EP0090336A2 - Schaltungsanordnung zur Entladung von Kapazitäten mittels eines Relais - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Entladung von Kapazitäten mittels eines Relais Download PDF

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EP0090336A2
EP0090336A2 EP83102853A EP83102853A EP0090336A2 EP 0090336 A2 EP0090336 A2 EP 0090336A2 EP 83102853 A EP83102853 A EP 83102853A EP 83102853 A EP83102853 A EP 83102853A EP 0090336 A2 EP0090336 A2 EP 0090336A2
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EP
European Patent Office
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contact
relay
voltage
arc
series circuit
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EP83102853A
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English (en)
French (fr)
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EP0090336B1 (de
EP0090336A3 (en
Inventor
Heinz Dipl.-Ing. Kraicar
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP0090336A3 publication Critical patent/EP0090336A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for discharging capacities by means of a relay, a choke and a resistor being arranged in series with a contact of the relay and an RC series circuit being provided in parallel with the contact, in particular for automatically closing an interrupted remote feed loop before Interruption point in the operational remote feed loop of a remote feed device.
  • the remote-powered intermediate regenerator stations or amplifiers.tellen of a long-range communication system can contain so-called switching accessories, which have the task of closing the remote feed circuit before the faulty amplifier field in the event of a line break.
  • the fault location can then be carried out using a system-specific location procedure.
  • the high remote voltage can be found between the open contacts voltage of eg 1200 V is constantly present.
  • the line capacities charged to this voltage in particular the size of several microfarads, must be able to discharge through it.
  • the choke coil serves as a protective circuit for the contact together with the RC series circuit arranged parallel to the contact.
  • the object of the invention is to design a circuit arrangement of the type mentioned at the outset such that it can be accommodated in the smallest possible space with great availability.
  • the circuit arrangement should be suitable for closing a remote feed loop interrupted in the event of a fault by the relay contact.
  • the high voltages that arise after the interruption between the cable cores are short-circuited by the relay contact.
  • the resulting discharge currents of the cable capacities must Can also carry relay contact.
  • the circuit arrangement for solving this problem is designed in such a way that the inductor has a core made of saturable magnetic material and that the inductance of the unsaturated inductor is so large that an arc which arises when the contact closes at the contact after the winding capacity of the inductor has been charged goes out and that the capacitor of the RC series circuit is dimensioned so large that after the arc has been extinguished, the voltage generated at the RC series circuit during the closing process of the contact remains below the minimum value of the breakdown voltage of the contact.
  • the resistance of the RC series circuit is expediently dimensioned in such a way that its voltage component in the voltage increasing at the contact after the arc has extinguished is only about 10 percent.
  • the circuit arrangement is designed in such a way that the inductance effective in the unsaturated state of the choke is dimensioned such that the current flowing through the choke following the closing of the contact is smaller at the maximum value of the voltage that can be supplied by the supply device to the remote feed path is the limit value of the current specified for the contact at which no arcing occurs.
  • the circuit arrangement can also be further perfected with regard to this problem in that a two-pole circuit is arranged parallel to the choke, which is blocked when the contact is open and is permeable when the contact closes after a predetermined delay time.
  • the circuit arrangement is designed such that the relay is a relay with a non-bouncing contact, in particular with a mercury film contact. This has the advantage that the throttle needs to be dimensioned for only a short closing time of the contact and can therefore be kept particularly small.
  • the remote feed device shown in FIG. 1 contains the feed point 1, which emits an impressed remote feed current I F to a remote feed loop 8 as a constant current source. Via the remote feed loop 8, several intermediate points containing amplifiers or regenerators are fed. Of a large number of intermediate points, only the intermediate point 2 with the switching additive 3 and the intermediate point 2 1 with the switching additive 3 1 are shown in FIG. 1. Each intermediate point contains two amplifiers, each of which is assigned to a direction of transmission. Both amplifiers can optionally be provided for one and the same transmission direction. The power supply inputs of the amplifiers of an intermediate point are each in different current paths 81, 82 of the remote feed loop 8.
  • the switching additive 3 or 3 1 is arranged on the side of the amplifier facing away from the feed point 1.
  • the excitation winding of the switching relay A or A ' whose normally closed contact a or a' is connected in series to a resistor R or R 'in a shunt arm which is connected from the supply point 1, is inserted into the one remote supply current path 81 of the further part of the remote supply loop 8 seen behind the amplifiers or regenerators 21, 22 or 21 ', 22' and before the excitation winding of the relay A or A '.
  • the remote feed circuit runs in particular via the inner conductors of the coaxial cables of a four-wire transmission link or in a remote feed cable, for example in the case of optical fiber transmission links.
  • the amplifiers or regenerators are provided with remote feed switches which separate the remote feed loop and signal transmission paths from one another and bring them together again in the intermediate point.
  • FIG. 2 A switching accessory, which is suitable for a device of the type shown in FIG. 1 and thereby enables the use of space-saving small relays, is shown in FIG. 2.
  • Switching relay A is the component used to close the replacement remote feed loop. In the event of a line interruption, its normally closed contact a connects the two remote feed current paths 81, 82 to one another via the resistor 11 and the choke 33.
  • the choke 33 serves as contact protection when closing the normally closed contact a. It initially takes on the high remote supply voltage +, -, which can prevail between the supply current paths 81, 82, and only saturates, for example after a few 100 / us, when the normally closed contact a has closed securely.
  • the series connection of the resistor 15 and the capacitor 23, which is parallel to the contact a, serves as contact protection when the normally closed contact a is closed.
  • the circuit arrangement shown in Fig. 2 makes it possible to discharge charged to high voltage capacity smaller by relay switching performance, especially up to about '1400 V charged capacity cable in remote power supply circuits. Such high voltages can occur in particular if, after an interruption in the remote feed circuit, the remote feed device operating as a constant current source continues to feed and changes to the voltage limitation state.
  • the inductance of the series choke 33 is also chosen so large that the relay contact a is acted upon during the closing process with such a reduced current that an arc ignited via the contact a immediately extinguishes.
  • the RC series circuit protects the contact during the closing process against repeated ignition of an arc.
  • the RC series circuit acts as contact protection during the closing process in that it relates to the Inductance of the inductor is dimensioned in a special way.
  • the number of these breakdowns during the approach of the contact pieces can thereby advantageously be based on a single limit that the contact a with the capacitor 23 is bridged.
  • the capacitor 23 discharges approximately to zero voltage.
  • the resistor 15 serves to limit the discharge current.
  • the voltage at contact a can only charge in accordance with the capacitance of capacitor 23 and the size of the choke equivalent resistor.
  • the capacitance of the capacitor 23 and the equivalent resistance of the choke 33 cause the voltage rise across the capacitor 23 to be so slow that the contact pieces of the contact a are already in contact before the voltage across the capacitor exceeds the minimum voltage at which the contact pieces re-enter Flashover or arc can form, ie before the minimum value of the breakdown voltage is reached.
  • the necessary size of the capacitor 23 results from the limit mentioned for the voltage rise.
  • the upper limit of the resistor 15 is given by the voltage which increases suddenly after the arc has been extinguished at the resistor 15. This voltage, determined by the value of the resistor 15 and the magnetizing current of the choke 33, is kept so low by the dimensioning of the resistor 15 that it does not lead to a new ignition of an arc.
  • the RC series circuit 15, 23 dimensioned in this way has a particularly advantageous effect in the case of non-bouncing contacts, in particular in the case of mercury film contacts, since the choke coil 33 then does not have to be dimensioned additionally for the entire bounce time.
  • the circuit arrangement can advantageously also be used in dining areas, in order to reduce the output voltage to a non-hazardous value in the event of an interruption in the outgoing remote feed current paths.
  • the choke 33 is a choke coil with an iron core, in which the inductance collapses to small values after saturation of the core.
  • the voltage time area, which is applied until the choke coil is saturated, is so large that the choke coil only saturates after a delay time T.
  • This delay time T is greater than the time T s that the contact needs after closing to come to rest. In the case of contacts wetted with mercury, this time takes up to 100 jU s depending on the type.
  • the inductance L of the choke 33 fulfills a further condition: it is so great during the time T s that the current through the choke coil does not exceed a certain size during this time. This current is less than the specified current at which no arcing occurs.
  • the area free of arcs can be seen from the diagram according to FIG. 3. This diagram is given for the relay.
  • the capacitance C of the wiring capacitor 23 must not be less than a critical size C k . If the contact pieces approach each other when the contact a closes, the first breakdown occurs before the contact pieces touch. Simultaneously with this first breakdown, the capacitor 23 discharges via the resistor 15 and the contact a like an arc and the capacitor 23 is de-energized. At the same time, the capacity of the choke winding charges up. The current that feeds this arc stops and the arc breaks off. The current commutates to the RC circuit element and charges the capacitance C k with a certain rate of voltage rise. Now the voltage at contact a must not become higher than the specified voltage U kl until the final closing, at which no arc arises when closing.
  • u max is the maximum possible voltage between the cable cores after the remote feed loop is interrupted.
  • T k is the time from the first breakdown until the contact a is finally closed.
  • the breakdown field strength can be used to determine the contact distance at which the first breakdown or arc occurs during the closing process.
  • the time T k can then be determined via the contact speed and this distance.
  • the value R of the resistor 15 is the discharge resistor for the capacitance C k . It may only be so large that its voltage share of the voltage that increases at the contacts after the first arc is extinguished is only about 10%
  • the resistance R should not fall below a minimum value. It should be at least so large that the current which arises when the contact is finally closed due to the discharge of the wiring capacitor is still in the arcing-free range specified for contact a.
  • a relay is expediently used, the contact of which is not damaged during the arc-like discharge of the circuit or can withstand a sufficiently large number of such discharges.
  • the possible number of switching cycles taking into account the arc-like discharge of the capacitor 23 can e.g. be determined by endurance tests.
  • the response winding 32 of the relay A can be activated with the aid of a first auxiliary relay C which is connected to the resistor 11 via a first delay circuit 61 of the cross branch is connected.
  • Parallel to the choke 33 is a normally open contact b of a second auxiliary relay B, which is connected to the resistor 11 of the shunt arm via a second delay circuit 62.
  • Both delay circuits 61, 62 each contain an RC series circuit 14, 51; 13, 52 and a transistor 71, 72.
  • the auxiliary relay C or B assigned to the delay circuit 61 or 62 is located between the capacitor-side connection of the series circuit 14, 51 or 13, 52 and the emitter of the transistor 71, 72.
  • the transistor 71 and 72 is connected to the collector at the resistance-side connection of the series circuit 14, 51 and 13, 52 and with its base to the connection point between the resistor 14 and 13 and the capacitor 51 and 52 of the series circuit 14, 51 and 13, 53 out.
  • the delay time of the first delay circuit 61 is longer than that of the second delay circuit 62.
  • a circuit for voltage stabilization is connected with a Z-diode 45 led to the resistor 11 of the shunt arm via a series resistor 12.
  • the resistor 12 serves as protection against overcurrent pulses for the Z diode 45, which supplies a constant operating voltage for the delay circuits.
  • a make contact c of the first auxiliary relay C is arranged in series with the response winding 32.
  • the series connection of the normally open contact c and the response winding 32 is bridged by a diode 41 which is polarized in the forward direction for the remote feed current I F.
  • the prerequisite here is that the voltage drop in the response current at the resistance of the response winding is sufficiently lower than the threshold voltage of the diode 41. If the voltage drop is higher, the diode 41 must pass through two or a corresponding number of threshold values be replaced so that when the contact c is closed, the entire response current flows through the winding 32.
  • Parallel to the series circuit formed from the holding winding 31 and the response winding 32 of the switching relay A and the normally open contact c of the first auxiliary relay C are two antiparallel connected diode branches 44 and 42, 43.
  • the diodes 42, 43 and 44 serve to protect the relay winding against overcurrent pulses the distance that can be caused by lightning strikes or induced surges in the cable.
  • the diode branch polarized in the forward direction for the remote supply current I F with the diode paths 42, 43 contains such a number of diode paths that the voltage at the holding winding 31 of the switching relay A is limited by the diode branch 42, 43 at the nominal value of the remote supply current I F.
  • the inductor 33 After the discharge of the line via the shunt arm of the switching additive, the inductor 33 is short-circuited via the contact b of the auxiliary relay B which is actuated with a corresponding delay.
  • the protective choke 33 is therefore only bypassed after the section discharge current has flowed through, ie after its protective function has expired. On the one hand, this avoids unnecessary power loss at the choke 33 due to the remote feed current now flowing through the shunt arm, and on the other hand also initiates the demagnetization of the saturated choke.
  • the winding changeover carried out with switching relay A prevents overexcitation and ensures a trouble-free interaction of the switching additives on the route. It allows the activation of the response winding. to use a simple work contact. As shown in FIG. 2, the response winding 32 of the relay A is connected in series with the holding winding 31 by means of the contact c switched. After switching relay A responds, this connection is opened; the remote feed current then flows via the diode bypass 41 directly to the holding winding 31.
  • the switching relay A does not respond again until the protective inductor 33 has demagnetized via the short circuit of the contact b and has, as it were, become capable of being protected again.
  • the current flowing in the transverse branch during the discharge process of the cable capacitance is initially limited by the choke 33.

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  • Electronic Switches (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Entladung von Kapazitäten mittels eines Relais, bei der in Serie zu einem Kontakt des Relais eine Drossel und ein Widerstand angeordnet sind. Eine derartige Schaltungsanordnung soll mit einem möglichst kleinen Relais realisiert werden können, das mit einer kleinen Schaltleistung auskommt. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß die Drossel sättigbar und hinsichtlich des magnetischen Sättigungsflusses und des Magnetisierungsstromes in bezug auf die für den Relaiskontakt gültigen Werte der Schließzeit und der Überschlagsspannung bemessen ist und daß der Kontakt durch eine parallel geschaltete, in bezug auf die Drossel bemessene RC-Serienschaltung während des Schließvorganges geschützt ist. Die Erfindung läßt sich insbesondere bei Schaltzusätzen von ferngespeisten Zwischenverstärkern bzw. Regeneratoren verwenden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Entladung von Kapazitäten mittels eines Relais, wobei in Serie zu einem Kontakt des Relais eine Drossel und ein Widerstand angeordnet sind und parallel zum Kontakt eine RC-Serienschaltung vorgesehen ist, insbesondere zum selbsttätigen Schließen einer unterbrochenen Fernspeiseschleife vor der Unterbrechungsstelle in der betriebsmäßig vorgesehenen Fernspeiseschleife einer Fernspeiseeinrichtung.
  • Eine derartige Schaltungsanordnung ist bereits aus der Siemens-Zeitschrift 48 (1974) Beiheft "Nachrichten-übertragungstechnik", Seite 111, Bild 5 bekannt.
  • Die fernstromversorgten Zwischenregeneratorstellen bzw. -verstärkers.tellen eines Nachrichten-Weitverkehrssystems können sogenannte Schaltzusätze enthalten, welche die Aufgabe haben, im Falle einer Streckenunterbrechung den Fernspeisekreis vor dem fehlerhaften Verstärkerfeld wieder zu schließen. Die Fehlerortung kann dann über ein systemeigenes Ortungsverfahren erfolgen.
  • Aus der genannten Veröffentlichung ist es bekannt, zu diesem Zweck in den Schaltzusätzen Schaltrelais mit einem Ruhekontakt einzusetzen, deren Spule im Normalbetrieb vom Fernspeisestrom durchflossen ist und den Kontakt offen hält. Im Falle einer Streckenunterbrechung schließt der Kontakt und verbindet beide Fernspeisestrompfade miteinander.
  • Zwischen den geöffneten Kontakten kann die hohe Fernspeisespannung von z.B. 1200 V dauernd anliegen. Beim Schliessen müssen sich die auf diese Spannung aufgeladenen Streckenkapazitäten, insbesondere in der Größe von mehreren Microfarad über ihn entladen können. Als Schutzschaltung für den Kontakt dient die Drosselspule zusammen mit der parallel zum Kontakt angeordneten RC-Serienschaltung.
  • Der Schutz eines Kontaktes während des öffnungsvorganges und durch eine RC-Serienschaltung ist auch aus der US-PS 3 601 622 bekannt.
  • Es ist ferner bereits bekannt (Quecksilberfilmkontakt-Relais, Standard-Relais Katalog, Mai 1976, C.P. Clare International N.V.), verschiedenartige Maßnahmen zum Kontaktschutz vorzusehen. Für verschiedene Bereiche eines Stromspannungsdiagramms werden bestimmte Schutzbeschaltungen empfohlen. Dabei werden ein erster Bereich, bei dem keine Lichtbogenbildung auftritt und kein Kontaktschutz nötig ist, ein zweiter Bereich mit Lichtbogenbildung beim Öffnen der Kontakte und Kontaktschutz mit RC-Glied und ein dritter Bereich mit Lichtbogenbildung beim öffnen und beim Schließen und Kontaktschutz durch ein RC-Glied mit Diode unterschieden. Die Schutzschaltungen haben den Zweck, dem Kontakt zu helfen, die listenmäßige Schaltleistung, Schaltströme und Schaltspannungen beim Ein- und Ausschalten zu bewältigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sie bei großer Verfügbarkeit auf möglichst kleinem Raum untergebracht werden kann. Insbesondere soll die Schaltungsanordnung geeignet sein, eine im Störungsfall unterbrochene Fernspeiseschleife durch den Relaiskontakt wieder zu schließen. In diesem Fall werden die nach der Unterbrechung entstehenden hohen Spannungen zwischen den Kabeladern vom Relaiskontakt kurzgeschlossen. Die dabei auftretenden Entladeströme der Kabelkapazitäten muß der Relaiskontakt ebenfalls tragen können.
  • Eine Erkenntnis im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß eine besondere Bemessung der Drossel und der RC-Serienschaltung es einem Relais, das die gewünschte geringe Erregerleistung, große Langzeitverfügbarkeit und Kleinheit hat, ermöglicht, die hohen Spannungen und Ströme einzuschalten, obwohl diese weit über den an sich zulässigen Listenwerten liegen.
  • Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung zur Lösung dieser Aufgabe derart ausgebildet, daß die Drossel einen Kern aus sättigbarem Magnetmaterial aufweist und daß die Induktivität der ungesättigten Drossel derart groß bemessen ist, daß ein beim Schließen des Kontaktes am Kontakt entstehender Lichtbogen nach Aufladung der Wicklungskapazität der Drossel erlischt und daß der Kondensator der RC-Serienschaltung derart groß bemessen ist, daß nach dem Verlöschen des Lichtbogens die an der RC-Serienschaltung entstehende Spannung während des Schließvorganges des Kontaktes unterhalb des Minimalwertes der überschlagsspannung des Kontaktes bleibt. Zweckmäßigerweise ist der Widerstand der RC-Serienschaltung derart bemessen, daß sein Spannungsanteil an der nach dem Verlöschen des Lichtbogens am Kontakt anwachsenden Spannung nur etwa 10 Prozent beträgt.
  • Durch diese Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Schaltungsanordnung, die es dem Relaiskontakt gestattet, gegenüber den Listenwerten höhere Spannungen und höhere Ströme einzuschalten. Dabei ergibt sich eine erhebliche Erhöhung der Einschaltleistung des Relaiskontaktes, so daß Relais mit weniger robusten Kontakten Verwendung finden können. Insbesondere dürfen die mit Hilfe des Relais kurzzuschließenden Kapazitäten auf wesentlich höhere Spannungen aufgeladen sein, als dies bei Anwendung üblicher Bemessungsregeln möglich wäre.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schaltungsanordnung derart ausgebildet, daß die im ungesättigten Zustand der Drossel wirksame Induktivität derart bemessen ist, daß beim Maximalwert der von der Speisevorrichtung an die Fernspeisestrecke abgebbaren Spannung der im Anschluß an ein Schließen des Kontaktes durch die Drossel fließende Strom kleiner ist als der für den Kontakt vorgegebene Grenzwert des Stromes, bei dem noch keine Lichtbogenbildung auftritt.
  • Sollen sowohl ein möglichst kleines Relais als auch eine möglichst kleine Schutzdrossel für den Kontakt verwendet werden, so erscheint dies zunächst praktisch nicht durch- . führbar, da die Kontakte eines kleinen Relais mit geringerem Schaltvermögen eine höhere Induktivität zu ihrem Schutz benötigen und eine Erhöhung der Windungszahl der Drosser bei geringerer Baugröße eine starke Zunahme des Wicklungswiderstandes bedeutet. Dies hätte aber eine unzulässig große Erhöhung der Verlustleistung im Querzweig des Schaltzusatzes während einer Streckenunterbrechung zur Folge.
  • In Weiterbildung der Erfindung läßt sich die Schaltungsanordnung auch im Hinblick auf dieses Problem dadurch weiter vervollkommnen, daß parallel zur Drossel ein Zweipol angeordnet ist, der bei geöffnetem Kontakt gesperrt und bei Schließen des Kontaktes nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit durchlässig ist. Durch diese Maßnahmen ergibt sich, daß man bei der Schaltungsanordnung zur Entladung von Kapazitäten mit einer Drossel kleinerer Bauform auskommt, da die Drossel jeweils nach Ablauf der Schutzfunktion kurzgeschlossen wird und daher insbesondere thermisch nicht für Dauerbetrieb bei geschlossenem Kontakt ausgelegt zu werden braucht. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß beim Öffnen des Kontaktes keine induzierte Spannung an der Drossel auftritt, an dem sich öffnenden Kontakt somit lediglich die niedrige Spannung der entladenen Kabelkapazität anliegt und daher ein beim öffnen des Kontaktes wirksamer Schutz des Kontaktes nicht erforderlich ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schaltungsanordnung derart ausgebildet, daß das Relais ein Relais mit nicht prellendem Kontakt, insbesondere mit Quecksilberfilmkontakt ist. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß die Drossel für eine nur geringe Schließzeit des Kontaktes bemessen zu werden braucht und daher besonders klein gehalten werden kann.
  • Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 eine bekannte Einrichtung zur Gleichstrom-Reihenspeisung von Zwischenstellen einer Nachrichten- Übertragungseinrichtung,
    • Fig. 2 einen Schaltzusatz für ferngespeiste Zwischenverstärkerstellen,
    • Fig. 3 ein Strom-Spannungs-Diagramm für einen RelaisKontakt,
    • Fig. 4 einen Schaltzusatz mit verzögert kurzschließbarer Drossel und
    • Fig. 5 ein Strom-Spannungs-Diagramm für die nach Fig. 2 vorgesehene Drossel.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Fernspeiseeinrichtung enthält die Speisestelle 1, die als Konstantstromquelle einen eingeprägten Fernspeisestrom IF an eine Fernspeiseschleife 8 abgibt. über die Fernspeiseschleife 8 werden mehrere Zwischenstellen, die Verstärker oder Regeneratoren enthalten, gespeist. Von einer Vielzahl von Zwischenstellen sind in Fig. 1 lediglich die Zwischenstelle 2 mit dem Schaltzusatz 3 und die Zwischenstelle 21 mit dem Schaltzusatz 31 dargestellt. Jede Zwischenstelle enthält zwei Verstärker, von denen jeder einer Übertragungsrichtung zugeordnet ist. Beide Verstärker können ggf. für ein und dieselbe Obertragungsrichtung vorgesehen sein. Die Stromversorgungseingänge der Verstärker einer Zwischenstelle liegen jeweils in verschiedenen Strompfaden 81, 82 der Fernspeiseschleife 8.
  • Der Schaltzusatz 3 bzw. 31 ist jeweils auf der der Speisestelle 1 abgewandten Seite der Verstärker angeordnet. In den einen Fernspeisestrompfad 81 des weiterführenden Teiles der Fernspeiseschleife 8 ist die Erregerwicklung des Schaltrelais A bzw. A' eingefügt, dessen Ruhekontakt a bzw. a' in Serie zu einem Widerstand R bzw. R' in einem Querzweig liegt, der von der Speisestelle 1 gesehen hinter den Verstärkern bzw. Regeneratoren 21, 22 bzw. 21', 22' und vor der Erregerwicklung des Relais A bzw. A' liegt. Der Fernspeisekreis verläuft insbesondere über die Innenleiter der Koaxialkabel einer Vierdraht-Übertragungsstrecke oder in einem Fernspeisekabel, z.B. bei Lichtwellenleiter-Übertragungsstrecken. In diesem Fall sind - was in Fig. 1 nicht näher dargestellt ist - die Verstärker bzw. Regeneratoren mit Fernspeiseweichen versehen, die in der Zwischenstelle Fernspeiseschleife und Signalübertragungswege voneinander trennen und wieder zusammenführen.
  • Ein Schaltzusatz, der für eine Einrichtung nach Art der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung geeignet ist und dabei den Einsatz platzsparender kleiner Relais ermöglicht, ist in Fig. 2 dargestellt.
  • Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schaltrelais A das zum Schließen der ersatzweisen Fernspeiseschleife dienende Bauteil. Bei einer Streckenunterbrechung verbindet sein Ruhekontakt a die beiden Fernspeisestrompfade 81, 82 über den Widerstand 11 und die Drossel 33 miteinander.
  • Die Drossel 33 dient als Kontaktschutz beim Schließen des Ruhekontaktes a. Sie übernimmt zunächst die hohe Fernspeisespannung +, -, die zwischen den Speisestrompfaden 81, 82 herrschen kann, und geht erst dann in Sättigung, z.B. nach einigen 100 /us, wenn .der Ruhekontakt a sicher geschlossen hat.
  • Die Reihenschaltung des Widerstandes 15 und des Kondensators 23, die parallel zum Kontakt a liegt, dient als Kontaktschutz beim Schließen des Ruhekontaktes a.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung gestattet es, auf hohe Spannungen aufgeladene Kapazitäten mittels Relais kleiner Schaltleistung zu entladen, insbesondere die bis zu etwa '1400 V aufgeladenen Kabelkapazitäten in Fernspeisekreisen. Derart hohe Spannungen können insbesondere dann auftreten, wenn nach einer Unterbrechung des Fernspeisekreises die als Konstantstromquelle arbeitende Fernspeiseeinrichtung weiter speist und in den Zustand der Spannungsbegrenzung übergeht.
  • Die Induktivität der Vorschaltdrossel 33 ist auch so groß gewählt, daß der Relaiskontakt a während des Schließvorganges mit einem derart herabgesetzten Strom beaufschlagt wird, daß ein über den Kontakt a gezündeter Lichtbogen sofort verlischt. Die RC-Serienschaltung schützt den Kontakt während des Schließvorganges gegen mehrmaliges Zünden eines Lichtbogens.
  • Die RC-Serienschaltung wirkt dadurch während des Schließvorganges als Kontaktschutz, daß sie in Bezug auf die Induktivität der Drosselspule in besonderer Weise bemessen ist.
  • Der zu entladende Kondensator bzw. die Kabelkapazitäten sei auf eine Spannung von 1000 V aufgeladen. Schließt sich der Relaiskontakt a, ohne daß eine RC-Serienschaltung 15 vorgesehen ist, so ergibt sich folgendes:
    • Während sich die beiden Kontaktstücke des Kontaktes einander nähern, steigt die elektrische Feldstärke zwischen den Kontaktstücken des Kontaktes a an, und es kommt zum überschlag, wobei ein Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken entsteht. Dieser Lichtbogen verlöscht jedoch dann wieder, wenn die Wicklungskapazität der Drosselspule 33 aufgeladen ist und wenn der in diesem Augenblick wirksame Ersatzwiderstand der Drosselspule 33 so hochohmig ist, daß der Mindeststrom, bei dem ein Lichtbogen noch brennen kann, unterschritten wird. Dieser Lichtbogen brennt also nur Bruchteile von Microsekunden. Nach Verlöschen des Lichtbogens entlädt sich in ebenfalls sehr kurzer Zeit die Wicklungskapazität der Drossel über die Drosselspule, welche für kleine Ströme, die sich unter der Koerzitivkraft befinden, niederohmig ist.
  • Bis sich die Kontaktstücke des Kontaktes a jedoch endgültig berühren, kann sich dieser Vorgang viele Male wiederholen. Jeder Durchschlag bedeutet Abbrand der Kontakte, welcher im Extremfall zur Zerstörung der Kontakte führen kann.
  • Wenn es sich um Relais mit "trockenen" Kontakten handelt, wiederholt sich diese Durchschlagserie bei jedem Prellvorgang.
  • Die Anzahl dieser Durchschläge während der Näherung der Kontaktstücke kann in vorteilhafter Weise dadurch auf einen einzigen begrenzt werden, daß der Kontakt a mit dem Kondensator 23 überbrückt ist. Beim ersten Durchschlag entlädt sich der Kondensator 23 annähernd auf die Spannung Null. Der Widerstand 15 dient zur Begrenzung des Entladestromes.
  • Nach Verlöschen des Lichtbogens kann die Spannung am Kontakt a nur noch nach Maßgabe der Kapazität des Kondensators 23 und der Größe des Drosselersatzwiderstandes aufladen. Die Kapazität des Kondensators 23 und der Ersatzwiderstand der Drossel 33 bewirken, daß der Spannungsanstieg am Kondensator 23 so langsam ist, daß sich die Kontaktstücke des Kontaktes a bereits berühren, bevor die Spannung am Kondensator die Mindestspannung übersteigt, bei der sich zwischen den Kontaktstücken erneut ein Überschlag bzw. Lichtbogen ausbilden kann, d.h. bevor der Minimalwert der überschlagsspannung erreicht ist.
  • Sind der Ersatzwiderstand der Drossel und die Schließzeit des verwendeten Relais für einen bestimmten Anwendungsfall vorgegeben, so ergibt sich die notwendige Größe des Kondensators 23 aus der genannten Grenze für den Spannungsanstieg. Die obere Grenze des Widerstandes 15 ist durch diejenige Spannung gegeben, welche nach Verlöschen des Lichtbogens am Widerstand 15 sprungartig ansteigt. Diese durch den Wert des Widerstandes 15 und den Magnetisierungsstrom der Drossel 33 bestimmte Spannung wird durch die Bemessung des Widerstandes 15 so niedrig gehalten, daß sie nicht zu einer neuen Zündung eines Lichtbogens führt.
  • Die so dimensionierte RC-Serienschaltung 15, 23 wirkt sich besonders vorteilhaft bei nicht prellenden Kontakten, insbesondere bei Quecksilberfilmkontakten aus, da die Drosselspule 33 dann nicht noch zusätzlich für die gesamte Prellzeit dimensioniert werden muß.
  • Die Schaltungsanordnung kann vorteilhaft auch in Speisestellen Verwendung finden, um im Falle einer Unterbrechung in den abgehenden Fernspeisestrompfaden die Ausgangsspannung auf einen ungefährlichen Wert herabzusetzen.
  • Im Strom-Spannungsdiagramm nach Fig. 3 bedeuten
    • Bereich I: Keine Lichtbogenbildung
    • Bereich II. Lichtbogenbildung beim Öffnen
    • Bereich III. Lichtbogenbildung beim öffnen und beim Schließen.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung wird zweckmäßigerweise wie folgt bemessen:
    • Der Widerstand 11 und der Wicklungswiderstand der Drossel 33 sind so groß, daß der für das Relais vorgegebene Stromimpuls Ip, welcher bei geschlossenem Kontakt a für eine bestimmte Zeit fließen darf, nicht überschritten wird. Dabei wird erreicht, daß das Maximum des Entladestromes der Kapazitäten einen für den geschlossenen Relaiskontakt vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt. Der Strom Ip kann nicht vom Kontakt a geschaltet werden.
  • Die Drossel 33 ist eine Drosselspule mit Eisenkern, bei welcher die Induktivität nach Sättigung des Kernes auf kleine Werte zusammenbricht. Die Spannungszeitfläche, die bis zur Sättigung der Drosselspule aufgebracht wird, ist so groß, daß die Sättigung der Drosselspule erst nach einer Verzögerungszeit T eintritt. Diese Verzögerungszeit T ist größer als die Zeit Ts, die der Kontakt nach dem Schließen benötigt, um zur Ruhe zu kommen. Bei quecksilberbenetzten Kontakten dauert diese Zeit je nach Type etwa bis zu 100 jUs.
  • Die Induktivität L der Drossel 33 erfüllt eine weitere Bedingung: Sie ist während der Zeit Ts so groß, daß der Strom durch die Drosselspule während dieser Zeit eine bestimmte Größe nicht überschreitet. Dieser Strom ist kleiner als der vorgegebene Strom, bei dem noch keine Lichtbogenbildung auftritt. Aus dem Diagramm nach Fig. 3 kann der lichtbogenfreie Bereich entnommen werden. Dieses Diagramm ist für das Relais vorgegeben.
  • Die Kapazität C des Beschaltungskondensators 23 darf eine kritische Größe Ck nicht unterschreiten. Wenn sich beim Schließen des Kontaktes a die Kontaktstücke einander nähern, erfolgt der erste Durchschlag schon bevor sich die Kontaktstücke berühren. Gleichzeitig mit diesem ersten Durchschlag entlädt sich der Kondensator 23 über den Widerstand 15 und dem Kontakt a lichtbogenartig und der Kondensator 23 wird spannungslos. Gleichzeitig lädt sich die Kapazität der Drosselwicklung auf. Der Strom, der diesen Lichtbogen speist, hört auf und der Lichtbogen reißt ab. Der Strom kommutiert auf das R-C-Beschaltungsglied und lädt die Kapazität Ck mit einer bestimmten Spannungsanstiegsgeschwindigkeit auf. Nun darf die Spannung am Kontakt a bis zum endgültigen Schließen nicht höher werden als die vorgegebene Spannung Ukl bei welcher beim Schließen noch kein Lichtbogen entsteht.
  • Es gilt
    Figure imgb0001
  • Dabei ist umax die maximal mögliche Spannung zwischen den Kabeladern nach Unterbrechung der Fernspeiseschleife. Tk ist die Zeit vom ersten Durchschlag bis zum endgültigen Schließen des Kontaktes a.
  • Über die Durchbruchfeldstärke kann man jenen Kontaktabstand ermitteln, bei welchem beim Schließvorgang der erste Durchschlag bzw. Lichtbogen entsteht. über die Kontaktgeschwindigkeit und diesen Abstand läßt sich dann die Zeit Tk ermitteln.
  • Der Wert R des Widerstandes 15 ist der Entladewiderstand für die Kapazität Ck. Er darf nur so groß sein, daß sein Spannungsanteil an der nach dem Verlöschen des ersten Lichtbogens an den Kontakten anwachsenden Spannung nur ca. 10% beträgt
    Figure imgb0002
  • Der Widerstand R soll jedoch einen Mindestwert nicht unterschreiten. Er soll mindestens so groß sein, daß der Strom, der beim endgültigen Schließen des Kontaktes durch die Entladung des Beschaltungskondensators entsteht, sich noch in dem für den Kontakt a vorgegebenen lichtbogenlosen Bereich befindet.
  • Zweckmäßigerweise wird ein Relais verwendet, dessen Kontakt bei der lichtbogenartigen Entladung der Beschaltung keinen Schaden nimmt bzw. eine ausreichend große Zahl solcher Entladungen verträgt. Die mögliche Zahl der Schaltspiele unter Berücksichtigung der lichtbogenartigen Entladung des Kondensators 23 kann z.B. durch Dauerversuche ermittelt werden.
  • Der in Fig. 4 gezeigte Schaltzusatz stimmt mit dem nach Fig. 2 weitgehend überein. Zusätzlich ist eine verzögert kurzschließbare Drossel vorgesehen.
  • Die Ansprechwicklung 32 des Relais A läßt sich mit Hilfe eines ersten Hilfsrelais C wirksam schalten, das über eine erste Verzögerungsschaltung 61 an den Widerstand 11 des Querzweiges angeschlossen ist. Parallel zur Drossel 33 liegt ein Arbeitskontakt b eines zweiten Hilfsrelais B, das über eine zweite Verzögerungsschaltung 62 an den Widerstand 11 des Querzweiges angeschlossen ist. Beide Verzögerungsschaltungen 61, 62 enthalten je eine-RC-Serienschaltung 14, 51; 13, 52 und einen Transistor 71, 72. Das der Verzögerungsschaltung 61 bzw. 62 zugeordnete Hilfsrelais C bzw. B liegt jeweils zwischen dem kondensatorseitigen Anschluß der Serienschaltung 14, 51 bzw. 13, 52 und dem Emitter des Transistors 71, 72. Der Transistor 71 bzw. 72 ist mit dem Kollektor an den widerstandsseitigen Anschluß der Serienschaltung 14, 51 bzw. 13, 52 und mit seiner Basis an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 14 bzw. 13 und dem Kondensator 51 bzw. 52 der Serienschaltung 14, 51 bzw. 13, 53 geführt. Die Verzögerungszeit der ersten Verzögerungsschaltung 61 ist größer als die der zweiten Verzögerungsschaltung 62.
  • Zwischen dem Widerstand 11 des Querzweiges und den Verzögerungsschaltungen 61, 62 ist eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung mit einer über einen Vorwiderstand 12 an den Widerstand 11 des Querzweiges geführten Z-Diode 45 angeschlossen. Der Widerstand 12 dient als Schutz gegen Überstromimpulse für die eine konstante Betriebsspannung für die Verzögerungsschaltungen liefernde Z-Diode 45.
  • Zum Wirksamschalten der Ansprechwicklung 32 des Schaltrelais A ist in Serie zur Ansprechwicklung 32 ein Arbeitskontakt c des ersten Hilfsrelais C angeordnet. Die Serienschaltung aus dem Arbeitskontakt c und der Ansprechwicklung 32 ist durch eine für den Fernspeisestrom IF in Durchlaßrichtung gepolte Diode 41 überbrückt. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Spannungsabfall des Ansprechstromes am Widerstand der Ansprechwicklung ausreichend niedriger liegt, als die Schwellwertspannung der Diode 41. Bei einem notwendig höheren Spannungsabfall muß die Diode 41 durch zwei oder entsprechend mehrere Schwellwerte ersetzt werden, damit bei geschlossenem Kontakt c der gesamte Ansprechstrom über die Wicklung 32 fließt.
  • Parallel zu der aus der Haltewicklung 31 und der Ansprechwicklung 32 des Schaltrelais A und dem Arbeitskontakt c des ersten Hilfsrelais C gebildeten Serienschaltung liegen zwei antiparallel geschaltete Diodenzweige 44 und 42, 43. Die Dioden 42, 43 und 44 dienen zum Schutz der Relaiswicklung gegen Überstromimpulse auf der Strecke, die durch Blitzschläge oder durch induzierte überspannungen im Kabel verursacht werden können.
  • Der für den Fernspeisestrom IF in Durchlaßrichtung gepolte Diodenzweig mit den Diodenstrecken 42, 43 enthält eine derartige Zahl von Diodenstrecken, daß beim Nennwert des Fernspeisestromes IF die Spannung an der Haltewicklung 31 des Schaltrelais A durch den Diodenzweig 42, 43 begrenzt wird.
  • Nach Ablauf der Streckenentladung über den Querzweig des Schaltzusatzes wird die Drossel 33 über den Kontakt b des entsprechend verzögert angesteuerten Hilfsrelais B kurzgeschlossen. Die Schutzdrossel 33 wird daher erst nach Durchfluß des Streckenentladestromes, also nach Ablauf ihrer Schutzfunktion überbrückt. Damit wird einerseits eine unnötige Verlustleistung an der Drossel 33 durch den nun über den Querzweig fließenden Fernspeisestrom vermieden, andererseits auch die Entmagnetisierung der gesättigten Drossel eingeleitet.
  • Die beim Schaltrelais A vorgenommene Wicklungsumschaltung vermeidet eine übererregung und stellt ein störungsfreies Zusammenspiel der Schaltzusätze auf der Strecke sicher. Sie erlaubt es, für die Zuschaltung der Ansprechwicklung . einen einfachen Arbeitskontakt zu verwenden. Wie Fig. 2 zeigt, wird dabei mittels des Kontaktes c die Ansprechwicklung 32 des Relais A in Reihe zur Haltewicklung 31 geschaltet. Nach Ansprechen des Schaltrelais A wird diese Zuschaltung aufgetrennt; der Fernspeisestrom fließt dann über den Dioden-Bypaß 41 direkt zur Haltwicklung 31.
  • Mit Hilfe der dem Hilfsrelais C vorgeschalteten Verzögerungsschaltung 61 wird erreicht, daß das Wiederansprechen der Schaltrelais A erst dann erfolgt, wenn sich die Schutzdrossel 33 über den Kurzschluß des Kontaktes b abmagnetisiert hat und gleichsam wieder schutzfähig geworden ist.
  • Der während des Entladevorganges der Kabelkapazität im Querzweig fließende Strom wird zunächst durch die Drossel 33 begrenzt.
  • In Fig. 5 ist der Strom- und Spannungsverlauf an der Drossel 33 für den Fall eines idealen Kontaktes a mit unendlicher Schaltgeschwindigkeit dargestellt. Aus diesen beiden Kurven läßt sich für jeden Zeitpunkt der Momentanwert des Ersatzwiderstandes als Quotient von u/i ermitteln. Der Ersatzwiderstand nimmt mit zunehmender Zeit ab und ist von der Magnetisierungskennlinie der verwendeten Drosselspule 33 abhängig.
  • Um die Abmessungen der Drosselspule in Grenzen zu halten, wird sie nach Beendigung ihrer Schutzfunktion, spätestens nach dem Entladevorgang der Kabelkapazität, durch ein kleines Hilfsrelais B kurzgeschlossen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Entladung von Kapazitäten mittels eines Relais, wobei in Serie zu einem Kontakt (a) des Relais (A) eine Drossel (33) und ein Widerstand (11) angeordnet sind und parallel zum Kontakt (a) eine RC-Serienschaltung (15, 23) vorgesehen ist, insbesondere zum selbsttätigen Schließen einer unterbrochenen Fernspeiseschleife vor der Unterbrechungsstelle in der betriebsmäßig vorgesehenen Fernspeiseschleife einer Fernspeiseeinrichtung,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Drossel (33) einen Kern aus sättigbarem Magnetmaterial aufweist und daß die Induktivität der ungesättigten Drossel (33) derart groß bemessen ist, daß ein beim Schließen des Kontaktes (a) am Kontakt (a) entstehender Lichtbogen nach Aufladung der Wicklungskapazität der Drossel (33) erlischt und daß der Kondensator der RC-Serienschaltung (15, 23) derart groß bemessen ist, daß nach dem Verlöschen des Lichtbogens die an der RC-Serienschaltung (15, 23) entstehende Spannung während des Schließvorganges des Kontaktes (a) unterhalb des Minimalwertes der Überschlagsspannung des Kontaktes (a) bleibt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Widerstand der RC-Serienschaltung (15, 23) derart bemessen ist, daß sein Spannungsanteil an der nach dem Verlöschen des Lichtbogens am Kontakt (a) anwachsenden Spannung nur etwa 10 Prozent beträgt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, zur Entladung von Kabelkapazitäten einer Fernspeisestrecke, dadurch gekennzeichnet, daß die im ungesättigten Zustand der Drossel wirksame Induktivität derart bemessen ist, daß beim Maximalwert der von der Speisevorrichtung an die Fernspeisestrecke abgebbaren Spannung der im Anschluß an ein Schließen des Kontaktes durch die Drossel (33) fließende Strom kleiner ist als der für den Kontakt (a) vorgegebene Grenzwert des Stromes, bei dem noch keine Lichtbogenbildung auftritt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Drossel (33) ein Zweipol angeordnet ist, der bei geöffnetem Kontakt (a) gesperrt und bei Schließen des Kontaktes (a) nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit durchlässig ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Relais (A) ein Relais mit nicht prellendem Kontakt, insbesondere mit Quecksilberfilmkontakt ist.
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