SB im Amt. Insgesamt sind drei Schutzglieder 1, 11 und 111 vorgesehen. Das Schutzglied 1 macht den Transformator des Netzspeisegerätes ZS kurzschlußfest, das Schutzglied 11 sichert die Sprechkapsel an der Teilnehmerstelle Tn, und das Schutzglied 111 dient schließlich dem Schutz des Speisebrückenrelais. Aus Gründen der Leitungssymmetrie ist je eines vor jede Wicklung des Speisebrückenrelais geschaltet.At the same time, as a result of the parallel resistance, the blocking effect of the PTC thermistor is limited to a small extent, so that a minimum current flow that maintains operation can be achieved in spite of the disturbance. F i g. 2 shows, as an application example for the protective circuit on which the invention is based, a telephone connection line with the subscriber station Tn. An additional network supply device ZS at the subscriber station and the normal feed bridge SB in the office. A total of three protective members 1, 11 and 111 are provided. The protective element 1 makes the transformer of the power supply unit ZS short-circuit-proof, the protective element 11 secures the speech capsule at the subscriber station Tn, and the protective element 111 finally serves to protect the feed bridge relay. For reasons of symmetry of a line is switched depending before each winding of the feed bridge relay.

Durch entsprechende Dimensionierung der Parallelwiderstände Rp bei den Schutzgliedern II und III kann erreicht werden, daß bei Betätigung der Erdtaste ET, was einem teilweisen Kurzschluß entspricht, das Speisebrückenrelais des Amtes auch während eines Tastendruckes gehalten bleibt. Auch Kurzschlüsse KS 1 und KS2 infolge Zusanimenschlagens der Sprechadern a und b bei Freileitungssystemen vermögen eine bestehende Verbindung nicht auszulösen.By appropriately dimensioning the parallel resistors Rp in the protective elements II and III it can be achieved that when the earth button ET is pressed, which corresponds to a partial short circuit, the feeder bridge relay of the office remains held even while a key is pressed. Short circuits KS 1 and KS2 as a result of the clashing of speech cores a and b in overhead line systems are also unable to trigger an existing connection.

Claims

Claim: Circuit arrangement for electrical switching devices, in particular for switching devices in Ferruneldeanlagen, which are used to protect against overloads with a series resistor consisting of a material with a positive temperature coefficient, e.g. B. ceramic PTC thermistors, d a - characterized in that a resistor (Rp) with a constant or approximately constant resistance value is connected in parallel to the series resistor (RK). contemplated publications, German Patent No. 836 513; German patent application L 4641 IX d / 21 a4 (published on January 6, 1952).