DE69103813T2 - Überspannungs- und Überstromschutzschaltung. - Google Patents

Überspannungs- und Überstromschutzschaltung.

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DE69103813T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überspannungs und Überstromschutz Schaltung für eine Vermittlungsabschluß Schaltung, die für den Anschluß einer Zweidrahtleitung vorgesehen ist, über die sowohl analoge als auch digitale Signale in beiden Richtungen übertragen werden. Die Abschlußschaltung ermöglicht die Umwandlung einer Zweidraht- Verbindung in eine Vierdrahtverbindung, eine Fünfdraht- Verbindung oder in eine andere Verbindung höherer Ordnung und arbeitet primär als eine Einrichtung für den Abgleich der lmpedanz von Sende- und Empfangseinrichtungen mit der Leitungsimpedanz. Die Schutzschaltung kann in der U- Schnittstelle eines ISDN-Netzes angeordnet sein, wobei sie in diesem Falle einen sogenannten Netzabschluß bildet. Die Überspannungs und Überstromschutzschaltung kann auch in Vermittlungsabschlußschaltungen eingebaut werden, die in der R-Schnittstelle, S-Schnittstelle oder T-Schnittstelle eines ISDN-Netzes angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Schutz-Schaltung kann auch in einer Vermittlungsabschlußschaltung auf der Stationsseite oder der Teilnehmerseite eines herkömmlichen Telefonnetzes eingebaut werden.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Netzabschluß, welcher einen gewünschten Übergang von einer Zweidrahtverbindung auf eine Vierdrahtverbindung erlaubt, ist aus der Beschreibung unseres U.S. Patentes US-A- 4,539,443 bekannt.
  • Eine Vermittlungsabschlußschaltung ist normalerweise in einem Leitungsabschluß einer Telefonvermittlung angeordnet und weist zwei Eingangsanschlüsse für die Verbindung mit der Zweidrahtleitung auf. Die Abschlußschaltung muß viele Anforderungen erfüllen können. Beispielsweise müssen die Schaltungseingangsanschlüsse gegenüber einem Bezugspotential, normalerweise Erde, symmetriert sein, da sonst anderenfalls sogenannte Längsströme über der Leitung auftreten. Ferner soll die Vermittlungsabschlußschaltung einen hohen Echodämpfungsgrad aufweisen. Die effektive Dämpfungsverzerrung und die Grunddämpfung innerhalb eines vorherrschenden Frequenzbandes, d.h., entweder innerhalb des Sprachfrequenzbandes oder des Bitfrequenzbandes des Digitalsignals soll klein sein. Eine weitere Anforderung besteht darin, daß eine sogenannte Schleifendämpfung zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung auf der Teilnehmerseite oder der Telefonvermittlungsseite usw. klein sein sollte.
  • Im Falle eines Netzabschlußes, sollte der Abschlußpunkt den Anschluß einer Spannungsversorgungsguelle, welche Strom an die am anderen Ende der Leitung angeordnete Teilnehmereinrichtung liefert, über die Schaltungseingangsanschlüsse zulassen. Dieser Strom wird normalerweise für Leitungssignalisierungszwecke in Verbindung mit der Telefonie verwendet.
  • Der bekannte Teilnehmer-Netzabschluß ist für die Übertragung von Sprachsignalen innerhalb des Frequenzbereichs von etwa 300 Hz bis etwa 3,5 kHz und für die Übertragung der Leitungssignalisierungssignale gedacht, welche bekanntermaßen von der Art her Gleichstromsignale sein. Es treten jedoch Probleme auf, wenn die Teilnehmerleitung für die Übertragung von digitalen Signalen verwendet wird, wobei die Signale bei wesentlich höheren Frequenzen als den Sprachfrequenzen übertragen werden. Die digitalen Signale werden wesentlich stärker als die Sprachsignale gedämpft, und demzufolge ist es erforderlich, die digitalen Signale mit einem wesentlich höheren Leistungspegel zu übertragen. Dieses stellt wiederum eine höhere Anforderung an eine gute Erdsymmetrie.
  • Der Zweck der Überspannungs- und Überstromschutzschaltung besteht darin, teuere mit der Ausgangsseite der Abschlußschaltung oder Netzschaltung verbundene Einrichtungen vor Überströmen und Überspannungen zu schützen, die beispielsweise durch Blitzschlagüberspannungen auf der Teilnehmerleitung, elektromagnetische Störfelder, unbeabsichtigte Verbindung der Leitung mit dem elektrischen Energienetz mit beispielsweise 220 V Wechselspannung als Folge von Feuer oder beispielsweise als Folge von Ungeschicklichkeit, oder als Folge ungeeigneter Anordnung der Leitung in unmittelbarer Nähe zu einem Energiekabel, so daß durch den Einfluß von stürmischen Wetter, Tieren oder in anderer Weise miteinander in elektrischen Kontakt gebracht werden, verursacht werden.
  • Die Überspannungs- und Überstromschutzschaltung soll die vorgenannten elektrischen Eigenschaften der Abschlußschaltung nicht beeinflussen.
  • Somit ist es erforderlich, den an die Einrichtung gelieferten Strom zu begrenzen, um sicherzustellen, daß die Einrichtung nicht beschädigt wird. Digitale Vermittlungseinrichtungen , die mit der Leitung verbunden sind, weisen normalerweise eine Betriebsspannung von 5 Volt auf und sind so dimensioniert, daß sie einer maximalen Spannung von etwa 5 Volt widerstehen, ohne zerstört zu werden. Die durch Blitzschlag auf der Leitung erzeugte Überspannung kann beispielsweise in der Größenordnung von 1500 Volt liegen.
  • In derzeitigen Systemen sind große Glimmröhren oder Kaltkathodenröhren zwischen jedem Draht der Teilnehmerleitung und Erde auf der Eingangsseite einer Telefonvermittlung als primäre Schutzeinrichtung angeschlossen. Diese Glimmlampen sind träge und weisen eine Reaktionszeit von circa 1ms auf. Die maximale Spannung eines Blitzschlagimpulses liegt nach circa 10 Mikrosekunden vor. Desweiteren wird die Glimmlampe zu verschiedenen Zeitpunkten gezündet, was in dem Auftreten einer Quer-Restspannung über den zwei Drähten der Leitung resultiert.
  • In einer Überspannungs und Überstromschutzschaltung darf niemals Feuer entstehen. In dem Falle eines bekannten Überspannungs und Überstromschutzes der in der beigefügten Fig. 1 dargestellten Art wird die Überspannung mit Hilfe von zwei drahtgewickelten Widerständen begrenzt. Wenn die Überspannung von langer Dauer und hoch ist, besteht die Gefahr, daß diese drahtgewickelten Widerstände zu glühen beginnen und damit ein Feuerrisiko darstellen. Diese drahtgewickelten Widerstände müssen zueinander abgeglichen oder gepaart werden, um zu vermeiden, daß der Überspannungsschutz die Erdsymmetrie der Abschlußschaltung beeinflußt. Die sogenannte Bauteil-Nennspannung der Widerstände, d.h. ihre Spannungsfestigkeit muß hoch sein, damit sie hohen Über-Spannungen widerstehen können. Ferner müssen die Widerstände physikalisch groß sein, um hohen Energien zu widerstehen.
  • Die bekannte Schutzschaltung enthält auch einen Leitungstransformator Wenn der durch den Transformator fließende Strom hoch ist, besteht die Gefahr daß die Leiterfolie auf der Schaltungskarte oder -Platte, auf der der Überspannungs- und Überstromschutz montiert ist, zu brennen beginnt.
  • Es ist bekannt, temperaturabhängige Widerstände, sogenannte PTC-Widerstände, als strombegrenzende Schutzelemente zu verwenden. Der Nachteil bei diesen Widerständen besteht jedoch darin, daß ihre Bauelement-Nennspannung begrenzt ist und daß demzufolge mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit eine elektrische Funkenbildung in einem Bauteil auftritt, falls das Bauteil einer hohen Spannung ausgesetzt wird. Die Lage dieser PTC-Widerstände ist ebenfalls kritisch. Wenn der durch einen PTC-Widerstand fließende Strom hoch ist, beginnt der Widerstand zu schmelzen und das geschmolzene Material kann die darunterliegende Folienplatte oder -Karte entzünden. Wenn die PTC-Widerstände hohen Strömen und hohen Spannungen unterworfen werden, tendieren sie auch als Folge von in der Widerstandsmasse auftretenden Temperaturgradienten dazu zu zerspringen, worauf keine weitere Schutzwirkung mehr besteht.
  • Die Verwendung von Zenerdioden als Einrichtung zum Schutz gegenüber Überspannungen ist im Fachgebiet bekannt. Derartige Zenerdioden sollen eine möglichst steile Kennlinie aufweisen.
  • Dieses erzeugt jedoch dynamische Probleme, da viele Harmonische (Obertöne), harmonische Verzerrungen und der Intermodulationsprodukte entstehen, welche einen negativen Einfluß auf die Qualität der Signalübertragung haben.
  • Die Anforderung der Erdsymmetrie impliziert unter anderem, daß die Spannungsasymmetrie in der Schutzschaltung im Maximum 60 Dezibel erreichen kann. Wenn dieses gegenüber einer Leitungsimpedanz von 600 Ohm gesehen wird, bedeutet dieses, daß der Widerstand in den erdsymmetrischen Schaltungen des Leitungsspannungsschutzes im Maximum um nur 0,1 gegeneinander abweichen darf. Die Leitungsführung ist daher kritisch.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Überspannungs- und Überstromschutzschaltung, welche eine hohe Erdsymmetrie aufweist, welche aus kleinen und preiswerten Bauelementen aufgebaut werden kann und welche effektiv in einer Vermittlungsabschlußschaltung oder in einem Netzabschluß eingesetzt werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Schutzschaltung der in der Einführung beschriebenen Art, welche einen Transformator enthält, dessen Primärwicklung direkt mit den Eingangsanschlüssen der Teilnehmerleitung ohne Zwischen-Serienschaltung drahtgewickelter Strombegrenzungswiderstände angeschlossen werden kann.
  • Insbesondere soll dieser Transformator einen Teil der Abschlußschaltung, nämlich den Abschlußschaltungsleitungstransformator, bilden.
  • Die Schutzschaltung soll den Leitungstransformator der Abschlußschaltung aktiv nutzen, um die Zeitdauer zu reduzieren, während der ein auf der Leitung auftretender Überspannungsimpuls durch den Transformatoreffekt von der Leitung auf die geschützte Einrichtung übertragen wird. Die durch den Transformatoreffekt auf die Sekundärseite übertragene Impulsenergie wird auf diese Weise reduziert, wodurch es möglich wird, daß kleine Komponenten auf der Sekundärseite der Überstrom- und Überspannungsschutzschaltung verwendet werden.
  • Die Echodämpfung, die effektive Dämpfungsverzerrung, die Grunddämpfung und die Schleifendämpfung sollen sowohl innerhalb des Sprachfreguenzbandes als auch in den für die Datenbitübertragung verwendeten Frequenzbändern sehr stark reduziert werden. Die Art, in der die Bauteile im Bezug zueinander montiert werden, ist nicht kritisch. Desweiteren müssen die in der Schutzeinrichtung enthaltenen Zenerdioden keine steilen Kennlinien aufweisen.
  • Überspannungen und Überströme sollen schrittweise in den verschiedenen Bauteilen der Schutzschaltung reduziert werden, was damit die Bauteilenennspannungen reduziert und die Verwendung preiswerter Standardbauteile ermöglicht.
  • Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht in einem Varistor und zwei PTC-Widerständen, welche zusammen mit der Primärwicklung des Leitungstransformators in einer erdsymmetrierten Schaltung enthalten sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Von diesen stellen dar:
  • Fig. 1 eine bekannte Überspannungs- und Überstromschutzschaltung;
  • Fig. 2 ein Schaltbild, welches eine erfindungsgemäße Überspannungs- und Überstromschutzschaltung zeigt; und
  • Fig. 3 ein Diagramm, welches die Spannung über dem Ausgang der in Fig. 2 dargestellten Überspannungs- und Überstromschutzschaltung bei einen Blitzschlagimpuls zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFROM DER ERFINDUNG
  • Fig. 1 stellt eine Überspannungs- und Überstromschutzschaltung einer bekannten Art dar. Die Schaltung ist in einer Abschlußschaltung oder in einem Netzabschluß bekannter Art eingebaut und mit den zwei Drähten einer Teilnehmerleitung an den Eingangsanschlüssen a, b der Abschlußschaltung verbunden. In diesem Falle weist die Leitungsabschlußschaltung vier Ausgangsanschlüsse T1, T2, T3 und T4 auf. Die (nicht gezeigte) Sendeeinrichtung ist zwischen T1 und T2 und die (nicht gezeigte) Empfängereinrichtung ist zwischen den Anschlüssen T3 und T4 angeschlossen. Nur die Bauelemente der Abschlußschaltung, welche für die Erfindung signifikant sind, sind in der Fig. 2 dargestellt. Die restlichen Bauteile, welche für die Funktion der Abschlußschaltung als Abschlußschaltung signifikant sind, sind nicht dargestellt.
  • Ein Leitungstransformator LT1 weist eine Primärwicklung auf, welche aus zwei Windungshälften L1, L2 besteht, zwischen denen ein Mittelpunktskondensator C in Serie angeschlossen ist, um damit eine Serienschaltung zu bilden, deren eines Ende mit dem Eingangsabschluß a über einen in Serie geschalteten Strombegrenzungswiderstand Ra und dessen anderes Ende mit dem Eingangsabschluß b über einen zweiten Strombegrenzungswiderstand Rb angeschlossen ist. Eine Spannungsquelle E ist über Widerstände R1 und R2 über dem Mittelpunktskondensator C angeschlossen. Der negative Pol der Spannungsquelle ist nach Erde geführt. Zenerdioden Z1, Z2, Z3 und Z4 sind in der dargestellten Art zwischen einer mit -48 V bezeichneten Referenzspannung und Erde und den zwei Enden der Serienschaltung L1-C-L2 in der dargestellten Art angeschlossen. Die Spannungsquelle E wird dazu verwendet, einen Gleichstrom in die Teilnehmereinrichtung zu liefern. Die Schaltung auf der Primärseite ist auf die Erde bezogen symmetrisch. Die Strombegrenzungswiderstände Ra, Rb bestehen aus großen drahtgewickelten Widerständen. Die Zenerdioden Z1 bis Z4 funktionieren als Überspannungsschutzelemente, welche Überspannungen nach Erde kurzschließen. Der Transformator LT1 weist eine Sekundärwicklung L3 auf, über welcher ein Kondensator C1 parallel geschaltet ist. Die Zenerdioden Z5 bis Z8 arbeiten als Überspannungsschutzelemente für die Sende- und Empfangseinrichtung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung weist die in der Einführung beschriebenen Nachteile auf, wobei diese Nachteile im wesentlichen auf dem Vorhandensein der Widerstände Ra und Rb beruhen.
  • Fig. 2 stellt eine erfindungsgemäße Überspannungs- und Überstromschutzschaltung dar. Diejenigen Bauteile der in Fig. 2 dargestellten Schaltung, welche ein Entsprechung in der in Fig. 1 dargestellten Schaltung haben, wurden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Schaltung enthält ein Leitungstransformator LT2, welcher eine Primärwicklung, welche aus zwei Wicklungshälften L1 und L2 besteht, und eine Sekundärwicklung aufweist..
  • Die Schaltung auf der Primärseite enthält die vorgenannte Serienschaltung L1-C-L2, welche zu der in Fig. 1 dargestellten Anordung ähnlich ist. Der signifikante Unterschied liegt jedoch in der Tatsache, daß die Endpunkte dieser Serienschaltung direkt mit den Eingangsanschlüssen a und b bei Nichtvorhandensein der in Serie geschalteten Strombegrenzungswiderstände Ra, Rb verbunden sind. Stattdessen wird der Strom mittels eines Varistors V1, welcher über PTC- Widerstände, PTC1, PTC2, zu dem Mittelpunktskondensator C parallel geschaltet ist, begrenzt. Einer der PTC-Widerstände ist in Serie zwischen dem einem Ende des Varistors und der einen Platte des Mittelpunktkondensators geschaltet, während der andere PTC-Widerstand mit dem anderen Ende des Varistors V1 und der anderen Kondensatorplatte in Serie geschaltet ist. Die Widerstände Ra1 und Ra2 arbeiten als Strombegrenzungswiderstände, obwohl, wie es hierin nachstehend detaillierter beschrieben werden wird, diese Widerstände sowohl hinsichtlich ihres Volumens als auch ihrer Widerstandswerte wesentlich kleiner gemacht werden können als die in Fig. 1 gezeigten Strombegrenzungswiderstände Ra und Rb. Der Widerstand Ra1 ist in Serie zwischen dem einem Ende des Varistors einem Pol der Spannungsquelle E geschaltet, und der Widerstand Ra2 ist in Serie mit dem anderen Ende des Varistors und dem anderen Pol der Spannungsquelle E, in diesem Falle dem negativen Pol, geschaltet. Dieser negative Pol ist geerdet.
  • Der Varistor V1 ist ein Metalloxid-Typ und kann als spannungsabhängiger Widerstand mit symmetrischen Spannungs/Stromeigenschaften bezeichnet werden. Der Widerstand fällt abrupt ab, wenn die Spannung eine Nenn- oder Nominalspannung überschreitet. Die Reaktionszeit für einen Varistor dieses Typs ist kleiner als 25 ns (Nanosekunden).
  • Ein PTC-Widerstand, der auch als Kaltleiter bezeichnet wird, ist ein temperaturabhängiger Halbleiterwiderstand, dessen Widerstand mit steigender Temperatur ansteigt. Der Widerstand steigt abrupt bei einer gegebenen vorbestimmten Temperatur, welche auch als Referenztemperatur bezeichnet wird, an. Aufgrund dieses sehr hohen positiven Temperaturkoeffizienten wird der Widerstand als PTC-Widerstand (positiver Temperaturkoeefizient-Widerstand) bezeichnet.
  • Die Schaltung auf der Primärseite arbeitet in der folgenden Weise:
  • Im Falle eines Blitzschlagimpulses auf der Teilnehmerleitung beginnt der Kondensator C sich aufzuladen, worauf die Spannung über dem Kondensator ansteigt. Wenn die Kondensatorspannung die Nominalspannung des Varistors überschreitet, beginnt der Varistor V1 zu leiten, wodurch der Strom durch den Varistor extrem ansteigt, was einem beschleunigten Stromanstieg durch die Primärwicklung verursacht, bis der Transformatorkern gesättigt ist. Von nun an wird praktisch keine weitere Energie mehr auf die Sekundärseite des Transformators übertragen. Da der Strom durch den Varistor ansteigt, ist das Ausmaß bis zu dem die Widerstände Ra1 und Ra2 im Vergleich zu dem Ausmaß, bis zu dem die Widerstände Ra und Rb in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung den Strom absorbieren müssen, merklich reduziert. Demzufolge können die Widerstände Ra1 und Ra2 wesentlich kleiner ausgeführt werden, d. h., kleiner hinsichtlich des Volumens und ebenfalls kleiner hinsichtlich des Widerstandswertes.
  • Wenn der Varistor V1 zu leiten anfängt, fließt auch Strom durch die auf Temperatur reagierenden Widerstände PTC1 und PTC2, deren Temperatur zu steigen anfängt, bis die Referenztemperatur erreicht wird, worauf der Widerstandswert der Widerstände extrem ansteigt. Dieses reduziert die Schaltzeit der Widerstände PTC1, PTC2.
  • Wenn der Varistor, wie vorstehend erwähnt, öffnet, ergibt sich ein beschleunigter Anstieg des Stromes durch die Primärwicklung. Dieser Stromanstieg hält an bis der Kern des Transformators LT2 gesättigt ist. Es wird praktisch von dem Zeitpunkt ab, zu dem der Transformator in die Sättigung kommt, keine zusätzliche Energie mehr auf die Sekundärseite des Transformators übertragen. Die auf die Sekundärseite bis zu dem Moment der Sättigung übertragene Spannung wird in zwei Stufen, teils durch den Varistor V2, welcher parallel über der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist, teils durch die Zenerdioden Z5, Z6, welche die über die Anschlüsse T1, T2, angeschlossene Sendeeinrichtung schützen, und teilweise über die Zenerdioden Z7, Z8, welche die über die Anschlüsse T3, T4 angeschlossene Empfängereinrichtung schützen, reduziert. Der Varistor V2 kann beispielsweise eine Nominalspannung von 60 Volt aufweisen, was bedeutet, daß alle Spannungen über 60 Volt von dem Varistor V2 absorbiert werden. Die Zenerdioden Z5 bis Z8 müssen daher nur diejenigen Spannungen absorbieren, die kleiner als 60 Volt sind. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es erforderlich, daß die Zenerdioden Z5 bis Z8 auch alle Spannungen über 60 Volt absorbieren müssen, welches hohe Anforderungen an die Kennlinien der Zenerdioden stellt, insbesondere in dem Bereich niedriger Ströme, d. h. in dem Übergangsbereich von dem nichtleitenden in den leitenden Zenerdiodenzustand. In dem Falle des erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes werden niedrigere Anforderungen an den hohen dynamischen Steigungswiderstand der Zenerdiode gestellt.
  • Fig. 3 stellt die Spannung über den Zenerdioden Z5, Z6 für einen Blitzschlagimpuls von 1500 Volt und eine Dauer von 800 Mikrosekunden, der über die Anschlüsse a, b an die Primärseite angelegt ist, dar. Die Spannung des Blitzschlagimpulses steigt von 0 Volt bis 1500 Volt in 10 us an. In Fig. 3 bezeichnet die Y-Achse die Spannung in Volt und die X-Achse die Zeit in Mikrosekunden. Der Blitzschlagimpuls beginnt zu einem Zeitpunkt t = 0. Der Varistor V1 öffnet und wird voll leitend, wenn die Spannung über seinen Enden 90 Volt erreicht, und in entsprechender Weise öffnet der Varistor V2, wenn die Spannung über seinen Enden 17 Volt beträgt. Der Kondensator C1 hat eine Kapazität von 3,9 Nanofarad und der Kondensator C2 eine Kapazität von 6,8 Nanofarad. Es ist aus dem Diagramm zu sehen, daß der Transformatorkern nach nur 50 Mikrosekunden gesättigt ist und daß die Spannung auf der Sekundärseite anfängt, von etwa 6,2 Volt auf etwa 1,8 Volt symmetrisch abzufallen, was nach 150 Mikrosekunden erreicht wird. Die Symmetrie zur Erde ist einwandfrei.
  • Da die zum Übertragen der Überspannung von der Primärseite auf die Sekundärseite des Leitungstransformators in Anspruch genommene Zeit durch den auftretenden Transformatoreffekt auf ungefähr 50 Mikrosekunden reduziert wird, bleibt die Impulsenergie J = A x V x t (wobei J = Energie ausgedrückt in Joules, A = Strom, V = Spannung auf der Sekundärseite und t = Zeit) klein, und die Bauelemente der Schaltung können kleine Dimensionen aufweisen.
  • Die PTC-Widerstände PTC1, PTC2 können in dem Falle kurzer über der Leitung auftretender Querimpulse nicht auf hohe Widerstandswerte umschalten, und der bestimmende Teil der Impulsenergie wird über die Kombination L1-PTC1-V1-PTC2-L2, wo die Energie absorbiert wird, wieder auf die Leitung zurückgeführt.
  • Während der ersten Phase eines Blitzschlagimpulses, insbesondere während der ersten 50 Mikrosekunden, bis zur Sättigung des Transformatorkerns wird Energie in dem Transformatorkern und dem Kondensator gespeichert. Wenn der Varistor V1 dann öffnet, d. h. kurzschließt, wird die gesamte Energie über L1, L2 und auf die Leitung zurückgeführt.
  • Wenn der PTC1 und der PTC2 umschalten und hochohmig werden, absorbieren die Widerstände die Überspannung. Die thermische Leistung P, welche die Widerstände absorbieren müßen, ist dann sehr klein, da P = U²/R, wobei R nun der sehr hohe Widerstandswert des PTC-Widerstandes ist.
  • Im Falle einer Überspannung von sehr langer Dauer, z. B. bei 220 V Wechselstrom auf der Leitung, weist der Kondensator C eine sehr hohe Impedanz 1/ωC auf, und der gesamte Strom fließt durch L1-C-L2. Dabei ist ω =2 x π x f und f die Wechselspannungsfrequenz bezeichnet. Ein typischer Gesamtstrom liegt in diesem Falle bei ungefähr 70 mA. Der Zweig Ra1, V1, Ra2 ist kurzgeschlossen, und der Kupferwiderstand der Primärwicklung absorbiert die gesamte thermische Energie, welche in einem typischen Fall in der Größenordnung von ungefähr 0,5 Watt liegt.
  • Die Nominalspannung des Varistors 2 darf nicht so niedrig sein, daß der Varistor bei der Versorgungsspannung E zu leiten beginnt. Mit anderen Worten, die Nennspannung sollte an die Versorgungsspannung E angepaßt werden.
  • Ein Beweis dafür, daß die erfindungsgemäße Überstrom- und Überspannungsschutzschaltung die Erdsymmetrie verbessert, ist in der Tatsache zu finden, daß die Strombegrenzungswider stände Ra und Rb der Ausführungform von Fig. 1 nicht mehr länger in der Schutzschaltung enthalten sein müssen. Die Erdsymmetrie im Falle eines niederfrequenten Signals wird durch Ra1 und Ra2 und bis zu einem gewissen Grad auch durch PTC1 und PTC2 bestimmt. Im Falle etwas höherer Signalfrequenzen, bei denen der Mittelpunktskondensator die PTC1 und PTC2 zu überbrücken beginnt, wird die Erdsymmetrie durch den Kupferwiderstand der Primärwicklung des Leitungstransformators bestimmt. V1, Ra1 und Ra2 beeinflussen nicht länger die Symmetrie. In dem Falle von hohen Signalfrequenzen wird die Erdsymmetrie durch den Übertragungsfaktor zwischen L1 und L3 plus dem Kupferwiderstand in der Primärwicklung L1, L2 bestimmt. Dieses sollte mit der bekannten in Fig. 1 dargestellten Schaltung verglichen werden, in welcher die Widerstände Ra und Rb die Erdsymmetrie bei allen Frequenzen beeinflussen.
  • Die erfindungsgemäße Überstrom- und Überspannungsschutzschaltung verbessert die Echodämpfung, da die erfindungsgemäße Schaltung die Widerstände Ra und Rb der Ausführungsform von Fig. 1 nicht enthält. Der Impedanzabgleich der Leitungsschaltung wird ebenfalls verbessert, da keine Leistung in den Widerständen Ra und Rb verbraucht wird. Sowohl der Rausch- als auch der harmonische Verzerrungsfaktor werden verringert. Die Leistung, mit welcher die Signale auf der Leitung übertragen werden, können auf der Sendeseite reduziert werden.
  • Die zusammengesetze Verlustverzerrungsdämpfung und die Grunddämpfung werden ebenfalls durch die erfindungsgemäße Überstrom- und Überspannungsschutzschaltung aufgrund der Tatsache reduziert, daß die in dem LC-Kreis der Primärseite des Leitungstransformators L2 erfahrenen Leistungsverluste aufgrund der in der erfindungsgemäßen Schaltung nichtvorhandenen Ra und Rb aus der in Fig. 1 gezeigten bekannten Schutzschaltung reduziert sind.
  • Die erfindungsgemäße Schutzschaltung verringert auch die Schleifendämpfung im Vergleich zur bekannten Schutzschaltung gemäß Fig. 1. Das kommt daher, daß das Symmetrienetzwerk auf der Sekundärseite des Leitungstransformators LT2 keine Entsprechung zu Ra und Rb benötigt. Dieses ergibt eine Erhöhung der sogenannten Hybriddämpfung zwischen dem Sender und Empfänger.
  • Es sollte beachtet werden, daß sich das Potential der Schaltungsplatte, auf welcher die erfindungsgemäße Schaltung montiert ist, nicht ändert, wenn ein Überspannungsimpuls auftritt. In dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau wird die Überspannung durch die Zenerdioden Z2 und Z4 auf die Leiterplatte geführt, was einen Anstieg des Leiterplattenpotentials mit dem daraus folgenden Risiko eines Spannungsüberschlages in den Bauelementen zur Folge hat.
  • Die Spannungsquelle E in der in Fig. 2 dargestellten Schaltung wird weggelassen, wenn die erfindungsgemäße Überstrom- und Überspannungsschutzschaltung in einer Abschlußschaltung oder in einem Netzabschluß an der R-, S- oder T-Schnittstelle eines ISDN-Netzes oder an der Teilnehmerseite eines herkömmlichen Telefonnetzes verwendet wird, womit die Notwendigkeit der Versorgungsspannung E umgangen wird.
  • Es ist selbstverständlich, daß die vorbeschriebene Ausführungsform der Erfindung in vielerlei Weise innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche geändert werden kann.

Claims (4)

1. Überspannungs- und Überstromschutzschaltung für eine Abschlußschaltung oder einen Netzabschluß, welche zwei Eingangsanschlüsse (a, b) und eine Anzahl von Ausgangsanschlüssen (T1 bis T4) aufweist, wobei die Eingangsanschlüsse für die Verbindung mit einer Zweidrahtleitung gedacht sind und die Ausgangsanschlüsse für die Verbindung mit der von der Überspannungs- und Überstronschutzschaltung zu schützenden Einrichtung gedacht sind, die Abschluß schaltung für die Zweiwegübertragung von digitalen und analogen Signale gedacht ist, die Schutzschaltung einen Leitungstransformator (LT2) mit einer Primärwicklung (L1, L2), einer Sekundärwicklung (L3) und einem Kern aufweist, wobei die Primärwicklung zwei Wicklungshälften (L1, L2) besitzt, eine erste symmetrische Schutzschaltung auf der Primärseite des Transformators angeordnet ist und einen Kondensator (C) und zwei Strombegrenzungswiderstände (Ra1, Ra2) umfaßt, wobei der Kondensator in Serie zwischen den zwei Wicklungshälften in der Weise angeschlossen ist, daß er eine Serienkombination bildet, welche über den Eingangsanschlüssen (a, b) angeschlossen ist, und eine zweite erdsymmetrische Schutzschaltung an der Sekundärwicklung des Transformators angeordnet ist und Zenerdioden (Z5 bis Z8) zur Begrenzung der Spannung über den Ausgangsanschlüssen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schutzschaltung einen Varistor (V1) und zwei temperaturabhängige Halbleiterwiderstände (PTC1, PTC2) umfaßt, wovon der eine Widerstand in Serie zwischen dem einem Ende des Varistors und dem einen Belag des Kondensators, und der andere Widerstand in Serie zwischen dem anderen Ende des Varistors und dem anderen Belag des Kondensators angeschlossen ist; und daß die Serienkombination direkt über den Eingangsanschlüssen (a, b) in Abwesenheit einer dazwischengeschalteten Widerstandsserienschaltung angeschlossen ist.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schutzschaltung einen Varistor (V2) enthält, welcher parallel über den Anschlußausgängen der Sekundärwicklung (L3) angeschlossen ist.
3. Schutzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Strombegrenzungswiderstand (Ra1) ein erstes Ende aufweist, welches mit Erde verbunden ist, und ein zweites Ende, welches mit dem einen Ende des ersten Varistors (V1) verbunden ist; und daß der zweite Strombegrenzungswiderstand (Ra2) ein erstes Ende aufweist, welches mit Erde verbunden ist, und ein zweites Ende, welches mit dem zweiten Ende des Varistors (V1) verbunden ist.
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsquelle (E) zum Liefern von Strom in die Leitung in einer bekannten Weise in Serie zwischen den ersten Enden der Strombegrenzungswiderstände (Ra1, Ra2) angeschlossen ist, und daß der eine Pol der Spannungsquelle geerdet ist.
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