DE1200369B

DE1200369B - Circuit arrangement for protecting telecommunication equipment against interference voltages

Info

Publication number: DE1200369B
Application number: DEST21697A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Franz Hubl
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1964-02-15
Filing date: 1964-02-15
Publication date: 1965-09-09

Description

Schaltungsanordnung zum Schutze von Fernmeldeeinrichtungen gegen Beeinflussungsspannungen Die Erfindung. bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutze von Fernmeldeeinrichtungen, insbesondere von Trägerfrequenzeinrichtungen, gegen Beeinflussungsspannungen.Circuit arrangement for the protection of telecommunications equipment against interference voltages The invention. relates to a circuit arrangement for the protection of telecommunications equipment, especially of carrier frequency devices, against influencing voltages.

Während für den Schutz von Geräten gegen innere Kurzschlüsse durch Schadhaftwerden von Bauelementen u. dgl. auf Grund langer Erfahrungen ausgereifte Sicherungs- und Schutzeinrichtungen zur Verfügung stehen, ist dieses für den Schutz des Gerätes gegen von außen kommende elektrische Beeinflussungen, wie atmosphärische und Starkstromeinwirkungen, nicht der Fall. Hierfür bestehen noch verschiedene Unsicherheiten, was nicht nur die Verschiedenartigkeit der im praktischen Betrieb eingesetzten Schutzschaltungen, sondern auch die Tatsache ihrer nicht seltenen Beschädigung oder Teilzerstörung zeigt. Da Luftfunkenstrecken als Grobschutz und Kohleableiter als Feinschutz als technisch überholt anzusehen sind, beschränken sich die folgenden Ausführungen auf Schutzanordnungen mit Edelgasableitern, also mit Gasentladungsdioden mit kalten Elektroden und definierter Zündspannung.While for the protection of devices against internal short circuits by Damage of components and the like based on long experience Fuse and protection devices are available, this is for protection of the device against external electrical influences such as atmospheric and heavy current effects, not the case. There are still various uncertainties for this, which is not only the diversity of the protective circuits used in practical operation, but also the fact that they are not infrequently damaged or partially destroyed shows. Since air spark gaps as coarse protection and carbon drain as fine protection as are to be regarded as technically obsolete, the following explanations are limited to Protection arrangements with inert gas arresters, i.e. with gas discharge diodes with cold ones Electrodes and defined ignition voltage.

Bei erdsymmetrischen Übertragungswegen durchlaufen die dem jeweiligen Nachrichteninhalt entsprechenden Übertragungsströme die beiden Adern einer Leitung in zueinander entgegengesetzter Richtung und ergeben damit in beiden Adern gegenüber Erde gleich große und zueinander gegenphasige Spannungen.In the case of transmission paths symmetrical to the ground, they run through the respective The two wires of a line correspond to the transmission streams corresponding to the message content in opposite directions and thus result in both veins opposite Earth voltages of the same magnitude and in phase opposition to one another.

Bei einer Beeinflussung einer Leitung von außen dagegen ist die beeinflussende Quelle in der Regel so weit entfernt, daß in beiden Adern gegenüber Erde gleich große und gleichphasige Spannungen entstehen. Zwischen den Adern einer Leitung ist hierbei also kein oder nur ein geringer Spannungsunterschied, während gegen Erde erhebliche Spannungsunterschiede auftreten können.In contrast, when a line is influenced from the outside, the influencing line is The source is usually so far away that the earth is the same in both veins large and in-phase voltages arise. Between the wires of a line is in this case no or only a slight voltage difference, while against earth significant voltage differences can occur.

Zum Schutze eines an die Leitungen angeschlossenen Gerätes gegen diese zwischen Leitungsadern und Erde auftretenden Beeinflussungsspannungen wird nun üblicherweise zwischen jede Ader und Erde je ein Edelgasableiter gelegt (Isolation des Geräte gegen Erde). Diese Ableiter werden, wenn man zunächst von ihrer Ionisationszeit absieht, leitend, sobald die Amplitude der Beeinflussungsspannung den Wert der Zündspannung der Ableiter erreicht. Nach dem Zünden liegt dann die Lichtbogenbrennspannung solcher Edelgasableiter bei etwa 10 V, so daß hierdurch praktisch ein Kurzschluß der Beeinflussungsspannung nach Erde hergestellt wird.To protect a device connected to the lines against them Influence voltages occurring between line cores and earth is now common A noble gas arrester is placed between each wire and earth (insulation of the device against earth). These arresters are when you first think of their ionization time refrains from becoming conductive as soon as the amplitude of the influencing voltage exceeds the value of the ignition voltage the arrester reached. After ignition, the arc voltage is then such Noble gas arrester at about 10 V, so that this practically short-circuits the influencing voltage is made to earth.

Für die Isolation der beiden Adern gegen Erde ist also in angeschlossenem Gerät nicht der maximal mögliche Wert der Beeinflussungsspannung maßgeblich, sondern nur die maximal auftretende Zündspannung der Edelgasableiter. Dieser Maximalwert entspricht nur bei verhältnismäßig langsamen Spannungsanstiegen, z. B. bei technischem Wechselstrom dem angegebenen Nennwert des Ableiters, während er bei steilem, impulsförmigem Anstieg der Beeinflussungsspannungen infolge der für die Ausbildung des Lichtbogens benötigten Zeit bis auf etwa 1 bis 1,5 kV ansteigen kann. Solche Spitzenspannungen können bei Beeinflussung der Leitung durch atmosphärische Entladungen auftreten. Eine Isolation hiergegen erfordert Aufwand, der für alle Geräteteile zu wiederholen ist, die nicht durch einen entsprechend spannungsfesten Übertrager galvanisch von der angeschlossenen Leitung getrennt sind. In F i g. 1 ist eine solche, dem Stand der Technik entsprechende Anordnung dargestellt.For the isolation of the two cores against earth is therefore connected Device, it is not the maximum possible value of the influencing voltage that is decisive, but only the maximum occurring ignition voltage of the noble gas arrester. This maximum value only corresponds to relatively slow voltage increases, e.g. B. with technical Alternating current the specified nominal value of the arrester, while it is with steep, pulse-shaped Increase in influencing voltages as a result of the formation of the arc required time can rise to about 1 to 1.5 kV. Such peak voltages can occur if the line is influenced by atmospheric discharges. Isolation from this requires effort to be repeated for all parts of the device which is not galvanically from the connected line are disconnected. In Fig. 1 is one of those, the state the arrangement corresponding to the technology shown.

Um das Auftreten derart hoher Spitzenspannungen im angeschlossenen Gerät zu vermeiden, sind zwischen den Edelgasableitern und dem Gerät geeignete Zwischenglieder, z. B. Längsdrosseln (Blitzschutzdrosseln) vorzusehen, die den Verlauf des Spannungsanstieges so abflachen, daß hinter innen bis zu dem Zeitpunkt, in dem sich in den Edelgasableitern der Lichtbogen ausgebildet hat, als maximale Beeinflussungsspannung höchstens der Zündspannungsnennwert der Ableiter auftritt, für den im allgemeinen die angeschlossenen Geräte hinreichend ohne nennenswerten Aufwand gegen Erde isoliert werden können. Dies gilt unter der Voraussetzung, daß der Erdwiderstand der Anordnung Null ist.To the occurrence of such high peak voltages in the connected To avoid the device, suitable intermediate links are to be used between the inert gas arresters and the device, z. B. Line chokes (lightning protection chokes) should be provided, which control the course of the voltage rise Flatten so that behind inside up to the point in time, in which in the noble gas arresters the arc has formed, the maximum influencing voltage at most The rated ignition voltage of the arrester occurs for which the connected Devices can be sufficiently isolated from earth without any significant effort. This applies provided that the earth resistance of the arrangement is zero.

Bei Blitzbeeinflussung kann nun der über die Ab-@eiter nach Erde abfließende Strom Spitzenwerte bis zu je 20000 Amp. annehmen. Bei solchen Stromspitzen hat aber die Größe des Erdwiderstandes RE eine wesentliche Bedeutung. Bei einem Erdwiderstand von 0,1 Ohm, einem sehr guten Wert für eine Erde, treten also bereits Spannungsspitzen von 4000 V auf. Infolge einer induktiven Komponente der Erdzuleitungen kann dieserWert aber noch höher liegen. Diese Spannung kann, wenn auch nur kurzzeitig, im Gerät über die Leitungsadern gegen Geräteerde anstehen.In the event of lightning influence, the drainage can now flow to earth via the drain @ pus Accept current peak values of up to 20,000 amps each. With such current peaks Has but the magnitude of the earth resistance RE is of major importance. With an earth resistance of 0.1 Ohm, a very good value for an earth, voltage peaks already occur from 4000 V. This value can be due to an inductive component of the ground leads but lie even higher. This voltage can, even if only briefly, in the device connected to device earth via the wires.

Hiergegen wird üblicherweise ein zweiter Gasableitersatz eingesetzt, wobei Freileitungen der ohmsche und induktive Leitungswiderstand der Leitung zwischen erstem und zweitem Ableitersatz zusammen mit den Ableitern des zweiten Satzes einen Spannungsteiler bildet, durch den die am Geräteeingang stehenden Beeinflussungsspannungen auf ein erträgliches Maß herabgesetzt werden. Eine solche an sich bekannte Anordnung ist in F i g. 3 dargestellt. Hier wird das Zwischenglied durch die Leitung selbst gebildet. Bei einer solchen Anordnung wird die Zündspannung des ersten Ableitersatzes meistens mit 230 oder 350 V gewählt, während die des zweiten Satzes mit 150 V gewählt wird, so daß der erste Satz bei Blitzbeeinflussung und der zweite bei Starkstrombeeinflussung wirksam wird. Diese Anordnung hat aber bei Freileitungen den Nachteil, daß an dem vorletzten Leitungsmast nicht nur ein besonderes wetterfestes Gehäuse für die beiden Edelgasableiter anzubringen ist, sondern außerdem bei ungünstigen geologischen Verhältnissen auch eine einwandfreie Erdverbindung Schwierigkeiten macht, bzw. bei hohem Erdwiderstand überhaupt nicht realisierbar ist.A second set of gas discharge tubes is usually used for this, where overhead lines are the ohmic and inductive line resistance of the line between first and second arrester set together with the arresters of the second set Forms a voltage divider through which the influencing voltages at the device input be reduced to a tolerable level. Such an arrangement known per se is in Fig. 3 shown. Here the link is made by the line itself educated. With such an arrangement, the ignition voltage of the first arrester set is mostly chosen with 230 or 350 V, while those of the second set are chosen with 150 V. so that the first sentence is affected by lightning and the second is affected by heavy current takes effect. However, this arrangement has the disadvantage that on overhead lines penultimate power pole not only a special weatherproof housing for the two of them Noble gas arrester is to be attached, but also in unfavorable geological conditions also a perfect earth connection makes difficulties, or with high earth resistance is not feasible at all.

Da nun sowohl die Beeinflussungsspannungen beider Adern gegen Erde nicht vollkommen gleich sein müssen, als auch die beiden Edelgasableiter Unterschiede in ihren Werten aufweisen, wird in der Regel ein Ableiter vor dem andern zünden. Die mit ihm verbundene Ader liegt nach dem Zünden über die niedrige Lichtbogenbrennspannung dieses Ableiters an Erde, während die andere Ader, deren Ableiter noch nicht gezündet hat, die volle Beeinflussungsspannung führt, bis auch dieser Ableiter bei weiterem Ansteigen der Beeinflussungsspannung zündet. In der Zeit zwischen dem Zünden des ersten und zweiten Ableiters tritt zwischen beiden Adern praktisch der volle Betrag des jeweiligen Momentanwertes der Beeinflussungsspannung auf, der somit auch am Eingang des an die Leitung angeschlossenen Gerätes liegt. Im Falle einer Blitzbeeinflussung ist die dabei möglicherweise auftretende Energie eines Nadelimpulses wegen der auf den sehr steilen Spannungsanstieg zurückzuführenden sehr kurzen Differenzzeit von 10 bis 100 ns zwischen dem Zünden der beiden Ableiter für das Gerät hinsichtlich einer Wärmebeanspruchung ungefährlich. Für den Starkstrombeeinflussungsschutz sind jedoch Maßnahmen zu treffen, um eine möglichst kurze Differenzzeit zwischen den beiden Edelgasableitern zu erzwingen, da diese Zeit die dem angeschlossenen Gerät zugeführte Energiemenge bestimmt, die zu einer zu starken Erwärmung bzw. sogar zur Zerstörung von Teilen des angeschlossenen Gerätes führen könnte. Eine solche Maßnahme zum Erzwingen des praktisch gleichzeitigen Zündens beider Ableiter kann bekanntlich in dem Einschalten eines mittelangezapften Sparübertragers gemäß F i g. 2 bestehen. Der durch die eine Wicklungshälfte beim Zünden eines Ableiters fließende Stromstoß induziert in der anderen Wicklungshälfte eine Spannung, die sich zu der bereits vorhandenen Beeinflussungsspannung addiert und damit das Zünden des zweiten Ableiters erzwingt.Since now both the influencing voltages of both cores against earth do not have to be completely the same, as well as the differences between the two noble gas arresters in their values, one arrester will generally ignite before the other. The wire connected to it lies above the low arc voltage after ignition this arrester to earth, while the other wire, whose arrester has not yet ignited has, the full influencing voltage leads until this arrester with further An increase in the influencing voltage ignites. In the time between the ignition of the first and second arrester practically the full amount occurs between the two cores of the respective instantaneous value of the influencing voltage, which is therefore also on Input of the device connected to the line. In the event of a lightning strike is the possibly occurring energy of a needle pulse because of the the very short time difference of 10 to 100 ns between the ignition of the two arresters for the device harmless to thermal stress. For protection against the effects of heavy current However, measures must be taken to minimize the time difference between the to force both noble gas arresters, since this time is the time of the connected device Determined amount of energy supplied, which leads to excessive heating or even to Destruction of parts of the connected device. Such a measure to force the practically simultaneous ignition of both arresters is known in switching on a center-tapped economy transformer according to FIG. 2 exist. The current surge flowing through one half of the winding when an arrester is triggered induces a voltage in the other half of the winding that increases to that of the already existing influencing voltage is added and thus the ignition of the second arrester enforces.

Sollte die Anordnung nach F i g. 2 auch die Funktion des Ableiterpaares nach F i g. 1 zum Schutz gegen atmosphärische Entladungen übernehmen, so müßte der Sparübertrager äußerst breitbandig (von 16 21;3 Hz bis einige MHz) ausgelegt werden können. Da dies nicht möglich ist, muß die Anordnung nach F i g. 1 mit der Anordnung nach F i g. 2 unter Zwischenschaltung des genannten Zwischenglieds kombiniert werden (s. auch F i g. 3). Eine solche Anordnung wird z. B. an der Einführungsstelle der Freileitung bzw. des Luftkabels in das Fernmeldegebäude, d. h. auf dem Einführungsmast der Freileitung, anzubringen sein.Should the arrangement according to FIG. 2 also the function of the arrester pair according to FIG. 1 to protect against atmospheric discharges, the Economy transformers are designed to be extremely broadband (from 16 21; 3 Hz to a few MHz) can. Since this is not possible, the arrangement according to FIG. 1 with the arrangement according to FIG. 2 can be combined with the interposition of said intermediate link (see also Fig. 3). Such an arrangement is e.g. B. at the point of introduction of the Overhead line or aerial cable into the telecommunications building, d. H. on the introduction mast the overhead line.

Im folgenden wird auf einige Besonderheiten bei dem Einsatz von TF-Geräten eingegangen. Zur Vermeidung einer Nebensprechen verursachenden Verkopplung von zwei TF-Kreisen über einen dritten Kreis wird bei Parallelbetrieb mehrerer TF-Systeme häufig in die Adern der TF-Leitungen eine quersymmetrische Drossel (Nebensprechsperre, longitudinal coil) geschaltet. Diese Nebensprechsperren lassen sich im Prinzip bei entsprechender Dimensionierung audh als die bereits erwähnten Blitzschutzdrosseln einsetzen. Eine solche Anordnung ist in F i g. 4 dargestellt. Wie hieraus zu ersehen ist, muß dann die Nebensprechsperre bei Starkstrombeeinflussung nicht nur den hohen Ableiterstrom bei Ansprechen der 150-V-Edelgasableiter aushalten, es entsteht auch zu Beginn der Blitzbeeinflussung an ihr ein hoher Spannungsabfall, da ihr geräteseitiges Ende über die Sdhaltkapazitäten für die hohen Frequenzen des Blitzentladespektrums an Erde liegt. Dies zwingt zur Wahl eines großen Drahtquerschnitts für den ersten Fall und zur Wahl einer Hochspannungsisolation für den letzteren Fall. Damit sind jedoch folgende Nachteile verbunden: Eine solche auch als Blitzschutzdrossel verwendbare Nebensprechsperre wird also verhältnismäßig groß und aufwendig. Solche Drosseln haben bei TF-Systemen mit einer höchsten übertragungsfrequenz von etwa 150 kHz eine Induktivität von etwa 5 mH für jede Wicklung und eine bei etwa 180 kHz liegende Resonanzfrequenz. Eine bekannte Ausführung erhält damit die Dimension eines übertragers M55 und eine andere ist als Ringkern mit etwa 80 mm Durchmesser ausgeführt. Bei der verhältnismäßig hohen Windungszahl der Drossel muß ihre mechanische Festigkeit sehr hoch sein, da im Falle der Ableitung einer Starkstrombeeinflussung hohe magnetomechanische Kräfte auftreten können. Hinzu kommt noch, daß bei Blitzbeeinflussung der Sperrbereich einer solchen Nebensprechsperre zu niedrig liegt, da hierbei noch hohe Spannungen und Energie beinhaltende Komponenten bis weit über 1 MHz vorkommen.In the following, some special features when using TF devices are discussed. To avoid coupling of two TF circuits via a third circuit, which causes crosstalk, when several TF systems are operated in parallel, a cross-symmetrical choke (cross-talk barrier, longitudinal coil) is often switched into the wires of the TF lines. In principle, these crosstalk barriers can also be used as the lightning protection reactors mentioned above if they are dimensioned accordingly. Such an arrangement is shown in FIG. 4 shown. As can be seen from this, the crosstalk barrier not only has to withstand the high arrester current when the 150 V inert gas arrester responds, when the lightning arrestor is activated, there is also a high voltage drop on it at the start of the lightning interference, since its end on the device side has the high holding capacities for the high Frequencies of the lightning discharge spectrum to earth. This makes it necessary to choose a large wire cross-section for the first case and to choose high-voltage insulation for the latter case. However, this is associated with the following disadvantages: Such a crosstalk barrier, which can also be used as a lightning protection choke, is therefore relatively large and expensive. In TF systems with a maximum transmission frequency of around 150 kHz, such chokes have an inductance of around 5 mH for each winding and a resonance frequency of around 180 kHz. One known version has the dimensions of a transformer M55 and another is designed as a toroidal core with a diameter of about 80 mm. Given the relatively high number of turns of the choke, its mechanical strength must be very high, since high magnetomechanical forces can occur in the event of a strong current being diverted. In addition, the blocking range of such a crosstalk barrier is too low when lightning is affected, since components containing high voltages and energy up to well over 1 MHz occur.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Schutze von Fernmeldeeinrichtungen, insbesondere von Trägerfrequenzeinrichtungen, gegen Beeinflussungsspannungen durch atmosphärische Vorgänge, Starkstrom und Nebensprechen, mit mindestens zwei nacheinander quer zur Leitung liegenden Edelgasableiterpaaren unterschiedlicher Zündspannung und einer quersymmetrischen Drossel in den Längszweigen zwischen den beiden Ableiterpaaren anzugeben, die die geschilderten Nachteile vermeidet und eine hinreichend kleine und preiswerte Realisierung erlaubt.The invention is now based on the object of a circuit arrangement to protect telecommunications equipment, in particular carrier frequency equipment, against influencing voltages from atmospheric processes, high voltage currents and crosstalk, with at least two pairs of noble gas arresters lying one after the other across the line different ignition voltage and a transversely symmetrical choke in the series branches to be specified between the two arrester pairs that contain the described disadvantage avoids and allows a sufficiently small and inexpensive implementation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in den Längszweig der Leitungen eingeschaltete Drosselspule folgende Kombinationsmerkmale aufweist: a) Die als symmetrische Doppeldrossel mit ferromagnetischem Kern ausgeführte Drosselspule (BDr) weist eine derart hohe Symmetrie auf, daß sie für die erdsymmetrisch übertragenen Nutzfrequenzen nur eine vernachlässigbare Durchgangsdämpfung hat.This object is achieved in that the in the In series branch of the lines switched-on choke coil has the following combination features comprises: a) The one designed as a symmetrical double choke with a ferromagnetic core Choke coil (BDr) has such a high degree of symmetry that it is symmetrical to ground for the transmitted usable frequencies has only a negligible transmission loss.

b) Die Drosselspule (BDr) hat für die Frequenzen des Blitzspektrums und des Spektrums des durch das zeitlich unterschiedliche Zünden der Edelgasableiter des ersten Ableitersatzes (A 1) entstehenden Nadelimpulses eine hinreichend hohe Sperrwirkung und einen solchen Sperrbereich, daß mindestens 90°/o der Blitzbeeinflussungsenergie über das erste Ableiterpaar (A 1) abfließt.b) The choke coil (BDr) has for the frequencies of the lightning spectrum and the spectrum of the ignition of the noble gas arrester at different times of the first set of arresters (A 1) a sufficiently high needle pulse Blocking effect and such a blocking range that at least 90% of the lightning influencing energy flows through the first pair of arresters (A 1).

e) Die Drosselspule (BDr) hat eine hinreichend kleine Windungszahl, so daß die bei Starkstrombeeinflussung durch Ableitung über den zweiten Ableitersatz (A 2) auftretenden Ströme in bezug auf die mechanische Festikeit der Drosselspule (BDr) hinreichend kleine elektromechanische Kräfte hervorrufen.e) The choke coil (BDr) has a sufficiently small number of turns, so that in the event of a heavy current being influenced by discharge via the second arrester set (A 2) occurring currents in relation to the mechanical strength of the choke coil (BDr) produce sufficiently small electromechanical forces.

d) Die Wicklung der Drosselspule (BDr) weist eine hinreichende Drahtstärke und Isolation auf, so däß die bei Starkstrombeeinflussungsableitung auftretenden Ströme und Windungsspannungen zu keiner Beschädigung bzw. Zerstörung der Wicklung führen.d) The winding of the choke coil (BDr) has a sufficient wire size and insulation, so that which occurs in the case of discharge of heavy currents Currents and winding voltages do not damage or destroy the winding to lead.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren eingehend beschrieben werden. Es erläutern hierbei die F i g. 1 bis 4 den geschilderten Stand der Technik. Hierbei zeigt F i g. 1 einen Leitungssehutz mit einem Edelgasableiterpaar, F i g. 2 ein solches Edelgasableiterpaar mit Spartransformator zum Erzwingen gleichzeitigen Ansprechens, F i g. 3 einen Leitungsschutz mit zwei Edelgasableiterpaaren, F i g. 4 den Einsatz einer Nebensprechsperre als Blitzschutzdrossel in eine Anordnung nach F i g. 3; dagegen ist in F i g. 5 die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Schutze von Fernmeldeeinrichtungen gegen Beeinflussungsspannungen dargestellt.The invention will now be described in detail with reference to the figures. It explains the F i g. 1 to 4 the described prior art. Here shows Fig. 1 a line protection with a pair of noble gas arresters, F i g. 2 a Such a pair of noble gas arresters with an autotransformer to force simultaneous response, F i g. 3 a line protection with two pairs of noble gas arresters, FIG. 4 use a crosstalk barrier as a lightning protection choke in an arrangement according to FIG. 3; on the other hand, in FIG. 5 the circuit arrangement according to the invention for the protection of Telecommunication devices against interference voltages are shown.

In den vorangehenden Ausführungen sind bereits die F i g. 1 bis 4 hinreichend beschrieben worden.In the preceding explanations, the F i g. 1 to 4 has been adequately described.

F i g. 5 zeigt ein Beispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Freileitung ist mittels eines im Querzweig liegenden Ableiterpaares A 1 gegen Blitz geschützt. Hinter diesem Ableitersatz A 1 liegt im Längszweig der Leitung die quersymmetrische Blitzschutzdrossel BDr, der ein weiteres Ableiterpaar A 2 folgt, das über eine als Spartransformator ausgeführte Ausgleichsspule ASp an Erde liegt, wodurch bei langsam ansteigenden Beeinflussungsspannungen (vorwiegend Starkstrom) ein praktisch gleichzeitiges Zünden der beiden Ableiter des Paares A 2 erreicht wird. An den Ausgang dieser Schutzanordnung werden nun die zu schützenden Fernmeldeeinrichtungen angeschlossen. In der F i g. 5 ist als erstes Glied einer solchen nachgeschalteten Einrichtung eine Nebensprechdrossel NDr als ein mögliches Beispiel dargestellt. Es können aber auch Übertrager, Filter usw. an die Schutzeinrichtung unmittelbar angeschlossen sein. Für die erfindungsgemäße Dimensionierung einer solchen Schutzanordnung sollen nun die Verhältnisse bei den verschiedenen Beeinflussungsfällen betrachtet werden.F i g. 5 shows an example of the arrangement according to the invention. The overhead line is protected against lightning by a pair of arresters A 1 in the shunt arm. Behind this arrester set A 1 lies the transversely symmetrical lightning protection choke BDr in the line branch of the line, followed by another pair of arresters A 2 , which are connected to earth via a compensating coil ASp designed as an autotransformer Arrester of pair A 2 is reached. The telecommunication devices to be protected are now connected to the output of this protective arrangement. In FIG. 5, a crosstalk choke NDr is shown as a possible example as the first element of such a downstream device. However, transformers, filters, etc. can also be connected directly to the protective device. For the dimensioning of such a protective arrangement according to the invention, the relationships in the various influencing cases should now be considered.

Eine atmosphärische Entladung weist hinsichtlich ihrer Polarität, ihres Zeitablaufes und auch ihrer Amplitude einen von Fall zu Fall sehr stark unterschiedlichen Verlauf auf. Die Grenzwerte der bekannten, stark unterschiedlichen Verläufe von Blitzbeeinflussungen werden erfaßt, wenn man einen Dreieckimpuls mit 1 gs Anstiegszeit und 50 is Gesamtdauer zur Nachbildung ansetzt.An atmospheric discharge shows with regard to its polarity, their timing and also their amplitude vary greatly from case to case Course on. The limit values of the known, very different courses of Lightning influences are detected if a triangular pulse with a rise time of 1 gs is used and 50 is the total duration of the replication.

Bei Verwendung von Edelgasableitern ist für die Beeinflussung der nachgeschalteten Einrichtung jedoch nicht der gesamte Spannungsverlauf maßgeblich, sondern nur der Teil der Anstiegsflanke, der bis zum Kurzschluß der Beeinflussungsspannung durch die Ableiter wirksam ist. Wie bereits in der Einleitung erwähnt, zünden Edelgasableiter bei sehr steilen Anstiegsflanken des Spannungsverlaufs infolge der notwendigen Ionisierungszeit nicht bei dem für langsame Spannungsänderungen maßgeblicher Wert der Nennzündspannung. Man kann bei einer Blitzbeeinflussung mit z. B. 5 kV Spitzenspannung deshalb mit Zündspannungen der Edelgasableiter von etwa 1 kV rechnen. Da diese Spannung bereits in sehr kurzer Zeit, in dem obenerwähnten Falle in 0,2 gs, erreicht wird, entsteht also hierdurch ein schmaler Impuls, der ein breites Spektrum von Hochfrequenzen mit hoher Amplitude beinhaltet. Da bei sehr steilen Spannungsanstiegen sich die Zündspannung infolge der benötigten Ionisationszeit erhöht, erhöhen sich auch die Zündspannungsunterschiede um die durch die Toleranzen der Ionisationszeit bedingten Spannungswerte. Wenn also bei einer Blitzbeeinflussung einer der beiden Ableiter zündet und damit seine Ader an Erde legt, liegt zwischen beiden Adern praktisch der volle Wert der Beeinflussungsspannung bis zum Zünden auch des zweiten Ableiters. Hierdurch entsteht ein Nadelimpuls, dessen Impulsdauer bei etwa 10 bis 100 ns liegt und somit ein Frequenzspektrum aufweist, das bis über 100 MHz noch hohe Amplitude enthält. Wenn also die einem solchen Edelgasableiterpaar nachgeschalteten Einrichtungen gegen Blitzbeeinflussung geschützt werden sollen, so muß dafür gesorgt werden, daß sowohl der Anstieg der Beeinflussungsspannung bis zum Zünden der Ableiter (0,2 Ets) wie auch der durch das zeitlich unterschiedliche Ansprechen der beiden Ableiter entstehende Nadelimpuls hinreichend abgeflacht werden. Wenn also für die Abflachung eine Drosselspule eingesetzt wird, so ist von dieser zu fordern, daß ihr Sperrbereich bis über 100 MHz hinausgeht. Ihre Induktivität muß hinreichend hoch sein, um in dem Frequenzbereich von 1 bis 100 MHz zusammen mit dem Eingangswiderstand der nachgeschalteten Geräte gegen Erde einen Spannungsteiler zu ergeben, der die am Eingang der Geräte bei Blitzbeeinflussung liegende Beeinflussungsspannung auf hinreichend kleinen Werten hält, so daß für den Geräteeingang keine übermäßig hohen Isolations- bzw. Belastungsforderungen gestellt werden müssen.When using inert gas arresters, the downstream device, however, not the entire voltage curve is decisive, but only the part of the rising edge that goes up to the short circuit of the influencing voltage is effective through the arrester. As already mentioned in the introduction, noble gas arresters ignite with very steep rising edges of the voltage curve due to the necessary ionization time not for the value of the nominal ignition voltage that is decisive for slow voltage changes. You can with a lightning influence with z. B. 5 kV peak voltage therefore with Calculate ignition voltages of the noble gas arresters of around 1 kV. Because this tension already is reached in a very short time, in the above-mentioned case in 0.2 gs thus this creates a narrow impulse that covers a broad spectrum of high frequencies with high amplitude. Since with very steep increases in voltage, the The ignition voltage increases as a result of the ionization time required, the also increase Ignition voltage differences around those caused by the tolerances of the ionization time Voltage values. So if one of the two arresters is affected by lightning ignites and thus connects its vein to earth, is practically between the two veins the full value of the influencing voltage up to the ignition of the second arrester as well. This creates a needle pulse with a pulse duration of around 10 to 100 ns and thus has a frequency spectrum that is still high in amplitude up to over 100 MHz contains. So if the devices downstream of such a pair of noble gas arresters are to be protected against the effects of lightning, it must be ensured that both the increase in the influencing voltage up to the triggering of the arrester (0.2 ets) as well as the one due to the different response times of the two arresters resulting needle impulse must be sufficiently flattened. So if for the flattening If a choke coil is used, it must be demanded that its blocking range goes beyond 100 MHz. Their inductance must be high enough to be in the frequency range from 1 to 100 MHz together with the input resistance of the downstream Devices to earth to result in a voltage divider that is used at the input of the devices influencing voltage lying in the case of lightning influence at sufficiently low values holds, so that no excessively high insulation or load requirements for the device input must be asked.

Eine solche Drossel wird, wie von der Nebensprechsperre der Trägerfequenztechnik her bekannt, als symmetrische Doppeldrossel mit gleichsinnigen Wicklungen ausgeführt, so daß beide Wicklungen von den erdunsymmetrischen Nutzströmen entgegengesetzt durchlaufen werden, so daß für sie nur eine vernachlässigbare Dämpfung auftritt, während für die erdunsymmetrische Beeinflussungsspannung die volle Drosselwirkung zur Verfügung steht.Such a choke is, as in the crosstalk barrier of the carrier frequency technology Known ago as a symmetrical double throttle with the same direction Windings executed so that both windings are opposite to the unbalanced earth currents be run through, so that only a negligible attenuation occurs for them, while for the unbalanced influence voltage the full choke effect is available.

Anders liegen nun die Verhältnisse bei Starkstrombeeinflussung. Die Zeit einer Halbwelle beträgt hier bereits bei dem normalen technischen Wechselstrom (50 Hz) 10 Rs und der Vorgang unterliegt außerdem einer periodischen Wiederholung. Es ist deshalb für das zur Ableitung der Starkstrombeeinflussung vorgesehene Ableiterpaar notwendig, das praktisch gleichzeitige Ansprechen beider Ableiter zu erzwingen. Dies erfolgt in an sich bekannter Weise durch eine als Spartransformator ausgeführte Ausgleichsspule (»drainage coil«). Der beim Ansprechen des einen Ableiters in der zugeordneten Wicklung entstehende Induktionsstoß erzeugt in der dem anderen Ableiter zugeordneten gleich großen Wicklung einen Spannungsstoß, der die bereits an diesem anliegende Spannung unterstützt und die Zündung erzwingt.The situation is different with the influence of heavy current. the The time of a half-wave is here already with the normal technical alternating current (50 Hz) 10 Rs and the process is also subject to a periodic repetition. It is therefore intended for the arrester pair intended to divert the influence of heavy currents necessary to force the practically simultaneous response of both arresters. This is done in a manner known per se by means of an autotransformer Compensating coil (»drainage coil«). When the one arrester in the associated winding generated induction shock in the other arrester associated winding of the same size has a voltage surge that is already present at this the applied voltage is supported and the ignition is forced.

Um nennenswerte Verkürzungseffekte zwischen dem Ansprechen beider Ableiter zu erreichen, muß eine ausreichend hohe Summeninduktivität beider Wicklungen einer solchen Ausgleichsspule vorhanden sein. Zweckmäßigerweise werden hierfür Blechkerne mit genügend hoher Permeabilität eingesetzt.About significant shortening effects between addressing both To achieve arrester, there must be a sufficiently high total inductance of both windings such a compensating coil may be present. Sheet metal cores are expediently used for this purpose used with a sufficiently high permeability.

Da nun eine Entladungsstrecke mit einer solchen in Reihe geschalteten hohen Induktivität für die Ableitung der hochfrequenten Blitzbeeinflussungsspannung völlig ungeeignet wäre, muß .die Ableitung der Starkstrombeeinflussung mittels eines zweiten Ableiterpaares erfolgen, das im Querzweig hinter der Blitzschutzdrossel liegt. Es wird deshalb die Nennzündspannung der Ableiter für die Blitzbeeinflussungsableitung oberhalb der Starkstrombeeinflussungsspannung beispielsweise mit 350 V gewählt, während für die Starkstrombeeinflussungsableitung Ableiter mit 150 V Nennzündspannung eingesetzt werden.Since now a discharge path is connected in series with one of these high inductance for the discharge of the high-frequency lightning influencing voltage would be completely unsuitable, must. the derivation of the heavy current influence by means of a second arrester pair take place in the shunt branch behind the lightning protection reactor lies. It is therefore the nominal ignition voltage of the arrester for the lightning influence discharge selected above the high voltage influencing voltage, for example 350 V, while arresters with 150 V rated ignition voltage are used for discharging heavy current can be used.

Beim Zünden der hinter der Blitzschutzdrossel liegenden Ableiter wird bei Starkstrombeeinflussung nun die Blitzschutzdrossel vom Starkstromableiterstrom mit durchflossen, wobei man die Ströme bis etwa 20A rechnen muß. Da aber die Blitzschutzdrossel bei der Ableitung einer Starkstrombeeinflussung keine Funktion ausübt, kann der ferromagnetische Kern dieser Drossel durch die Starkstromableitungsströme ohne Benachteiligung seiner Wir- ; kung bei Blitzbeeinflussung gesättigt werden.When the arrester located behind the lightning protection reactor is ignited in the case of heavy current influence now the lightning protection choke from the heavy current arrester current with flowed through, whereby you have to calculate the currents up to about 20A. But there the lightning protection reactor does not exercise any function in the derivation of a heavy current influence, the ferromagnetic core of this choke by the high current leakage currents without disadvantage his we-; saturation when affected by lightning.

Wie aus den vorigen Ausführungen hervorgeht, sind an eine ihre Aufgaben wirklich erfüllende Blitzschutzdrossel gemäß der Erfindung eine Reihe von Forderungen zu stellen. ; Die gleichsinnig gewickelte Drossel (BDr) besitzt mit einander festgekoppelte Wicklungshälften und weist eine derart hohe Symmetrie auf, daß sie für die erdsymmetrisch übertragenen Nutzfrequenzen nur eine vernachlässigbare Durchgangsdämpfung hat. f Die Blitzschutzdrosselspule muß aber auch für die Frequenzen des Blitzspektrums und des Spektrums des durch das zeitlich unterschiedliche Zünden des ersten Ableitersatzes (A 1) entstehenden Nadelimpulses eine hinreichend hohe Sperrwirkung und einen f solchen Sperrbereich aufweisen, daß mindestens 90 /0 der Blitzbeeinflussungsenergie über das erste Ableiterpaar (A 1) abfließt. Hierbei muß die Blitzschutzdrosselspule aber auch eine hinreichend kleine Windungszahl aufweisen, so daß die bei Starkstrombeeinflussungsableitung durch den zweiten Ableitersatz (A 2) auftretenden Ströme für die mechanische Festigkeit der Drosselspule hinreichend kleine elektromechanische Kräfte hervorrufen. Weiterhin muß die Wicklung eine hinreichende Drahtstärke und Isolation besitzen, so daß es durch die auftretenden Ströme und Windungsspannungen zu keiner Beschädigung bzw. Zerstörung der Wicklung kommt. Es ist vorteilhaft, als Kern ein ferromagnetisches Material zu wählen, weil im Falle der Blitzbeeinflussung infolge der Hochohmigkeit :der Drossel für den Hauptanteil des Frequenzspektrums der Blitzentladung keine Sättigung eintreten kann und im Falle der Starkstrombeeinflussung eine Sättigung keine Rolle spielt.As can be seen from the previous explanations, one of its tasks Really fulfilling lightning protection choke according to the invention a number of requirements to deliver. ; The choke (BDr) wound in the same direction has tightly coupled Winding halves and has such a high degree of symmetry that they are symmetrical to ground for the transmitted usable frequencies has only a negligible transmission loss. f The lightning protection inductor must also be used for the frequencies of the lightning spectrum and the spectrum of the ignition of the first arrester set at different times (A 1) the resulting needle pulse has a sufficiently high blocking effect and an f have such a blocking range that at least 90/0 of the lightning influencing energy flows through the first pair of arresters (A 1). The lightning protection reactor must but also have a sufficiently small number of turns so that the derivation of heavy current influences through the second arrester set (A 2) occurring currents for the mechanical strength cause sufficiently small electromechanical forces in the choke coil. Farther the winding must have a sufficient wire thickness and insulation so that it due to the currents and winding voltages that occur, no damage or The winding is destroyed. It is advantageous to have a ferromagnetic core Material to be chosen because in the case of lightning effects as a result of the high resistance : the choke for the main part of the frequency spectrum of the lightning discharge none Saturation can occur and, in the case of heavy current interference, saturation doesn't matter.

Als günstige Induktivitätswerte für jede Wicklung der Blitzschutzdrossel haben sich Werte zwischen etwa 10 und 150 #tH ergeben. Eine Ausbildung der Drossel gemäß der Erfindung bringt eine erhebliche Verkleinerung gegenüber einer für diese Zwecke mitbenutzten Nebensprechsperre. Es können verhältnismäßig kleine Ferrit-Topfkerne verwendet werden, während die bisher eingesetzten Nebensprechsperren übertrager der Baugröße M55 bzw. Ringkerne mit etwa 80 mm Durchmesser waren. Infolge der für diese Topfkerne bei der benötigten Induktivität notwendigen geringen Windungszahl können hinreichend große Drahtstärken und Isolationen verwendet werden.Values between approximately 10 and 150 #tH have been found to be favorable inductance values for each winding of the lightning protection reactor. A design of the throttle according to the invention brings a considerable reduction in size compared to a cross-talk barrier that is also used for these purposes. Relatively small ferrite pot cores can be used, while the previously used crosstalk barriers were transformers of size M55 or toroidal cores with a diameter of about 80 mm. As a result of the small number of turns required for these pot cores with the required inductance, sufficiently large wire thicknesses and insulation can be used.

Einer solchen Anordnung gemäß der erfindungsgemäßen Ausbildung nachgeschaltete Netzwerke brauchen jetzt nur isolations- und belastungsmäßig für die Ansprechspannung des zweiten Ableiterpaares ausgelegt werden. Dieses führt zu einer Verkleinerung und Verbilligung auch dieser Bauelemente.Downstream of such an arrangement according to the training according to the invention Networks now only need insulation and load for the response voltage of the second arrester pair. This leads to a reduction in size and these components are also cheaper.

Wenn man eine zeitlich gleichzeitige Blitz- und Starkstrombeeinflussung berücksichtigen will, so ist zu bedenken, daß infolge der Vormagnetisierung des Kernes der Blitzschutzdrossel durch den Starkstrom deren wirksame Induktivität für das Blitzspektrum abnimmt. Es werden also die tiefen Frequenzen dieses Spektrums weniger gedämpft. Durch Nachschalten einer Nebensprechsperre, die für diese tiefen Frequenzen des Blitzspektrums noch eine hinreichende Dämpfung aufweist, läßt sich jedoch auch für diesen Fall ein hinreichender Schutz herbeiführen, der mit den bisherigen Einrichtungen allerdings nicht erzielt werden konnte.If you have simultaneous lightning and heavy current influence want to take into account, it must be remembered that as a result of the premagnetization of the Core of the lightning protection choke by the heavy current its effective inductance for the lightning spectrum decreases. So it will be the low frequencies of this spectrum less subdued. By adding a crosstalk barrier for this deep Frequencies of the lightning spectrum still has sufficient attenuation, can however, bring about adequate protection for this case as well, that of the previous ones Facilities however could not be achieved.

Statische Aufladungen der Leitungen leitet man zweckmäßigerweise in an sich bekannter Weise mit Hochohmwiderständen zur Erde ab, da sie sonst zu intermittierendem Ansprechen der Edelgasableiter führen können.Static charges on the lines are expediently fed into in a known manner with high resistance to earth, otherwise they become intermittent Response of the noble gas arrester can lead.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for the protection of telecommunications equipment, in particular carrier frequency devices, against influencing voltages with two Pairs of noble gas arresters connected one after the other in the shunt of the line different nominal ignition voltage and a choke coil in the series branch between the two pairs of arresters, characterized in that in the longitudinal branch of the line activated choke coil has the following combination features: the Choke coil designed as a symmetrical double choke with a ferromagnetic core (BDr) has such a high degree of symmetry that it is transmitted symmetrically to the earth Useful frequencies only has a negligible transmission loss. The choke coil (BDr) has for the frequencies of the lightning spectrum and the spectrum of the through the Temporally different ignition of the noble gas arrester of the first arrester set (A. 1) the resulting needle pulse has a sufficiently high blocking effect and such Blocking range that at least, 901 / o of the lightning influencing energy over the first Arrester pair (A 1) flows off. The choke coil (BDr) has a sufficiently small one Number of turns, so that the influence of heavy current by derivation via the second Arrester set (A 2) occurring currents in relation to the mechanical strength of the Choke coil (BDr) produce sufficiently small electromechanical forces. the The winding of the inductor (BDr) has adequate wire gauge and insulation so that the currents and winding voltages occurring in the case of heavy current influence derivation do not damage or destroy the winding.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the lightning protection choke is ferromagnetic Having core.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that @ that the ferromagnetic core has the highest possible effective permeability.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the input downstream networks, such as crosstalk barriers, filters, etc., isolation and Only designed for the response voltage of the second arrester pair in terms of load is.

5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the downstream Networks are only designed for the useful power to be transmitted if they are subject to heavy current interference cannot occur.

6. Circuit arrangement according to claim 1 and 5, characterized in that that for protection against the effects of heavy currents and lightning at the same time the arrangement is followed by a crosstalk barrier (NSp), the restricted area of which is chosen so that the lightning protection choke due to the inductance reduction Low frequencies of the lightning spectrum that are less attenuated by heavy current preloading be attenuated by the crosstalk barrier (NSp).