DE1437387A1

DE1437387A1 - UEberspannungs-Schutzvorrichtung an Fernsprechnetzleitungen

Info

Publication number: DE1437387A1
Application number: DE19641437387
Authority: DE
Inventors: Arne Jensen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1964-07-03
Filing date: 1964-07-03
Publication date: 1968-11-28
Also published as: JPS4215227B1; CH427003A; US3436601A; FR1441855A; NL6508411A; GB1089282A

Description

Überspannungs-Schutzvorrichtung an Fernsprechnetzleitungen

Die Erfindung "betrifft eine Überspannungs-Schutzvorrichtung an Fernsprechnetzleitungen, bei der die Leitung durch einen Überspannungsableiter geschützt ist.

Fernsprechnetzleitungen führen in den Normalbetriebsfällen höchstens 30 V Gleichspannung als Aderspannung gegen Erde, d.h. 60 Y maximale Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitungen. Auf dem Wege zwischen dem Amt und dem Fernsprechteilnehmer kann jedoch, vor allem bei Freileitungen, eine unzulässig hohe Spannung durch ein Naturereignis (Blitz, atmosphärische Entladung usw.) oder durch Starkstromeinfluss (Drahtbruch, Überschlag aus benachbarten Leitungen o.dgl.) entstehen, die dann für den Teilnehmerapparat und seinen Besitzer sowie für die Amtseinrichtungen schädlich sein kann.

Aus diesem Grunde werden normalerweise zwischen Leitung und Erde Überspannungsableiter geschaltet. Bekannt sind im wesentlichen Glimm-Entladungsröhren mit Edelgasfüllung. Deren Lebens·

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NeUB Unteriagen (Art. 7 § I Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Änderunasaes. v. 4.9.196.

dauer ist jedoch begrenzt. Ausserdem steigt ihre Zündspannung im Laufe der Zeit an, so dass ein rechtzeitiges Ableiten der Überspannung nicht sichergestellt ist. Außerdem sind einfache Funkenüberschlagstellen bekannt, bei denen ein perforiertes Zellonplättchen zwischen zwei Kohleelektroden gehalten wird. Derartige Sicherungen verschmoren jedoch leicht infolge der bei den Überschlägen entstehenden Wärme und bleiben dann dauernd leitend.

Ziel der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung anzugeben, die eine lange Lebensdauer besitzt und bei einem genau eingestellten Spannungswert in Tätigkeit tritt.

Erfindungsgemäss wird als Überspannungsableiter ein Festkörperschalter, verwendet, der beim Überschreiten eines Schwellenwerts der angelegten Spannung vom hochohmigen in den niederohmigen Zustand und beim Unterschreiten eines Haltewerts des hindurchfliessenden Stromes wieder zurück-schaltet.

Derartige Festkörperschalter können im hochohmigen Zustand einen Widerstandswert von mehreren Megohm besitzen. Sie wirken daher praktisch als offener Schalter und beeinträchtigen die Gesamtanordnung nicht. Wenn jedoch die an ihnen liegende Spannung den Schwellenwert übersteigt, der sehr dicht über der maximalen Betriebsspannung liegen kann, kippen sie in einen niederohmigen Zustand um, in dem der Widerstandswert bei 1 Ohm oder niedriger liegen kann. Überspannungen werden daher sofort abgeleitet. Hierbei wird der Festkörperschalter wegen seines geringen Eigenwiderstandes fast überhaupt nicht erwärmt. Er erfährt daher auch keine bleibende Veränderung, sondern kehrt am Ende des AbleitungsVorganges in den hochohmigen Zustand zurück.

In vielen Fällen ist es zweckmässig, wenn mit dem Festkörperschalter ein Widerstand in Reihe liegt, der bei normaler Betriebsspannung und niederohmigem Festkörperschalter den hin-

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durchfliessenden Strom auf eine Grosse unter dem Haltewert begrenzt.

Da die Spannung zwischen den Fernsprechnetzleitungen nach der Überspannungs-Ableitung nicht auf 0 sondern auf den nory malen Betriebswert von 60 V zurückkehrt, kann es unter bestimmten Voraussetzungen geschehen, dass von dieser Spannung ein so grosser Strom über den niederohmigen Festkörperschalter abgeleitet wird, dass dieser seinen niederohmigen Zustand beibehält. Bei Vorschaltung des erwähnten Widerstandes dagegen ist ein sicheres Hückschalten in den hochohmigen Zustand gewährleistet. Der Widerstand hat überdies den Vorteil, dass er den Ableitstrom selbst auf einen Wert begrenzt, der in der Anlage keinen Schaden stiften kann.

Als Pestkörperschalter kommen verschiedene bekannte Typen, beispielsweise aus mehreren monokristallinen Schichten aufgebaute Dioden, z.B. eine Fünf-Schicht-Diode, in Präge. Sehr viel vorteilhafter sind aber neuartige sperrschichtfreie Pestkörperschalter insbesondere mit polykristallinem Aufbau. Die letztgenannten Pestkörperschalter haben ein besonders grosses Widerstandsverhältnis zwischen dem hochohmigen und dem niederohmigen Zustand. Ausserdem kann man ihren Schellenwert durch Wahl des Mischungsverhältnisses oder durch die Dicke des Körpers nach Belieben einstellen. Sie sind ausserordentlich hoch belastbar und sehr leicht herstellbar. Beispielsweise kann man sie durch Aufdampfen auf eine Metallplatte, durch Sintern, durch Erstarrenlassen einer Legierungsschmelze o.dgl. erzeugen.

Einer der interessantesten Vertreter dieser sperrschichtfreien Pestkörperschalter besteht überwiegend aus Tellur mit Zusätzen aus Elementen der Gruppen IV und V des periodischen Systems. Als Beispiel sei ein Pestkörperschalter genannt, der aus 67,5$ Tellur, 25$ Arsen und 7,5^ Germanium erzeugt ist.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungebeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben. 2· zeigen»

Pig. 1 ein typisches Strom-Spannunge-DiagrMUi für einen als Überspannungsableiter iu verwendenden Festkörperschalter

Pig. 2 eine Fernsprechanlage ait der erfindungegemässen Schutzvorrichtung.

In dem Diagramm der Pig. 1 ist der Strom I eines symmetrischen Pestkörperschalters auf Tellurbasis über der Spannung U aufgetragen. Unterhalb der Schwellenspannung i Ug ist der Strom nahezu 0, da der Schalter seinen hochohmigen Zustand eingenommen hat, bei dem sein Wideretand bis zu mehreren Megoha betragen kann (Kurve I). Sobald jedoch die Schwellenspannung Uß überschritten ist, springt der Festkörpersehalter in seinen niederohmigen Zustand (Kurve II) um, bei dem er einen Widerstand von 1 Ohm oder weniger hat. Den niederohmigen Zustand behält der Schalter bei, bis der hindurchflieasende Strom einen Haltewert I unterschreitet, der ziemlich in der Nähe

des Nullpunktes liegen kann. Beim Unterschreiten von I„

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schaltet der Pestkörperschalter in den hochohmigen Zustand zurück.

Bei der Fernsprechanlage in Fig. 2 sind lediglich schematisch einige der Geräte an die Leitungen a und b angeschlossen, nämlich auf der Teilnehmerseite ein Telefonapparat 1 und auf der Amtsseite ein Relais 2 mit Spannungsquelle 3 sowie ein zweites Relais 4. Die Verbindung zwischen Teilnehmer und Amt erfolgt über ein Netz mit FreileitungsabBchnitten 5 und 6, die gestrichelt dargestellt sind.

Zum Schutz gegen Überspannungen, die von den Freileitungsabschnitten zum Teilnehmer oder zum Amt vordringen könnten, ist auf jeder Seite zwischen die Leitung a und Erde ein Fest-

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körperechalter 7 mit Widerstand 8 sowie zwischen die Leitung b und Brde ein festkörperachalter 9 mit Widerstand 1o geschaltet. Die Festkörperschalter 7 und 9 sind normalerweise im hochohmigen Zustand. Sie schalten aber in den niederohmigen Zustand um, wenn die an ihnen liegende Spannung den Schwellenwert ir_g überschreitet. Dies iet der Fall, wenn eine Überspannung auftritt. Die Widerstände 8 und 1o sind so bemessen, daß bei der normalen Betriebsspannung der Strom, der durch den niederohmigen Festkörperschalter hindurohfließen würde, kleiner ist als der Haltestrom I„. Das bedeutet, daä der Festkörpersehalter sofort in den hochohmigen Zustand zurückkehrt, wenn sich im Leitungsnetz wieder die normale Betriebsspannung eingestellt hat.

Außerdem sind in die Leitungen a und b sowohl beim Teilnehmer als auch auf der Amtsseite Pestkörperschalter 11 - 14 geschaltet, die normalerweise niederohmig sind, jedah bei einer zu starken Strombelastung in einen hochohmigen Zustand übergehen und dadurch die Leitung praktisch unterbrechen. Man kann diese Überstromsicherung herausnehmen und durch Anlegen einer Regenerierungsspannung sofort wieder in den niederohmigen Zustand zurückführen.

Selbstverständlich lassen sich die angegebenen Sicherungen auch bei Leitungen verwenden, die dem Fernsprechbetrieb ähnlich sind, also beispielsweise Telegraphenleitungen u. dgl.. In jedem Fall sind die erfindungsgemäß verwendeten Sicherungselemente äußerst langlebig und regenerieren sich selbst.

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Claims

Patentansprüche

1. /Schutzvorrichtung an Ferneprechleitungen, bei der die Leitung — durch einen Überspannungsableiter geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ala ÜberapannungBableiter ein Feetkörperechalter verwendet ist, der beim Überschreiten eines Schwellenwerts der angelegten Spannung vom hochohmigen in den miederohmigen Zustand und beim Unterschreiten eines Haltewertes des hindurchfließenden Stromes wieder zurückschaltet.

2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Festkörperschalter ein Widerstand in Reihe liegt, der bei normaler Betriebsspannung und niederohmigem Pestkörperschalter den hindurchfließenden Strom auf eine Größe unter dem Haltewert begrenzt.

3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Festkörperschalter polykristallinen Aufbau hat.

4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daÄ der Festkörperschalter überwiegend Tellur mit Zusätzen aus Elementen der Gruppen IV und V des periodischen Systems auf- ' weist.

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Neue Unterlagen (Art. 7 § 1 Abs. 2 Nr. I Satz 3 dta Ändwungtges. v. 4.9.1967)