DE966237C - UEberspannungs-Schutzeinrichtung fuer Fernsprech-Leitungen und -Geraete - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 18. JULI 1957

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21c GRUPPE 72 INTERNAT. KLASSE H 02d

K 22293VIIIb 12i c

Heinz Krone, Ludwigsburg (Württ), und ®r.^ng. Heinrich Riedel, Darmstadt

sind als Erfinder genannt worden

Krone G.m.b.H., Ludwigsburg (Württ.)

Überspannungs-Schutzeinrichtung für Fernspredh-Leitungen und -Geräte

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 20. Mai 1954 an

Patentanmeldung bekanntgemacht am 2. August 1956

Patenterteilung bekanntgemacht am 4. Juli 1957

Die Erfindung betrifft eine Überspannungs-Scbutzeinrichtung für Fernisprech-Leitunigen und -Geräte.

Die durch benachbarte Starkstromleitungen in Fernsprech- und anderen Fernmelde-Leitungen auftretenden Überspannungen werden allgemein durch Überspannungsableiter unschädlich gemacht.

Diese Überspannungsableiter bestehen meist aus einem weitgehend evakuierten oder gasgefüllten

ίο Entladungsgefäß, in dem zwei Elektroden einander in verhältnismäßig geringem Abstand gegenüberstehen. Der Fülldruck des Ableitergefäßes und der Abstand der Elektroden sind so bemessen, daß bei einer Spannung von ioo bis 300 V eine Entladung zwischen den Elektroden einsetzt, die Ströme von mehreren A ableiten kann.

Um diie Entladungsgefäße gegen hohe Stromstärken zu schützen, wie sie bei Gewitterüberspannungen oder gar bei direkten Blitzeinschlägen in die Leitungen auftreten können, schaltet man parallel zu dem Entladungsgefäß eine Grobfunkstrecke, die durch entsprechende Wahl des Ab-

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Standes ihrer einander in Luft gegenüberliegenden Elektroden auf eine Ansprechspannung von 1500 bis 3000 V eingestellt wird.

Beim Betrieb derartiger Überspannungsableiter hat es sich jedoch gezeigt, daß gelegentlich Überspannungen auftreten können, deren Spannungswert nicht so hoch ist, daß die Grobschutzfunkenstrecke anspricht, deren Energiegehalt aber trotzdem so groß ist, daß das Entladungsgefäß überbeansprucht oder gar zerstört werden kann. Insbesondere bei Fernsprech-Leitungen, die in unmittelbarer Nähe von Hochspannungsleitungen verlaufen, können derartige, die Überspannungsableiter gefährdende Energiespitzen auftreten, wenn in den Hochspannungsleitungen Kurzschlußströme fließen.

Um die Entladungsgefäße gegen solche Überbelastungen zu schützen, hat man auch bereits vorgeschlagen, beim Auftreten größerer Ableitungsstromstärken die Entladungsgefäße kurzzuschließen und die hohen Stromstärken über den Kurzschluß nach Erde abzuleiten. Die für diesen Zweck eingesetzten Einrichtungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Entweder sind die Kurzschluß- oder Überbrückungskontakte im Ableitergefäß selbst angeordnet, dann machen sie die Herstellung des Ableiters teuer und sind einer Überwachung und Kontrolle schwer zugänglich, oder die Überbrückungskontakte liegen außerhalb des Ableiters und werden durch besondere Steuereinrichtungen (z. B. Relais) eingeschaltet, wenn die Stromstärke in der Gasentladungsstrecke einen bestimmten, für den Ableiter noch ungefährlichen Wert erreicht hat.

Bei diesen bekannten Ausführungen macht es größere Schwierigkeiten, die Steuerung der Überbrückungskontakte so durchzuführen, daß die Kontakte schnell geschlossen und nach dem Abklingen des hohen Ableiterstromes wieder einwandfrei geöffnet werden.

Die Erfindung hat den Zweck, die obenerwähnten Nachteile der bekannten Ausführungsformen von Überspannungsableitern zu vermeiden und eine Schutzeinrichtung zu schaffen, die bereits bei geringen Überspannungen einwandfrei und schnell anspricht, aber beim Überschreiten eines beliebig zu wählenden Wertes des Ableiterstromes durch parallel zu der Entladungsstrecke angeordnete Schaltkontakte überbrückt wird. Dabei soll die An-Ordnung so getroffen sein, daß nach dem Absinken des Ableiterstromes auf einen Wert, der der Gasentladungsstrecke nicht mehr gefährlich werden kann, die Überbrückung aufgehoben und damit der Ausgangszustand beim Ansprechen des Ableiters wieder hergestellt ist.

Gemäß der Erfindung wird die oben skizzierte Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer Schutzeinrichtung der erwähnten Art die mit einem Pol an die zu schützenden Leitungen angeschlossenen, als Überspannungsleiter wirkenden Entladungsgefäße mit Schaltrelais zusammengebaut sind, deren in Reihe mit den Entladungsgefäßen geschaltete und jeweils den zweiten Pol des Ableitergefäßes mit der Erde verbindende Wicklungen aus zwei hintereinandergeschalteten Wicklungsteilen bestehen, von denen der erste viele Windungen geringen Querschnitts und der zweite wenige Windungen größeren Querschnitts aufweist, während die als Einschalter ausgebildeten Schaltkontakte der Re- ' lais die zu schützende Leitung mit der Verbindungsstelle der beiden Relaiswicklungen unmittelbar verbinden und so das Ableitergefäß und den mit viel Windungen geringen Querschnitts versehenen Teil der Schaltrelaiswicklungen überbrücken, wenn das Relais anspricht.

Man hat es durch geeignete Auslegung der Relaiswicklungen in der Hand, die Ansprechstromstärke des Relais auf denjenigen Wert einzustellen, den die Gasentladungsgefäße sicher aushalten können, ohne durch Überlastung gefährdet zu sein. Der erste Teil der Relaiswicklung kann für eine verhältnismäßig kleine Stromstärke ausgelegt werden, da auch er durch die Überbrückungskontakte des Schaltrelais vor zu hoher Beanspruchung geschützt wird; lediglich der zweite Teil der Relaiswicklung ist so zu bemessen, daß er die über die Überbrückungskontakte fließenden Stromstärken unbedenklich und für längere Zeit ertragen kann.

Bei höheren Überspannungen auf der zu schützenden Leitung spricht die Grobschutzfunkenstrecke an; diese sorgt dafür, daß eine Überlastung der Überbrückungskontakte und des zweiten Teiles der Relaiswicklung ausgeschlossen ist.

Die Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch vereinfachen, daß die für den Schutz eines Leitungspaares bestimmten zwei Entladungsgefäß e, die mit ihrem einen Pol mit je einer der beiden Leitungen des Leitungspaares verbunden sind, mit ihrem anderen Pol gemeinsam an den viele Windungen geringen Querschnitts aufweisenden Teil der Wick lung eines Schaltrelais angeschlossen werden, das einen Doppelkontakt betätigt, der die beiden Leitungen gleichzeitig mit der Verbindungsstelle der beiden Relaiswicklungen unmittelbar verbindet, wenn das Relais anspricht.

Bei einer solchen Ausführung sind für ein zu schützendes Leitungspaar zwei Entladungsstrecken, aber nur ein doppelpoliges Schaltrelais notwendig. Damit ergibt sich der Vorteil, daß der Raumbedarf der Schutzeinrichtung verhältnismäßig klein wird und sich die Teile eng und doch übersichtlich zusammenbauen lassen.

Es wird auf diese Weise möglich, eine Schutzeinrichtung der beschriebenen Art, die aus mehreren einzelnen, jeweils zum Schütze eines Leitungspaares bestimmten Überspannungsableitern besteht, in einem verhältnismäßig kleinen gemeinsamen Gehäuse zusammenzubauen und an eine gemeinsame Erdschiene anzuschließen.

Die Übersichtlichkeit in dem Gehäuse wird dadurch erreicht, daß die für den Schutz eines Leitungspaares erforderlichen Teile ?u einer Einbaueinheit zusammengefaßt sind, die zwei Anschlußklemmen für die Leitungsanschlüsse, zwei Grob-

schutzfunkenstrecken, zwei Entladungsgefäße und ein doppelpoliges Schaltrelais mit unterteilter Relaiswicklung umfaßt.

Auf Grund eingehender Versuche hat sich ergeben, daß für die Auslegung der einzelnen Teile der Schutzeinrichtung folgende Ansprech- bzw. Belastungswerte am vorteilhaftesten sind:

Ansprechspannung des Entladungsgefäßes etwa 230 V, Ansprechstrom des Relais 1,5 A, höchster Belastungsstrom der Überbrückungskontakte 20 bis 30 A, Ansprechspannung der Grobschutzfunkenstrecke etwa 2000 V.

Eine entsprechend diesen Daten ausgelegte Schutzeinrichtung läßt sich sowohl für den Schutz von Freileitungen als auch für den Schutz von Kabeln mit Erfolg verwenden, ohne daß irgendwelche Änderungen oder Einstellungen an den Geräten erforderlich sind. Als Entladungsgefäße (Überspannungsleiter) können ganz normale kleine. für vorübergehend auftretende Spitzenströme von wenigen Ampere bemessene Gefäße verwendet werden, deren Abmessungen klein sind und deren Preis außerordentlich gering ist. Man kommt so — da auch das Schaltrelais nur verbältnismäßiig kleine Abmessungen aufweist ■— zu eng zusammengebauten Schutzeinheiten, die — selbst wenn es sich um den Schutz eines vieladrigen Kabels oder einer vieldrähtigen Luftleitung handelt — zu bemerkenswert kleinen Abmessungen der für die Aufnahme der Schutzeinrichtung erforderlichen Gehäuse führen.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt; es zeigt

Fig. ι ein Prinzipschaltbild der Schutzeinrichtung, wie sie für den Schutz einer zweiadrigen Fernsprechleitung verwendet wird,

Fig. 2 und 3 den Zusammenbau der in dem Schaltbild der Fig. 1 dargestellten Teile, in Ansicht und Aufsicht.

Die beiden zu schützenden Adern 1 und 2 einer Fernsprechleitung sind über je eine Grobschutzfunkenstrecke 3 bzw. 4 an Erde 5 gelegt. Diese Grobschutzfunkenstrecken sind auf eine Ansprechspannung von etwa 2000 V eingestellt und dienen der Ableitung sehr hoher Überspannungen, wie sie bei Gewittern und anderen atmosphärischen Einladungen auftreten können.

Die beiden gasgefüllten Überspannungsableiter 6 und 7, die für eine Ansprechspannung von etwa 230 V ausgelegt sind, haben die Aufgabe, die I^eitungsadern 1 und 2 gegen Überspannungen mäßiger Höhe zu schützen. Die Gefäße 6 und 7 sind mit jeweils einem Pol mit den Leitungen 1 und 2, mit dem anderen Pol mit der Wicklung 8 eines gemeinsamen Relais 9 verbunden. Das Relais 9 ist ein Scbaltrelais, das bei ausreichender Erregung die doppelpoligen Schaltkontakte 10 und 11 schließt. Die Wicklung 8 des Relais 9 ist in zwei unterschiedliche Wicklungsteile unterteilt, nämlich den aus vielen Windungen dünnen Drahtes bestehenden Wicklungsteil 8' und den wenige Windungen stärkeren Drahtes umfassenden Wicklungsteil 8" Beide Wicklungsteile sind in Reihe geschal tet und stellen die Verbindung zwischen den Überspannungsileitem 6 und 7 und der Erde 5 her. Die bereits obenerwähnten doppelpodigen Schaltkontakte 10 und 11 des Relais 9 sind einerseits mit je einer Ader 1 oder 2 der zu schützenden Leitung verbunden, anderseits mit der Verbindungsstelle zwischen den beiden in Reihe geschalteten Relaiswicklungen 8' und 8".

Beim Auftreten einer Überspannung auf den zu schützenden Leitungen 1 und 2 zeigt sich zunächst in den Überspannungsableiter! 6 und 7 eine Glimmentladung (wenn es sich nur um kleine Überspannungen nandelt) oder eine Lichtbogenentladung (im Fall größerer Überspannungsenergie). Erreicht die Stromstärke des abgeleiteten Stromes einen Wert von 1,5 A, so wird über die Wicklungen 8' und 8" das Relais 9 so weit erregt, daß es seinen Anker anzieht und damit die doppelpoligen Schaltkontakte 10 und 11 schließt. Durch das Schließen dieser Kontakte werden die Leitungen 1 und 2 auf die Verbindungsstelle der Wicklungen 8' und 8" im Relais 9 geschaltet und damit die beiden Überspannungsableiter 6 und 7 und der dünndrähtige Wicklungsteil 8' überbrückt. Die auf den Leitungen 1 und 2 vorhandenen Elektrizitätsmengen können nunmehr über die doppelpoligen Schaltkontakte ι ο und' 11 und, dem Wicklungsteil· 8" des Relais 9 nach Erde abfließen, ohne daß die Überspannungsableiter 6 und 7 und der dünndrähtige Wicklungsteil 8' des Relais 9 unzulässig belastet werden. Geht der Ableitungsstrom, der über die Kontakte 10 und 11 fließt, wieder zurück, so genügt die Erregung des Relais durch den Wicklungsteil 8" nicht mehr, um den Anker des Relais festzuhalten; der Anker fällt ab, und die doppelpoligen Kontakte 10 und 11 werden geöffnet. Die Haltekraft des Relais wird so eingestellt, daß der nach dem öffnen der Kontakte 10 und 11 wieder über die Überspannungsableiter fließende Rest-Ableitstrom, der auch durch die Wicklung 8' des Relais fließt, nicht genügt, um das Rflais erneut zum Ansprechen zu bringen, so daß ein »Pumpen« ausgeschlossen ist. Nach dem Ableiten der Überspannung befindet sich die Schutzeinrichtung wieder im Ausgangszustand; sie ist dann bereit, eine gegebenenfalls erneut auftretende Überspannung abzuleiten. no

Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Zusammenbau der Teile einer Schutzeinrichtung zeigt nur eine ausgewählte Anordnung dieser Teile. Es ist selbstverständlich möglich, die Teile in beliebiger anderer Weise zusammenzubauen.

Die wesentlichsten Teile in den Fig. 2 und 3 sind mit den gleichen Ziffern bezeichnet wie die entsprechenden Teile in dem Schaltbild gemäß Fig. i. Die beiden nicht dargestellten Leitungen werden an die in einem gemeinsamen Sockel i«o 12 sitzenden Klemmschrauben 13 und 14 angeschlossen. Die beiden Grobschutzfunkenstrecken 3 und 4 sind in Überspannungsableitersockeln 15 und

16 angeordnet, die in einer Reihe mit den die Überspannungsableiter 6 und 7 tragenden Sockeln

17 und 18 angeordnet sind. Das Relais 9 ist in dem

Gehäuse 19 untergebracht, dessen Deckel nach Ent-.. fernen der Verschlußschraube 20 nach oben abgezogen werden kann, um die Relaiskontakte zwecks Überprüfung zugänglich zu machen.
Die Überspannungsableitersockel und die Klemmschrauben sind auf einen Rahmen 21 montiert, an dessen Unterseite die Verbindungsleitungen 22 verlegt sind. Innerhalb dieses Rahmens 21 befindet sich auch die Erdschiene 23.

Die Fig. 2 und 3 stellen einen Ausschnitt aus einem größeren Gehäuse dar, in dem eine Reihe von Schutzeinrichtungen für Fernsprech-Leitungen eingebaut sind. Die Schutzeinrichtungen sind in dem gemeinsamen Gehäuse eng nebeneinander angeordnet; für jede Doppelleitung ist eine Gerätegruppe vorgesehen, wie sie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Die Erdschiene 23 läuft durch sämtliche Gruppen des Gehäuses hindurch, sie wird über einen Erdanschluß mit einer besonders guten Erde verbunden.

Derartige, eine größerer Zahl von einzelnen Schutzeinrichtungen enthaltende Gehäuse können z. B. für Freileitungen oben an einem Freileitungsmast und für Kabelleitungen oder kleinere Telefonämter in einem Schaltgerät od. dgl. untergebracht werden.

Zwecks Überwachung der Arbeitsweise der Schutzeinrichtungen ist es zweckmäßig, die eine oder die andere Schutzeinrichtung mit einem Zählwerk, z. B. einem Schrittzählwerk, zu versehen, das — je nach der Einstellung seiner Empfindlichkeit — entweder jedes Ansprechen des Ableiters zählt oder nur dann das Zählwerk weiterschaltet, wenn das Relais 9 angesprochen und die Entladungsgefäße kurzgeschlossen hat. Eine solche Registrierung ist zweckmäßig, wenn eine Ermittlung über die Ursachen der auf den Telefonleitungen auftretenden Überspannungen erfolgen soll. Für eine zeitliche Festlegung der Ansprechhäufigkeit der Schutzeinrichtung dürfte es sich in einem solchen Falle empfehlen, ein schreibendes Gerät einzubauen, das in Abhängigkeit von der Zeit die Störungen, d. h. das jeweilige Ansprechen der Schutzeinrichtung registriert.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Überspannungs - Schutzeinrichtung für Fernsprech-Leitungen und -Geräte, die aus einer der Zahl der zu schützenden Leitungen entsprechenden Anzahl von Grob- und Feinschutzeinrichtungen, z. B. Funkenstrecken und Entladungsgefäßen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Pol an die zu schützenden Leitungen angeschlossenen, als Überspannungsableiter wirkenden Entladungsgefäße mit Schaltrelais zusammengebaut sind, deren in Reihe mit den Entladungsgefäßen geschaltete und jeweils den zweiten Pol des Ableitergefäßes mit der Erde verbindende Wicklungen aus zwei hintereinandergeschalteten Wicklungsteilen bestehen, von denen der erste viele Windungen geringen Querschnitts und der zweite wenige Windungen größeren Querschnitts aufweist, während die als Einschalter ausgebildeten Schaltkontakte der Relais die zu schützende Leitung mit der Verbindungsstelle der beiden Relaiswicklungen unmittelbar verbinden und so das Ableitergefäß und den mit viel Windungen geringen Querschnitts versehenen Teil der Schaltrelaiswicklungen überbrücken, wenn das Relais anspricht.
2. 2. Überspannungs - Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Schutz eines Leitungspaares bestimmten zwei Entladungsgefäße, die mit ihrem einen Pol mit je einer der beiden Leitungen des Leitungspaares verbunden sind, mit ihrem anderen Pol gemeinsam an den viele Windungen geringen Querschnitts aufweisenden Teil der Schaltrelaiswicklung angeschlossen sind und das Schaltrelais einen Doppelkontakt betätigt, der die beiden Leitungen gleichzeitig mit der Verbindungsstelle der beiden Relaiswicklungen unmittelbar verbindet, wenn das Relais anspricht.
3. 3. Überspannungs - Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Schutz eines Leitungszuges aus mehreren Leitungspaaren bestimmten einzelnen go Überspannungsableiter in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengebaut und an eine gemeinsame Erdschiene angeschlossen sind.
4. 4. Überspannungs - Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Schutz eines Leitungspaares erforderlichen Teile zu einer Einbaueinheit zusammengefaßt sind, die zwei Anschlußklemmen für die Leitungsanschlüsse, zwei Grobschutzfunkenstrecken, zwei Entladungsgefäße und ein doppelpoliges Schaltrelais mit unterteilter Relaiswicklung umfaßt.
5. 5. Überspannungs - Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungsableiter für eine Ansprechspannung von rund 230 V ausgelegt sind und die Ansprechstromstärke für das Relais etwa 1,5 A beträgt.
6. 6. Überspannungs - Schutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte des Relais für einen Strom von etwa 20 bis 30 A ausgelegt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 577/370 7.56 (709 591/1«. 7.57)