Überspannungs-Schutzschaltung für elektrische Anlagen In Fernmelde-
und Signalanlagen sowie auch in Wechselspannungs- oder Gleichspannungsanlagen unter
iooo V werden zum Überspannungsschutz edelgasgefüllte Überspannungsableiter (Gasentladungsableiter)
verwendet. Wird ihre Ansprechspannung überschritten, so entsteht zwischen ihren
Metallelektroden entweder eine Glimmentladung, wenn der abfließende Strom nur geringfügig
ist, oder eine Bogenentladung, wenn ein höherer Strom abfließt.Surge protection circuit for electrical systems in telecommunications
and signal systems as well as in AC or DC voltage systems
iooo V are surge arresters (gas discharge arresters) filled with noble gas for overvoltage protection
used. If their response voltage is exceeded, between their
Metal electrodes either have a glow discharge when the current flowing away is only negligible
or an arc discharge if a higher current is discharged.
Zur Unterhaltung der Glimmentladung ist eine Spannung in der Größenordnung
von 15o bis i80 V erforderlich, während bei der Bogenentladung die Brennspannung
am Ableiter nur etwa 5o bis 8o V beträgt. Liegt die Betriebsspannung der Leitung,
zu deren überspannungsschutz der Gasentladungsableiter eingebaut ist, über der Brennspannung
der Bogenentladung, so wird die durch die Überspannung eingeleitete Entladung nach
Aufhören der 'Überspannung nicht unterbrochen, sondern durch die Betriebsspannung
weiter unterhalten. Da dies unerwünscht ist, wird vor den Ableiter eine Schmelzsicherung
geschaltet, die den Strom unterbricht und so den Ableiter vor Überlastung schützt.
Vielfach ist vor diesen Sicherungen zwischen der gegen Überspannungen zu schützenden
Leitung und Erde noch eine Grobfunkenstrecke geschaltet, deren Ansprechspannung
im allgemeinen höher als die des Gasentladungsableiters liegt. Diese Grobfunkenstrecke
hat die Aufgabe, die Fcrnmelde- und Signalanlage auch dann noch gegen Überspannungen
zu schützen, wenn die Sicherung durchgeschmolzen ist. In der österreichischen Patentschrift
116 955 .ist in Fig. i beispielsweise eine solche Schaltung dargestellt.
Auch Fig. i der österreichischen Patentschrift 1a0310 stellt eine solche Schaltung
dar. Schaltungsanordnungen
dieser Art haben den großen Nachteil,
daß die Schmelzsicherungen, die im Leitungszug vor dem Abzweigpunkt der Gasentladungsableiter
angeordnet sind, für einen verhältnismäßig kleinen Strom bemessen werden müssen
und daher bei -hohen Strömen durchschmelzen.To maintain the glow discharge, a voltage of the order of magnitude of 15o to 180 V is required, while the arc discharge voltage at the arrester is only around 50 to 8o V. If the operating voltage of the line, for whose overvoltage protection the gas discharge arrester is installed, is above the burning voltage of the arc discharge, the discharge initiated by the overvoltage will not be interrupted after the overvoltage has ceased, but will be maintained by the operating voltage. Since this is undesirable, a fuse is switched in front of the arrester, which interrupts the current and thus protects the arrester from overload. In many cases, a coarse spark gap is connected in front of these fuses between the line to be protected against overvoltages and earth, the response voltage of which is generally higher than that of the gas discharge arrester. This coarse spark gap has the task of protecting the alarm and signaling system against overvoltages even if the fuse has blown. In the Austrian patent specification 116 955, for example, such a circuit is shown in FIG. Also Fig. I of the Austrian patent specification 1a0310 shows such a circuit. Circuit arrangements of this type have the major disadvantage that the fuses, which are arranged in the line before the branch point of the gas discharge arrester, have to be dimensioned for a relatively small current and therefore at -high Melt flow through.
- Der Gäsentladungsableiter, der zwischen Leitung. Lind Erde liegt,
soll aber gerade auch die hohen Stoßströme ableiten können, die beiBlitzeinschlägen
in die zu schützende Leitung auftreten. Diese Stöß. ; ströme können Werte bis zu
einigen tausend Ampere annehmen. Gasentladungsableiter lassen sich durchaus so bauen,
daß sie Stoßströme dieser- Größen= ordnung ableiten können. Liegen sie aber, wie
es im allgemeinen der Fall ist, hinter einer Schmelzsicherung, die nur für einen
kleinen Ström bemessen ist, so kann ihr Ableitvermögen-gar nicht ausgenutzt werden.
Es besteht sogar die Möglichkeit, daß in einem solchen Falle die Schmelzsicherung
unter der Einwirkung des hohen Stoßstromes durchschmilzt, dadurch der Gasentladungsableiter
von der zu schützenden Leitung abgetrennt und die Überspannung nicht vollständig
zur Erde abgeleitet wird.- The gas discharge arrester between the line. And earth lies
but should also be able to divert the high surge currents caused by lightning strikes
occur in the line to be protected. This bump. ; currents can have values up to
accept a few thousand amps. Gas discharge arresters can be built in such a way
that they can divert surge currents of this magnitude. But if they lie, how
it is generally the case behind a fuse that is only for one
If the current is small, its discharge capacity cannot be used at all.
There is even the possibility that in such a case the fuse
melts under the effect of the high surge current, thus the gas discharge arrester
disconnected from the line to be protected and the overvoltage not complete
is derived to earth.
An Fernmelder und Signalleitungen dient nun derselbe Gasentladungsableiter
nicht nur dem Schutz gegen Gewitterüberspannungen, sondern hat auch die Aufgabe,
die Fernmelder und Signalanlage zu schützen, wenn beispielsweise eine Starkstromfreileitung
in Berührung mit der Fernmeldefrei-Leitung kommt. Auch hierbei soll der Ableiter
an= sprechen, würde aber in all den Fällen wegen Überlastung zerstört werden, in
denen die Berührung zwischen den Freileitungen bestehenbleibt.The same gas discharge arrester is now used on the telecommunications device and signal lines
not only protection against thunderstorm overvoltages, but also has the task of
to protect the telecommunications and signaling system, for example if there is an overhead power line
comes into contact with the telecommunications free line. Here, too, the arrester should
an = speak, but would be destroyed in all cases due to overload, in
where the contact between the overhead lines remains.
Während bei der Ableitung eines hohen Stoßstromes die vorgeschaltete
Schmelzsicherung möglichst nicht abschalten soll, muß im Falle der bestehenbleibenden
Berührung zwischen einer Starkstrom- und einer Fernmeldefreileitung die Schmelzsicherung
unbedingt durchschmelzen und die zu schützende Fernmelder oder Signalanlage von
der Gefährdungsstelle abtrennen. Diese Aufgabe kann die Schmelzsicherung aber nur
dann--erfülldn, wenn sie für einen kleinen Strom bemessen wird.During the discharge of a high surge current, the upstream
The fuse should not switch off if possible, must in the case of the existing one
Contact between a high-voltage line and an overhead communication line, the fuse
absolutely melt through and the telecommunications or signaling system to be protected from
cut off the hazard point. The fuse can only do this
then - meet if it is rated for a small current.
Die erheblichen technischen Nachteile der bisher gebräuchlichen Schaltungsanordnungen
vermeidet die Schältungsariordnung nach dem Erfindungsgedanken. Sie schafft die
Möglichkeit; daß einerseits die hohen Stoßströme, die durch Gewittereinwir-, kung
entstehen, unter voller Ausnutzung des hohen Stoßstromableitvermögens der Gasentladungsableiter
'ohne Unterbrechung der Fernmelder oder Signalanlage zur Erde abgeleitet werden,
und daß andererseits im Falle der Dauerberührung.zwischen einer Starkstromfreileitung
und der ankommenden Fernmeldeleitung die zu schützende Fernmelder oder Signalanlage
durcheine vorgeschaltete Schmelz= sicherung von- der Gefahrenstelle abgetrennt wird.The considerable technical disadvantages of the circuit arrangements in use up to now
avoids the peeling arrangement according to the concept of the invention. She can do it
Opportunity; that on the one hand the high surge currents caused by thunderstorms
arise, taking full advantage of the high surge current discharge capacity of the gas discharge arrester
'' be diverted to earth without interrupting the telecommunications or signaling system,
and that on the other hand in the case of permanent contact between an overhead power line
and the incoming telecommunication line the telecommunication or signaling system to be protected
is separated from the hazardous area by an upstream fuse.
' In Bild i ist die Schaltung nach dem Erfindungsgedanken dargestellt.-
Eine Freileitung i speist über eine Schmelzsicherung 2, die nur für -einen kleinen
Strom bemessen ist,'- eine elektrische: Anlage 3, die gegen Überspannungen geschützt
werden soll. Hierzu dient -der-Gasentladungsäb.leiter 4, der von der Frei-Leitung
aus gesehen hinter, der Schmelzsicherung 2 abzweigt und@einseitiglei 5 geerdet ist.
Parallel zu der Schmelzsicherung 2 ist ein weiterer Gasentiadungsableiter 6 geschaltet,
dessen Ansprechspannung höher liegen kann als die Ansprechspannung des Ableiters
4. Beim Auftreten einer Überspannung auf der Freileitung i spricht der Ableiter
4 an, wenn seine Ansprechspannung erreicht wird. Fließt unter der Einwirkung der
Überspannung ein sehr hoher Stoßstrom (Größenordnung bis zu einigen tausend Ampere)
über den Ableiter 4 zur Erde ab; so entsteht an der Schmelzsicherung :2 stoßartig
ein so hoher -Spannungsabfall, daß der Ableiter 6 mit Sicherheit zum Ansprechen
kommt. Der hohe Stoßstrom fließt dann bevorzugt über den Ableiter 6, und die Schmelzsicherung
2- wird dadurch entlastet, so daß sie nicht durchschfnilzt. Die Ansprechspannung
des Ableiters 6 muß so gewählt werden, daß der Ableiter anspricht, ehe eine Überlastung
der Schmelzsicherung 2 eintreten kann. Ist die Überspannung auf der Freileitung
i vollständig zur Erde abgeleitet, so erlöschen die Bogenentladungen in den Ableitern
6 und 4 von selbst, wenn die Betriebsspannung der Freileitung i gegen Erde kleiner
ist als die Bogenbrennspannung des Ableiters 4. Dies ist im allgemeinen bei Fernmelder
und Signalantagen der Fall.'The circuit according to the inventive idea is shown in Figure i.
An overhead line i feeds through a fuse 2, which is only for a small one
Current is rated, '- an electrical: system 3, which is protected against overvoltages
shall be. For this purpose the gas discharge line 4, that of the free line, is used
Seen from behind, the fuse 2 branches off and @ one-sided 5 is grounded.
Another gas discharge arrester 6 is connected in parallel to the fuse 2,
whose response voltage can be higher than the response voltage of the arrester
4. If an overvoltage occurs on the overhead line i, the arrester speaks
4 when its response voltage is reached. Flows under the action of
Overvoltage a very high surge current (order of magnitude up to a few thousand amperes)
via the arrester 4 to earth; this is how the fuse arises: 2 abruptly
such a high voltage drop that the arrester 6 is certain to respond
comes. The high surge current then preferably flows via the arrester 6 and the fuse
2- is thereby relieved so that it does not melt through. The response voltage
of the arrester 6 must be chosen so that the arrester responds before an overload
the fuse 2 can occur. Is the overvoltage on the overhead line
i completely discharged to earth, the arc discharges in the arresters are extinguished
6 and 4 by themselves if the operating voltage of the overhead line i to earth is lower
is than the arc voltage of the arrester 4. This is generally in the case of telecommunications
and signaling the case.
Würde auf der Freileitung i eine :Überspannung bestehenbleiben, die
größer als- die Bogenbrennspanhung des Ableiters 4 ist, wie es im Falle der Berührung
der Freileitung i mit einer Starkstromfreileitung der Fall ist, so wird der Stromfluß
über den Ableiter 4 zur Erde 5 'hin so lang,. aufrechterhalten, bis die. Schmelzsicherung
2 durchschmilzt und- damit die elektrische Anlage 3 und den Ableiter 4 von der Freileitung
abtrennt. Wenn die Ansprechspannung des Ableiters 6 höher ist als die Überspannung
auf der Freileitung i gegen Erde, so führt .der Ableiter 6 keinen- Strom, die Anlage
ist also vor der Überspannung auf der Freileitung i vollkommen geschützt. In Fernmelder
und Signalanlagen muß' eine ''solche Schaltung einen vollkommenen Schutz gegen alle
möglichen Gewitterüberspannungen und für den Fall der Berührung der Fernmeldefreileitung
mit einer Niederspannungs-Siarkströmleitung geben. ' -Hier-.bei = "kann äüf :der
Fernmeldeleitung höchstens eine -Spannung= von 22o V -gegen Erde. auftreten. -Die
Ansp.rec'hwechsel-Spannung des Ableiters 6 muß-also für diesen Fall größer als 220
V sein.. --- -In der Schaltung nach Bild 2 ist der Gasentla@ dungsableiter-6 parallel
zu der Schmelzselherung; 2 durch einen spannungsabhängigen Widerstand-7 -ersetzt,-
der bei :hoher- überspannung.einen geringfügigen Widerstandswert, bei geringer Spannung
aber einen sehr hohen -Widerstandswert hat: Ein solcher spannungsabhängiger Widerstand,
wie er auch, in überspannungsableitern für Hochspannung verwendet wird, läßt also
bei hohen Überspannungen einen.großen Stoßstrom- nahezu uhgehindert -durch, sperrt
aber- bei=-_.geringer Überspannung nahezu-vollkommen. Die Widerstandske_nnlinie.des
-spannungsabhängigen: Wicletstandea @Yiwß. guf"die
Strom-Zeit-Kennlinie
der Schmelzsicherung 2 abgestimmt sein.Would an overvoltage persist on the overhead line i, the
is greater than the arc voltage of the arrester 4, as in the case of contact
the overhead line i is the case with an overhead power line, the current flow is
via the arrester 4 to earth 5 'so long. sustained until the. Fuse
2 melts through and thus the electrical system 3 and the arrester 4 from the overhead line
separates. When the response voltage of the arrester 6 is higher than the overvoltage
on the overhead line i to earth, the arrester 6 does not carry any current, the system
is therefore completely protected from the overvoltage on the overhead line i. In telecommunications
and signal systems must 'a' such circuit a perfect protection against all
possible thunderstorm overvoltages and in the event of contact with the telecommunication line
with a low-voltage Siarkstrom line. '-Here-. Bei = "can also: the
Telecommunication line has a maximum voltage of 22o V to earth. appear. -The
The response voltage of the arrester 6 must be greater than 220 in this case
V be .. --- -In the circuit according to Figure 2, the gas discharge arrester-6 is parallel
to smelting; 2 replaced by a voltage-dependent resistor -7, -
the at: high overvoltage. a slight resistance value, at low voltage
but has a very high resistance value: Such a voltage-dependent resistor,
as it is also used in surge arresters for high voltage, so leaves
in the event of high overvoltages, a large surge current is almost prevented by, blocks
but- with = -_. low overvoltage almost-perfect. The resistance line of the
-voltage dependent: Wicletstandea @ Yiwß. guf "the
Current-time characteristic
the fuse 2 must be matched.
In der Überspannungsschutzschaltung nach dem Erfindungsgedanken liegt
also parallel zu einer Schmelzsicherung 2, die die Anlage bei Dauerüberspannungen
und dadurch aufrechterhaltener Dauerentladung des Gasentladungsableiters q. abtrennt,
ein weiterer Gasentladungsableiter 6, dessen Ansprechspannung gleich oder größer
ist als die des Gasentladungsableiters q. in Reihe zu der Schmelzsicherung 2, und
der bei der Ableitung hoher Stoßströme die Stromleitung so weit übernimmt, daß die
Schmelzsicherung 2 nicht durchschmilzt. An Stelle des Gasentladungsableiters 6 kann
auch ein spannungsabhängiger Widerstand verwendet werden, der bei hoher Spannung
einen kleinen und bei geringer Spannung einen sehr hohen Widerstand hat. Diese Überspannungs-Schutzschaltungen
bedeuten gegenüber den bisher üblichen Schaltungen insofern einen wesentlichen technischen
Fortschritt, als sie es ermöglichen, das hohe Stoßstromableitvermögen von Gasentladungsableitern
trotz einer vorgeschalteten, schwach bemessenen Schmelzsicherung voll auszunützen.In the overvoltage protection circuit according to the inventive concept lies
so parallel to a fuse 2, which the system in the event of permanent overvoltages
and thereby maintained continuous discharge of the gas discharge arrester q. separates,
another gas discharge arrester 6, the response voltage of which is equal to or greater than that
is than that of the gas discharge arrester q. in series with the fuse 2, and
which takes over the power line so far when discharging high surge currents that the
Fuse 2 does not melt through. Instead of the gas discharge arrester 6 can
a voltage-dependent resistor can also be used, which at high voltage
has a low resistance and a very high resistance when the voltage is low. These overvoltage protection circuits
mean in comparison to the circuits customary up to now an essential technical one
Progress as they allow the high surge current discharge capacity of gas discharge arresters
to be used to the full despite an upstream, weakly dimensioned fuse.