DE2536077A1

DE2536077A1 - Overvoltage protection system for telephone lines - has antiparallel connected semiconductors triggered by voltage peaks to give fast response time

Info

Publication number: DE2536077A1
Application number: DE19752536077
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Phys Baum; Erich Ing Grad Becker
Original assignee: BAUM ELEKTROPHYSIK GmbH
Current assignee: BAUM ELEKTROPHYSIK GmbH
Priority date: 1975-08-13
Filing date: 1975-08-13
Publication date: 1977-03-03

Abstract

The application is to the protection of telephone equipment against transient overvoltages to which overhead line in particular are susceptible. The employment of semiconductors gives faster switching time and allows setting of a lower response level. Instead of, or in parallel with, existing spark gaps (3) and gas discharge tubes (4) semiconductor elements, for example anti-parallel connected thyristors (5, 6) or a bidirectional device such as a triac are employed. The necessary triggering is provided by detecting the overvoltage between lines or from line to earth. Typically voltage dividers (7, 35, 8, 36) may be used. The holding current of the thyristors is chosen to be above the circuit current thus making the devices self extinguishing.

Description

Schutzschaltung für Fernmeldeanlagen gegen atmosphärische Störungen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum Schutz vor und Ableiten von Überspannungen, die durch atmosphärische Störungen auf Fernmeldeanlagen erzeugt werden.Protection circuit for telecommunication systems against atmospheric disturbances The present invention relates to a circuit for protection against and diverting of overvoltages generated by atmospheric disturbances on telecommunication systems will.

Atmosphärisch bedingte Raumladungen erzeugen in Freileitungen oder Luftkabeln für Fernmeldezwecke zwischen den einzelnen Adern oder zwischen Adern und Erde Potentialdifferenzen, die zur Sicherung des Fernmeldenetzes abgeleitet werden müssen. Es war bisher zu diesem Zweck üblich, insbesondere am Übergang von Freileitungen oder Luftkabeln einerseits zu Erdkabeln oder an den Teilnehmerstellen spannungsabhängige Ableitelemente vorzusehen. Diese Ableitelemente bestehen z. B. entweder aus Grobfunkenstrecken oder aus gasgefüllten Üb erspannungsleitern oder aus einer Kombination dieser beiden Elemente. Der wesentliche Nachteil dieser Schutzart besteht darin, daß bei abruptem Durchschlagen des Ableitelementes auf den Adern Wanderwellen oder durch den Zündverzug Spannungen entstehen, deren Potential für die Benutzer der Anlage und für die Anlage selbst noch gefährlich sein können. Zur Dämpfung der Stoßwellen kann man Widerstände in die Zuleitungen zu dem Ableitelement einschalten, jedoch hat dies den Nachteil, daß diese Widerstände nur für einen bestimmten Spannungsbereich ausgelegt werden können und bei höheren Spannungen praktisch wirkungslos war-en. Ein weiterer Nachteil der bisher üblichen Überspannungsableiter ist darin zu sehen, daß diese verhältnismäßig träge sind, und die störende Spannung wesentlich über die Zündspannung des Überspannungsableiters ansteigen kann, bevor dieser anspricht. Darüber hinaus haben die herkömmlichen Ableitelemente den Nachteil, daß ihre Funktionsunfähigkeit erst beim Auftreten der nächsten Überspannung durch Schäden in der Anlage erkennbar wird.Atmospheric space charges generate in overhead lines or Air cables for telecommunication purposes between the individual cores or between cores and earth potential differences, which are derived for securing the telecommunications network Need to become. It has previously been customary for this purpose, especially at the transition from Overhead lines or aerial cables on the one hand to underground cables or to the subscriber stations voltage-dependent discharge elements are to be provided. These discharge elements consist, for. B. either from coarse spark gaps or from gas-filled overvoltage conductors or from a combination of these two elements. The main disadvantage of this type of protection consists in the fact that in the event of an abrupt breakdown of the discharge element on the veins Traveling waves or due to the ignition delay voltages arise whose potential for the users of the system and for the system itself can still be dangerous. To the Attenuation of the shock waves can be resistances in the supply lines to the diverting element switch on, but this has the disadvantage that these resistors are only for a certain Voltage range can be designed and practically ineffective at higher voltages was. Another disadvantage of the surge arresters that have been customary up to now is this to see that these are relatively sluggish, and the disturbing tension is essential via the ignition voltage of the surge arrester can increase before it responds. In addition, the conventional discharge elements have the Disadvantage that they will not function until the next overvoltage occurs can be identified by damage in the system.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschaltung für Fernmeldeanlagen gegen atmosphärisch bedingte Überspannungen anzugeben, die anstelle der Ableitelemente oder zusätzlich dazu für eine genügend schnelle Ableitung der Überspannungen oder Ausgleich der Überspannungen Sorge trägt und dazu ein Element zu verwenden, das auch im defekt ein Zustand seine Schutzfunktion beibehält.The present invention is based on the object of a protective circuit for telecommunication systems against atmospheric overvoltages to indicate the instead of or in addition to the discharge elements for a sufficiently fast discharge the overvoltages or compensation of the overvoltages takes care of and an element to use, which retains its protective function even in a defective state.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine Schutzschaltung für Fernmeldeanlagen gegen durch atmosphärische Störungen verursachte Überspannungen mit spannungsabhängigen Ableitelement, z. B. offenen und/ oder gasgefüllten Überspannungsableitern, die sich von den bisher bekannten dadurch unterscheidet, daß anstelle von oder parallel zu den AbJeitelementen antiparallele oder bidirektionale Thyrisotren oder Tetroden geschaltet sind, deren Zündung über einen Widerstand eines Spannungsteilers oder einen Zündübertrager durch die anstehende Überspannung erfolgt.The invention accordingly provides a protective circuit for telecommunications systems against overvoltages caused by atmospheric disturbances with voltage-dependent Discharge element, e.g. B. open and / or gas-filled surge arresters that differs from the previously known in that instead of or in parallel thyrisotrons or tetrodes that are antiparallel or bidirectional to the arrester elements are switched whose ignition via a resistor of a voltage divider or an ignition transformer takes place due to the pending overvoltage.

Das Prinzip einer solchen Schaltung ist in Fig. i dargestellt.The principle of such a circuit is shown in FIG.

Nit 1 und 2 sind die beiden Adern eines Paares eines Fernsprechkabels oder einer Fernsprechleitung bezeichnet, wobei eine der beiden Adern durch Erde repräsentiert sein kann. In herkömmlicher Weise liegt zwischen 1 und 2 eine Grobfunkenstrecke 3 und ein Überspannungsableiter 4. Gemäß der Erfindung sind bei 5 und 6 antiparallele Thyristoren parallel zum Uberspannungsableiter 4 geschaltet. Die Zündelektroden dieser Thyristoren liegen über Widerstände 7 und 8 die mit den Widerständen 35 bzw. 36 je einen Spannungsteiler bilden an der gleichen Leitung bzw. auf dem gleichen Potential wie die Anode des zugehörigen Thyristors. Tritt nun auf einer der Adern eine Stoßwelle - wie vorstehend beschrieben - auf, so reicht der Spannungsabfall über den Widerständen 7 oder 8 aus, um je nach der Polarität der Überspannung den Thyristor 5 oder 6 zu zünden und über diesen Thyristor die anstehende Uberspannung abzuleiten. Der besondere Vorteil dieser erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, daß der Zündverzug der Thyristoren etwa um eine Zehnerpotenz kleiner ist als der der herkömmlichen Ableitelemente.Nit 1 and 2 are the two wires of a pair of a telephone cable or a telephone line, with one of the two wires through earth can be represented. Conventionally, there is a rough spark gap between 1 and 2 3 and a surge arrester 4. According to the invention, at 5 and 6 are antiparallel Thyristors connected in parallel to surge arrester 4. The ignition electrodes these thyristors are connected to resistors 7 and 8 with resistors 35 and 36 each form a voltage divider on the same line respectively. at the same potential as the anode of the associated thyristor. Occur now on one of the veins a shock wave - as described above - is enough Voltage drop across resistors 7 or 8 to vary depending on the polarity of the Overvoltage to ignite the thyristor 5 or 6 and over this thyristor the pending Discharge overvoltage. The particular advantage of this circuit according to the invention is that the ignition delay of the thyristors is about a power of ten smaller than that of conventional diverters.

Dies hat zur Folge, daß die Überspannung von vornherein nicht auf einen solchen Wert ansteigen kann, wie bei der alleinigen Verwendung von Ableitelementen zu befürchten ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß ein Defekt im Ableitelement erst beim Auftreten der nächsten Überspannung bemerkt wird, während ein Defekt z. B. in den Thyristoren sofort zu einem dauernden Kurzschluß zwischen den beiden Adern führt und damit das defekte Bauteil angezeigt wird und ausgewechselt werden kann und darüber hinaus durch den verbleibenden Dauerschluß später auftretende Überspannungen sicher abgeleitet werden. Die Ansprechspannung kann durch die Auswahl der Widerstände 7 und 8 sowie 35 und 36 in Zusammenhang mit dem Ableiterwiderstand der zugehörigen Zündelektrode eingestellt werden. Die Thyristoren sind so gewählt, daß ihr Haltestrom oberhalb des Betriebsstromes liegt.This has the consequence that the overvoltage does not arise from the outset such a value can increase, as with the sole use of discharge elements is to be feared. Another advantage is that there is a defect in the discharge element is only noticed when the next overvoltage occurs, while a defect z. B. in the thyristors immediately to a permanent short circuit between the two wires leads and so that the defective component is displayed and can be replaced and, in addition, later overvoltages caused by the remaining permanent circuit can be safely derived. The response voltage can be determined by the selection of the resistors 7 and 8 as well as 35 and 36 in connection with the arrester resistance of the associated Ignition electrode can be adjusted. The thyristors are chosen so that their holding current is above the operating current.

In Weiterbildung der Erfindung liegen, wie in Fig. 2 dargestellt, parallel zu den Widerständen 9 und 10 Kapazitäten 11 und 12 und im Zuge der zu schützenden, hier unsymmetrisch dargestellten Adern 13 ist zwischen dem Anschluß des Widerstandes 9 und dem der Halbleiterbauelemente 14 und 15 eine Induktivität 16 eingeschaltet. Dies hat den Vorteil, daß beim Auftreten einer Uberspannung die Spannung über der Kapazität schneller ansteigt als über der Induktivität und damit sichergestellt ist, daß an dem ableitenden Thyristor die Zündspannung bereits ansteht, wenn die abzuleitende Spannung auftritt. In Figur 4 sind diese Kapazitäten mit 33 und 34 bezeichnet.In a further development of the invention, as shown in FIG. 2, parallel to the resistors 9 and 10 capacitances 11 and 12 and in the course of the to be protected, Wires 13, shown here asymmetrically, is between the connection of the resistor 9 and that of the semiconductor components 14 and 15 have an inductance 16 switched on. This has the advantage that when an overvoltage occurs, the voltage above the Capacity increases faster than above the inductance and is thus ensured is that at the dissipating thyristor the ignition voltage is already present when the voltage to be diverted occurs. In Figure 4, these capacities are 33 and 34 designated.

Weiterhin kann zusätzlich zu der Induktivität oder mit dieser integriert ein Widerstand mit der Induktivität in Reihe geschaltet sein, wie das in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine symmetrische Anordnung, bei der die Induktivitäten mit 17 und 18 und die zugeordneten Widerstände mit 19 und 20 bezeichnet sind. Hierbei können die Induktivitäten paarweise oder alle auf einen gemeinsamen Kern gewickelt werden. Die hier verwendeten Widerstände sollen bei unsymmetrischen Strömen durch den an ihnen auftretenden Spannungsabfall eine beschleunigte Zündung der ihnen vorgeschalteten Ableitelemente bewirken.It can also be integrated with or in addition to the inductance a resistor can be connected in series with the inductor, as in the embodiment according to Fig. 3 is shown. This embodiment shows a symmetrical one Arrangement in which the inductances with 17 and 18 and the associated resistors with 19 and 20 are designated. Here, the inductors can be in pairs or all are wound on a common core. The resistors used here should in the case of asymmetrical currents due to the voltage drop occurring across them cause an accelerated ignition of the upstream discharge elements.

Weiterhin können mit Vorteil - wie in Fig. 3 dargestellt - vor den Zündelektroden der Halbleiterelemente Diacs 21 und 22 eingeschaltet sein. Diese Diacs tragen zur Stabilisierung des Zündpunktes der Halbleiterbauelemente bei.Furthermore, with advantage - as shown in Fig. 3 - before Ignition electrodes of the semiconductor elements Diacs 21 and 22 must be switched on. These Diacs help stabilize the ignition point of the semiconductor components.

In einer besonderen Ausführungsform können die Induktivitäten und die Widerstände der einzelnen Adern durch einen Eisen oder Stahl enthaltenden Kabelmantel und darin verlaufende Leiterabschnitte dargestellt sein. Es ist auf diese Weise möglich, für mehradrige Leitungen oder Kabel, die Induktivitä-ten und Widerstände - wie sie in Fig. 3 mit 17 und 18 bzw. 19 und 20 bezeichnet sind - zusammenzufassen.In a particular embodiment, the inductors and the resistance of the individual wires through a cable jacket containing iron or steel and conductor sections running therein are shown. It's that way possible for multi-core lines or cables, inductivities and resistances - as they are designated in Fig. 3 with 17 and 18 or 19 and 20 - to be summarized.

Um sicherzustellen, daß in Netzen mit mehreren Adern, in denen durch eine Überspannung Sekundärspannungen induziert werden können, die Ableitung schnell und sicher in allen Adern erfolgt, kann in Weiterbildung der Erfindung die Zündspannung auf die Zündelektroden der einzelnen Halbleiterbauelemente durch Zündübertrager übertragen werden, die einen gemeinsamen Kern haben. Dies ist im Beispiel in Fig. 4 dargestellt. Dort sind die Adern mit 23 bis 26 bezeichnet, wobei für die Adern 24 und 26 die Schutzschaltung nach dieser Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben ist. Die Halbleiterbauelemente 27 und 28 sind hier als Triacs ausgebildet, deren Zündelektroden durch Übertrager 29 und 30 gespeist werden. wobei beide Übertrager auf einem eemeinsamen Kern aufgewickelt sind. Bei dieser Ausführungs- r form ist es gleichgültig, ob die Überspannung zunächst in der Ader 24 oder 26 auftritt, auf jeden Fall werden beide Triacs 27 und 28 sofort durchgezündet. Das gleiche gilt sinngemäß für die Überspannungsableiter der Adern 23 und 25 sowie weitere ggf. noch vorhandene Adern, deren Zündübertrager auf den gleichen Kern gewickelt sind. In order to ensure that in networks with several wires, in which secondary voltages can be induced by an overvoltage, the discharge takes place quickly and safely in all wires, the ignition voltage can be transmitted to the ignition electrodes of the individual semiconductor components by ignition transformers, in a further development of the invention have a common core. This is shown in the example in FIG. There the wires are denoted by 23 to 26, the protective circuit according to this embodiment of the invention being reproduced for the wires 24 and 26. The semiconductor components 27 and 28 are designed here as triacs, the ignition electrodes of which are fed by transformers 29 and 30. both transducers on a common core are wound up. With this execution In terms of form, it does not matter whether the overvoltage occurs first in wire 24 or 26; in any case, both triacs 27 and 28 are ignited immediately. The same applies mutatis mutandis to the surge arresters of wires 23 and 25 as well as other wires that may still be present, their ignition transformers on the same core are wrapped.

Bei Verwendung von Übertragern können in Weiterbildung der Erfindung und wie aus Fig. 4 zu entnehmen die Primärwicklungen des Zündübertragers 29,30 durch die Induktivitäten 31,32 gebildet werden. When using transformers, in a further development of the invention and as can be seen from FIG. 4, the primary windings of the ignition transformer 29, 30 can be formed by the inductances 31, 32.

Claims

1. Protection circuit for telecommunication systems against by atmospheric Disturbances caused overvoltages with voltage-dependent discharge elements, e.g. B, open and / or gas-filled surge arresters, characterized in that instead of or parallel to the discharge elements (3, 4) anti-parallel or bidirectional Thyristors (5, 6) or tetrodes are connected, their ignition via a resistor (7, 8) a voltage divider or an ignition transformer (29, 30) through the pending Overvoltage occurs.

2. Protection circuit according to claim 1, characterized in that before the ignition electrodes of the semiconductor components diacs (21, 22) are connected.

3. Protection circuit according to claim 1 or 2, characterized in that that parallel to the resistor (9, 10) or from the ignition transformer a capacitance (ist, 12, 33, 34) and in the course of the core to be protected between the connection of the Resistance and that of the semiconductor components an inductance (16, 31, 32) connected is.

4. Protection circuit according to claim 3, characterized in that in addition to or integrated into the inductance (17, 18) a resistor (19, 20) with this is connected in series.

5. Protection circuit according to claim 4, characterized in that the Inductance and resistance through a cable jacket containing iron or steel and conductor sections extending therein are formed.

6. Protection circuit according to claim i, 3 or one of the following, characterized characterized in that the ignition voltage is applied to the ignition electrodes of the individual semiconductor components (27,28) can be transmitted through ignition transformers (2q, 30) with a common core.

7. Protection circuit according to claim 6 using inductances, characterized in that the primary side of the ignition transformer (29,30) by the In the line switched inductance (31, 32) is formed.