DE1515713B2 - Schaltungsanordnung von ueberspannungsableitern zum schutz von metallummantelten fernmeldekabeln gegen ueberspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung von Uberspannungsableitern zum Schutz von metallummantelten Fernmeldekabeln gegen Überspannungen mittels Ableitern, vorzugsweise Gasentladungsableitern, wobei jeder Leiter des Kabels mit je einem Pol eines Ableiters verbunden ist und die anderen Pole der Ableiter in einem Punkt zusammengefaßt sind.

Magnetische Felder von Störquellen können durch induktive Beeinflussung hohe Spannungen in benachharten Fernmeldekabeln zwischen den Leitern und dem metallischen Mantel hervorrufen. Insbesondere sind es Erdschlüsse in Hochspannungsleitungen und ' atmosphärische, elektrische Entladungen, die Spannungen entstehen lassen, welche eine Gefährdung der Isolierung in Fernmeldekabeln darstellen können.

Es ist bekannt, Fernmeldekabel gegen schädliche Überspannungen durch den Einbau von sogenannten Ableitern, insbesondere ^: Gasentladungsableitern zu schützen. Der zu schützende Leiter wird über einen Ableiter mit dem metallischen Kabelmantel verbunden. Durch geeignete Wahl der Zündspannung des Ableiters verhindert man das Auftreten von Überspannungen, die eine Gefährdung der Leiterisolierung darstellen. Die in der deutschen Patentschrift 702 952 dargestellte Blitzschutzeinrichtung für ein luftraum-isoliertes konzentrisches Hochfrequenzkabel besteht darin, daß zwischen Innenleiter und Außenleiter im Kabel oder in den Verbindungsmuffen in Abständen Funkenstrecken, welche als Vakuumblitzableiter ausgebildet sein können, eingebaut sind.

Die Erfahrung zeigt, daß bei mehradrigen Kabeln alle Leiter eines Kabels in der angegebenen Weise durch Ableiter geschützt werden müssen, da andernfalls Überschläge zu ungeschützten Leitern zu erwarten sind. Im Buch von Knebel »Fernsprechkabel für den Weit- und Bezirksverkehr, 1959, 2. verbesserte Auflage, ist auf S. 579 die Einschaltung gasgefüllter Überspannungsableiter in die einzelnen Stromkreise eines Fernmeldekabels beschrieben, wobei die einen Pole der Ableiter mit Erde verbunden sind. Auch in der Zeitschrift »Frequenz«, Bd. 15, 1961, Nr. 3, S. 79 bis 87, ist in einem Aufsatz »Die"^; Beeinflussung von Schwachstromanlagen durch Starkstromleitungen« von Sajonz auf die Verwendung von Spannungsableitern als Überspannungsschutz für Fernsprechleitungen hingewiesen. Hierbei werden die Ableiter an mehreren Stellen der Leitung ange- *- bracht und mit Erde verbunden. Im Aufsatz »Überspannungen und Überspannungsschutz« von Frühauf im B. 1132, 1950, Sammlung Göschen, ist auf S. 64 die Verwendung von Uberspannungsableitern als Überspannungsschutz für Fernmeldeleitungen beschrieben. Hierbei ist jede Kabelader über einen Ableiter mit Erde verbunden.

Zur Platz- und Kostenersparnis kann man die Leiter einer Doppelleitung auch durch sogenannte Dreielektrodenableiter schützen. Hierbei ist je ein Pol des Ableiters mit je einem Leiter der Doppelleitung und der dritte Pol mit Erde verbunden.

Für den Schutz von Fernmeldekabeln haben die bekannten Schaltungsanordnungen jedoch gewisse Nachteile. Diese ergeben sich aus dem Umstand, daß insbesondere bei papierisolierten Fernmeldekabeln die Isolierung zwischen den einzelnen Leitern eine wesentlich geringere Spannungsfestigkeit aufweist als die Isolierung zwischen Leiter und Kabelmantel. Die maximal zulässige Spannung für Fernmeldekabel beträgt in der Regel etwa 1000 Volt zwischen den einzelnen Leitern,, während sie zwischen Kabelmantel und Leitern bei etwa 2500 Volt liegt. Ein elektrischer Durchschlag zwischen Kabelmantel und einem Leiter löst einen Ausgleichsvorgang aus, in dessen' Verlauf Spannungen entstehen können, welche die maximal zulässige Spannung zwischen den Leitern um ein Mehrfaches überschreiten.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen kann man die Zündspannung der Überspannungsableiter wie im folgenden angegeben dimensionieren. Man wählt Ableiter,_: deren Zündspannung so hoch liegt, daß Durchschläge zwischen Adern und Mantel gerade vermieden werden. Unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors von 80% beträgt dann die Zündspannung der Ableiter für das angegebene Beispiel eines papierisolierten Fernmeldekabels 2000 Volt. Dann besteht aber kein Schutz gegen Überspannungen, welche zwischen Adern und Adern auftreten, da ja zwischen diesen die maximal zulässige Spannung nur 1000 Volt beträgt. Wählt man jedoch Ableiter, deren Zündspannung bei 400VoIt liegt, dann sind wohl Adern gegen ,Adern gegen Überspannungen, welche größer als" 800 Volt liegen, geschützt. Die 800VoIt ergeben sich aus zwei in Serie geschalteten Ableitern zu je 400 Volt, welche zwischen je zwei Adern bei den bekannten Schaltungen liegen. Es ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die jeweiligen Ableiter schon zünden, wenn zwischen einer Ader und dem Mantel eine Spannung ab 400 Volt¹ auftritt, obwohl diese, ohne,.Schaden zu stiften, tjis etwa 2000VoIt gehen dürfte! Die Folge ist also eine unnötige, übermäßige Beanspruchung und vorzeitiger Verschleiß der Ableiter. .· .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung von Uberspannungsableitern und eine Dimensionierung der Ableiter anzugeben, welche es ermöglicht, sowohl einen Schutz jeder Ader gegen jede Ader als auch einen Schutz jeder Ader gegen den gemeinsamen Kabelmantel gegen Spannungsüberschläge zu bieten, wobei die Zündspannungen der Ableiter den Erfordernissen der unterschiedlichen Spannungsfestigkeit der Isolierungen Ader gegen Ader bzw. Mantel gegen Ader angepaßt werden können.

Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Punkt in welchem die Pole der Ableiter zusammengefaßt sind und dem Kabelmantel ein weiterer Ableiter geschaltet.

Mit dieser Schaltungsanordnung gelingt ,es, die Zündspannungen der Ableiter an die Spannungsfestigkeit der Isolierung Ader gegen Ader als auch die von Mantel gegen Ader anzugleichen und einen wirksamen Schutz aller Isolierungen bei erhöhter Betriebssicherheit und verminderter Störanfälligkeit zu erreichen. Zugleich stellt sich ein Minimum an Entladungen über die Ableiter ein, was wiederum deren Lebensdauer zugute kommt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Zündspannung der mit den Leitern des Kabels verbundenen Ableiter etwa 40 °/o der maximal zulässigen Spannung zwischen den einzelnen Leitern, die Zündspannung des mit dem metallischen Kabelmantel verbundenen Ableiters etwa 70% der maximal zulässigen Spannung zwischen Kabelmantel und Leiter.

Betrachtet man das Beispiel des schon erwähnten papierisolierten Fernmeldekabels, so beträgt die maxi-

mal zulässige Spannung zwischen den Adern etwa 1000 Volt und zwischen Adern und Kabelmantel etwa 2500VoIt. Die Zündspannung des mit dem Kabelmantel verbundenen Ableiters soll etwa 70 % der maximal zulässigen Spannung zwischen Mantel und Ader betragen. Sie liegt demnach bei 1750 Volt. Der Schutz zwischen Kabelmantel und den Adern ist gegeben durch zwei in Serie geschaltete Ableiter, wovon die jeweils an den Adern liegenden Ableiter 400 Volt Zündspannung (40% von 1000 Volt) besitzen und der am Mantel liegende Ableiter 1750 Volt Zündspannung besitzt. Dies ergibt zusammen eine Zündspannung von 2150 Volt für den Schutz Kabelmantel gegen Adern gegenüber einer maximal zulässigen Spannung von 2500 Volt. Für den Schutz Adern gegen Adern ergibt sich für zwei in Serie geschaltete Ableiter eine Zündspannung von 800 Volt gegenüber einer maximal zulässigen Spannung von 1000 Volt. Eine genaue Berechnung der Zündspannung der einzusetzenden Ableiter in Abhängigkeit von den maximal zulässigen Spannungen läßt sich nach folgender Formel durchführen:

Z₁= f.k; Z_m=(u_m- Aj. _k\ ^₅

Hierbei bedetet:

Z₁ die Zündspannung der an den Leitern liegenden Ableiter, Z_m die Zündspannung des am Kabelmantel liegenden Ableiters,
U₁ die maximal zulässige Spannung zwischen

den Leitern,
U_m die maximal zulässige Spannung zwischen

Kabelmantel und den Leitern,
k einen Sicherheitsfaktor, der normalerweise bei 0,8 liegen wird.

An Stelle von Zweielektrodenableitern können auch solche mit mehreren Elektroden verwendet werden. Doppelleitungen schützt man beispielsweise zweckmäßig durch Dreielektrodenableiter.

F i g. 1 zeigt die Schaltung der Ableiter. Überspannungen zwischen irgendwelchen Leitern 1 bis 6 entladen sich über die entsprechenden Ableiter 8 bis 13. Für die Entladung zwischen zwei Leitern sind also immer zwei Ableiter in Serie geschaltet. Tritt beispielsweise eine Überspannung zwischen den Leitern 1 und 2 auf, so sind diese durch die in Serie geschalteten Ableiter 8 und 9 geschützt. Die Summe der Zündspannungen beider Ableiter entspricht etwa der maximal möglichen Spannung zwischen den Leitern 1 und 2. Eine zwischen dem Kabelmantel 7 und einem Leiter, beispielsweise dem Leiter 4, auftretende Überspannung gleicht sich über den Ableiter 14 und den entsprechenden in Serie geschalteten Ableiter, beispielsweise den Ableiter 11, aus. Fig. 2 zeigt die entsprechende Schaltung unter Verwendung von Dreielektrodenableitern.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung von Überspannungsableitern zum Schutz von metallummantelten Fernmeldekabeln gegen Überspannungen mittels Ableitern, vorzugsweise Gasentladungsableitern, wobei jeder Leiter des Kabels mit je einem Pol

" eines Ableiters verbunden ist und die anderen Pole der Ableiter in einem Punkt zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen diesem Punkt und dem Kabelmantel ein weiterer Ableiter geschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung der mit den Leitern des Kabels verbundenen Ableiter etwa 40 % der maximal zulässigen Spannung zwischen den einzelnen Leitern, die Zündspannung des mit dem metallischen Kabelmantel verbundenen Ableiters etwa 70% der maximal zulässigen Spannung zwischen Kabelmantel und Leiter beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen