DE3626800A1 - Anordnung zum schutz vor ueberspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schutz von an Leitungen angeschlossenen Baugruppen, Geräten und Anlagen vor Überspannungen durch Blitzschlag, EMI (Electromagnetic Interference) - und EMP (Electromagne­ tic Power) - Einwirkung an deren Basisband-Eingängen und -Ausgängen unter Verwendung von in den Leitungsweg einge­ schalteten Überspannungsableitern für den Grob- und Fein­ schutz.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der DE 32 14 400 A1 bekannt. Dabei sind zwischen Leitung und Gerät in die einzelnen Adern in Serie eingefügte Blitz­ schutzdrosseln vorgesehen, wobei vor und hinter den Blitz­ schutzdrosseln jeweils zwischen den einzelnen Adern und dem mit dem Erdleiter der Leitung verbundenen Masseleiter erste bzw. zweite Überspannungsableiter für den Grob- bzw. Feinschutz geschaltet sind. Die gesamte Anordnung ist auf einer Leiterplatte angeordnet, wobei der Masseleiter als zur Leiterplatte parallel geführte, großflächige Metall­ platte ausgebildet ist. Die ersten blitzstromtragfähigen Überspannungsableiter sind zusammen mit den Blitzschutz­ drosseln, den zweiten Überspannungsableitern und Netzwer­ ken mit frequenzabhängigem Verhalten für den Schutz gegen EMI-Einwirkungen sowie mit den sie verbindenden Leiter­ bahnen jeweils räumlich dicht hintereinander in der ge­ nannten Reihenfolge auf der Leiterplatte angeordnet. Die Leiterbahnen zwischen den Adern der Leitung und den nicht erdseitigen Anschlüssen der ersten Überspannungsableiter sowie die Leiterbahnen zwischen den Blitzschutzdrosseln und den nicht erdseitigen Anschlüssen der zweiten Überspannungsableiter sind jeweils derart ausgebildet, daß sie durch hohe Blitzströme durchgeschmolzen und auf­ getrennt werden. Eine solche Anordnung ist nur für den NF-Bereich vorgesehen. Es gibt hierbei zwischen den auf einer einzigen Leiterplatte angeordneten Bauelementen keine HF-mäßige Entkopplung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspan­ nungsschutz für Baugruppen, Geräte und Anlagen an deren Basisband-Eingängen und -Ausgängen zu schaffen, durch den hohe Blitzspannungen von mehr als 5kV mit sehr schnellen Impulsflanken im µs-Bereich über einen sehr hohen Fre­ quenzbereich auf für die zu schützenden Einrichtungen unkritische Werte reduziert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise ge­ löst, daß der aus einer Gasentladungsröhre bestehende Grobschutz über ein Koaxialkabel von mindestens 0,5 m Länge wellenwiderstandsrichtig mit den aus einem Konden­ sator im Längszweig und einer gegen Masse geschalteten Diodenanordnung aus schnellen Schaltdioden bestehenden Feinschutz in Serie geschaltet und gegen den Feinschutz HF- und pulsmäßig entkoppelt angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, daß man eine sehr gute Schutzwirkung über einen hohen Fre­ quenzbereich, mämlich vom NF-Bereich bis in den GHz-Be­ reich erhält. Impulse mit vorgegebenen Impulsformen an den Basisband-Eingängen und -Ausgängen von mehr als 5kV für niedrige (5kA/5A) und hohe Blitzströme (10kA/10A) können auf die Baugruppen, Geräte und Anlagen gelangen, ohne diese zu zerstören. Der Impuls wird in seiner Ampli­ tude so begrenzt, daß nur noch eine sehr kleine Impuls­ amplitude von wenigen Volt im nsec-Bereich mit sehr ge­ ringem Energieinhalt übrigbleibt.

Die entsprechenden Einrichtungen können problemlos 10 Impulse im Abstand von 60 sec überstehen.

Dieser Überspannungsschutz für Basisband-Eingänge und -Ausgänge kann in vorteilhafter Weise für Systeme mit hohen Bitraten verwendet werden, beispielsweise für 34 Mbit-Systeme und 140 Mbit-Systeme, da die Impuls­ form (34 Mbit/s, HDB 3 kodiert) und die Impulsmaske (140 Mbit/s, CMI kodiert) von dem Überspannungsschutz nicht beeinflußt werden. Bei 34 Mbit/s und 140 Mbit/s können Spannungen im Signalweg bis 2 V _ss bzw. 1 V _ss bei einem Wellenwiderstand von jeweils 75 Ohm unverzerrt übertragen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Er­ findungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angege­ ben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Überspannungsschutz in einer schematischen Darstellung und

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung den mecha­ nischen Aufbau des Feinschutzes Der in Fig. 1 gezeigte überspannungsschutz besteht aus einem Grobschutz 1 und einem Feinschutz 2, die über ein Koaxialkabel 3 von mindestens 0,5 m Länge und mit dem Wellenwiderstand Z miteinander in Serie geschaltet sind. Das Koaxialkabel 3 stellt hierbei eine unsymmetrische Leitung dar, wobei seine Länge insbesondere 2 m und sein Wellenwiderstand Z=75 Ohm betragen.

Grobschutz 1 und Feinschutz 2, in Fig. 1 als Kästchen dargestellt, sind jeweils innerhalb eines separaten Ge­ häuses, wie es in Fig. 2 für den Feinschutz gezeigt ist, gegeneinander HF- und pulsmäßig entkoppelt angeordnet. Der Grobschutz 1 besteht aus einer vom Signalweg nach Masse geschalteten Gasentladungsröhre 4, die entsprechend der Höhe der Blitzströme, für die der Blitzschutz ausge­ legt ist, in Glas (5 kA/5A) oder in Metall-Keramik (10kA/10A) aufgebaut ist.

Der Feinschutz 2 besteht aus einem Kondensator 5 (im Aus­ führungsbeispiel 68nF/400V) im Längszweig (Signalweg) und vier speziellen, schnellen Schaltdioden 6, die kurzzeitige hohe Ströme schalten können. Diese vier Dioden sind jeweils paarweise in Serie liegend, antiparallel vom Signalweg nach Masse geschaltet.

Die passiven Bauelemente von Grob- und Feinschutz sind so ausgewählt und innerhalb ihres Gehäuses angeordnet, daß die Kapazität vom Signalweg nach Masse jeweils sehr klein, insbesondere <1 pF und die Durchgangsdämpfung sehr nied­ rig, insbesondere < 0,1 dB ist. Der Grobschutz läßt eine Eingangsimpulsspannung von mehr als 5 kV zu, je nach Über­ spannungsableiter, und der Feinschutz eine solche von maxi­ mal 300 V und erlaubt das Anlegen der jeweils geforderten Impulsformen.

Fig. 2 zeigt den mechanischen Aufbau des Feinschutzes innerhalb eines Gehäuses, das für den Grobschutz in ana­ loger Weise aufgebaut ist. Das metallische Gehäuse 7 weist im Längsschnitt U-Profil auf, wobei die beiden Sei­ tenstege 8, 9 die koaxialen Anschlüsse 10, 11 (Stecker 1,6/5,6) aufnehmen. Etwa in der Mitte der Grundfläche des Gehäuses 7 ist ein Stützelement 12 aus Isolier­ material angeordnet, das im oberen Bereich ein Kontaktele­ ment 13 trägt. Dieses Kontaktelement dient der elektri­ sche Verbindung des zwischen dem Koaxialanschluß 10 und dem Stützelement 12 angeordneten Kondensators 5 und den in der Figur rechts des Stützelementes 12 angeordneten Dioden 6, sowie dem koaxialen Anschluß 11. Die Dioden 6 sind zwischen den Signalweg (durchgehender Leitungszug vom Kontaktelement 13 zum Koaxialanschluß 11) und Masse­ ebene, gebildet von der Grundfläche des Gehäuses 7, ange­ schlossen. Auf der Grundfläche des Gehäuses 7 sind fer­ ner zwei Stifte 14 aus Kunststoff angeordnet, die der Halterung der jeweils miteinander zu verbindenden Enden der Dioden-Serienschaltungen dienen. Zur Abdeckung und gleichzeitigen HF-Abschirmung des Bauteileraumes des Ge­ häuses 7 ist ein metallischer Gehäusedeckel 15 von U-förmigem Profil vorgesehen, der derart auf das Gehäuse 7 aufgesetzt wird, daß die geschlitzten Endbereiche je­ weils seitlich an den Stegen 8, 9 federnd anliegen. Der Gehäusedeckel 15 wird mittels zweier Klammern 16 aus U-förmig gebogenen Federblechen mit dem Gehäuse 7 HF­ dicht verbunden. Die Klammern 16 werden von der Untersei­ te her auf in Längsrichtung der Grundfläche des Gehäuses 7 verlaufende, rechtwinklig nach unten abgebogene Stege 17, 18 und die an diesen Stegen anliegenden Teile des Gehäu­ sedeckels 15 aufgesetzt.

Die Grob- und Feinschutzgehäuse mit ihren koaxialen An­ schlüssen lassen sich mit entsprechenden Montageteilen sowohl in einem Gestell als auch in einer Einsatzaufnahme montieren. Dabei kann, entsprechend der vorgesehenen Mon­ tage, der Koaxialanschluß an einem Ende des Gehäuses auch unter 90° abgewinkelt angeordnet sein.

Claims (7)

1. Anordnung zum Schutz von an Leitungen angeschlossenen Baugruppen, Geräten und Anlagen vor Überspannungen (Blitz­ schlag, EMI- und EMP-Einwirkung) an deren Basisband-Ein­ gängen und -Ausgängen unter Verwendung von in den Lei­ tungsweg eingeschalteten Überspannungsableitern für den Grob- und Feinschutz, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Gasentladungsröhre bestehende Grobschutz über ein Koaxialkabel von mindestens 0,5 m Länge wellenwiderstands­ richtig mit dem aus einem Kondensator im Längszweig und einer gegen Masse geschalteten Diodenanordnung aus schnel­ len Schaltdioden bestehenden Feinschutz in Serie geschal­ tet und gegen den Feinschutz HF- und pulsmäßig entkoppelt angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaxialkabel unsymmetrisch ist und eine Länge von etwa 2 m und einen Wellenwiderstand Z=75 Ohm aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladungsröhre aus Glas oder Metall-Keramik besteht und in einem separaten Gehäuse so angeordnet ist, daß die Kapazität vom Signalweg nach Masse sehr klein, insbe­ sondere < 1 pF ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Längszweig des innerhalb eines separaten Gehäuses unter­ gebrachten Feinschutzes angeordnete, der Entkopplung von durch Blitzeinschlag bedingten HF-Komponenten dienende Kondensator und die Dioden so ausgewählt und angeordnet sind, daß die Kapazität vom Signalweg nach Masse sehr klein, insbesondere < 1 pF ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Di­ odenanordnung beim Feinschutz aus jeweils zwei in Serie liegenden Dioden besteht, die antiparallel vom Signalweg nach Masse geschaltet sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Aus­ wahl und Anordnung der passiven Bauelemente von Grob­ und Feinschutz, daß die Durchgangsdämpfung sehr niedrig, insbesondere < 0,1 dB ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Aus­ wahl und Anordnung der passiven Bauelemente von Grob­ und Feinschutz, daß der Wert des Reflexionsfaktors am Wellenwiderstand Z=75Ω sehr klein, insbesondere <1% ist.