DE2423646C3 - Überspannungsableiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsableiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Überspannungsableiter ist aus der DE-OS 15 63 845 bekannt Derartige Überspannungsableiter werden zum Schutz von Verstärkern längs einer zweiadrigen Leitung zwischen zwei Endstellen eingefügt. Geschützt werden die Verstärker gegen Hochspannungs-Stoßwellen bzw. Überspannungen, nämlich einerseits eine Längsüberspannung längs der Leitung und andererseits eine Querüberspannung zwischen den Adern der Leitung, die z. B. durch Gewitter (Blitzschlag od. dgl. induziert werden. Die Anordnung der Gasentladungsdiode bewirkt ein Schalterverhalten, bei dem die Gasentladungsdiode bei Überschreiten eines ersten Spannungspegels durchschaltet und somit die Überspannung kurzschließt und bei Unterschreiten eines /weiten, niedrigeren Spannungspegeis wieder sperrt oder löscht. Die Gasentladungsdiode oder ein dgl. Bauelement (Thyristor, Thyratron, usw.), muß nach Ende der Überspannung in den Sperrzustand zurückkehren. Diese Rückkehr- oder Löschspannung muß aber auch höher als eine an der Leitung normalerweise anliegende Spannung sein, falls diese einen ausreichend hohen Strom zum Beibehalten des Leitzustandes liefern könnte, was durch die Parallelschaltung eines Kondensators zur (einen) Gasentladungsdiode erreicht wird.

Sollten jedoch längs der Leitung, d. h. über die Adern Hochfrequenz-Signale übertragen werden, sind auch kleinste Kapazitäten störend wegen der vorhandenen Restladungen.

Bei einer für Fernmeldeleitungen bekannten Überspannungsschutzeinrichtung (DD-PS 69 645) sind zwischen Masse und der Mittelanzapfung eines Übertragers zwischen zwei Adern parallel zu einer Parallelschaltung einer Gasentladungsdiode und eines Kondensators eine Parallelschaltung einer weiteren Gasentladungsdiode und eines Widerstands angeordnet, d. h. es sind zwei Überspannungsableiter vorgesehen, wobei die Stör-Wechselspannung am einen und die Speisegleichspannung am anderen Ableiter ansteht. Eine schnelle Rückkehr vom leitenden in den nichtleitenden Zustand wird hier also nicht erreicht.

Bei einem bekannten Überspannungsableiter für Hochspannnngs-Wechselstromnetze (CH-PS 5 02 009) sind zwei Entladungsstreck.cn mit unterschiedlichen Kenndaten reihengeschaliei zur Kombination jeweils besonderer Eigenschaften. Dabei muß zur genauen und gesteuerten Zündung ein geeignetes Spannungsteilernetzwerk an alle lintladungsstrecken angeschlossen sein, wodurch ein gegenüber dem eingangs genannten Überspannungsableiter anderes Betriebsverhalten erreicht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überspannungabieiter der eingangs genannten Art so - auszuführen, daß ein sicheres Löschverhalten erreicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
Dadurch wird sichergestellt, daß der Kondensator zu Beginn eines Überspannungssprungs keine Restladung mehr aufweist, wodurch erreicht werden kann, daß an den geschützten Leitungen hohe kapazitive Impedanz auftritt, wodurch der erfindungsgemäße Überspannungsableiter auch unter sich ändernden Betriebsbedingungen wiederholt betreibbar ist Schließlich ist der erfindungsgemäße Überspannungsableiter wegen der sehr kleinen Kapazität (d. h. hohe kapazitive Impedanz) und der Beseitigung der Restladung vorteilhaft bei einer Hochfrequenz-Nachrichtenübertragungsleitung verwendbar.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 emen Überspannungsableiter quer zu einer Nachrichtenübertragungsleitung bzw. einem Kabel,

F i g. 2 Löschkurven von Überspannungsableiter^

F i g. 3 eine Leitungsübertragungsanordnung mit Verstärkern und Endstellen, die durch Überspannungsableiter geschützt sind.

Der Begriff »Längsüberspannung oder Längsstoßspannung« in der Beschreibung bezieht sich auf eine Überspannungswelle oder Stoßspannungswelle und einen dadurch bewirkten Strom, der sich längs einer Ader oder längs beider Adern einer Leitungsübertragungsanordnung in derselben Richtung ausbreitet und über eine geeignete Erdverbindung zurückkehrt. Der Strom wird also durch einen Potentialunterschied zwischen einer Ader bzw. beiden Adern und Erde verursacht.

Der Begriff »Querüberspannung oder Querstoßspannung« in der Beschreibung bezieht sich auf durch einen Potentialunterschied zwischen den Adern verursachten Strom, der im allgemeinen beide Adern einer Leitungsübertragungsanordnung in entgegengesetzten Richtungen durchfließt.

Nach Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßer Überspannungsableiter 1 aus zwei Gasentladungsdioden 2 und 3 zwischen zwei Adern 4 und 5. Die Gasentladungsdiode 3 ist mit einem Widerstand 7 überbrückt, der einen Widerstandswert von 10 kOhm besitzt, sowie mit einem

so Kondensator 6, dessen Kapazität 1 μΡ beträgt.

Die Löschcharakteristik einer typischen Gasentladungsdiode ist in Fig. 2 durch eine Löschkurve 10 dargestellt; die Löschspannung ist eine Funktion des durch die Diode fließenden Stroms. Wenn der Gasentladungsdiode ein Kondensator parallel geschaltet wird, erhält man eine Löschkurve 9. Man erkennt, daß für eine gegebene Spannung der zum Aufrechterhalten des leitenden Zustands der Gasentladungsdiode benötigte Strom bei einer Anordnung mit Parallelkondensator beträchtlich höher ist als für die Gasentladungsdiode allein. Dies bedeutet umgekehrt, daß bei einem gegebenen Strom eine höhere Spannung benötigt wird, um die durch einen Kondensator überbrückte Gasentladungsdiode im leitenden Zustand zu halter,,

μ verglichen mit dem Fall, daß die Diode nicht durch einen Kondensator überbrückt ist. Wie aus F i g. 2 weiter ersichtlich ist, läßt sich die Löschspannung wesentlich erhöhen, wenn der Gasentladungsdiode ein Kondensa-

tor parallel geschaltet wird. Durch Reihenschalten einer weiteren Gasentladungsdiode mit der kapazitiv überbrückten Gasentladungsdiode wird die Löschspannung weiter erhöht (Löschkurve 8 in F i g. 2). Der Hauptteil an der Erhöhung der Löschspannung ist jedoch durch das Parallelschalten des Kondensators geg -ben.

Wenn der Überspannungsableiter de·- F i g. 1 nicht arbeitet, d. h., wenn sich beide Gasentladungsdioden im nichtleitenden Zustand befinden, ist der Kondensator 6 von der Leitung entkoppelt, so daß die tatsächliche, iu durch den Überspannungsableiter eingeführte Leitungskapazität durch die Elektrodenkapazität der Gasentladungsdiode 2 bestimmt ist, die in der Größenordnung von 2 pF liegt Diese Kapazität reicht nicht aus, um eine Beeinträchtigung des Hochfrequenzverhaltens einer Nachrichtenübertragungsleitung zu bewirken.

Die Gasentladungsdiode 2 kann als spannungsabhängig«^ Schalter aufgefaßt werden, dessen primäre Funktion in der Entkopplung des Kondensators 6 von der Leitung im Fall ohne Überspannung besteht. Die einzige Anforderung an diese Diode besteht darin, daß sie vom nichtleitenden in den leitenden Zustand schaltet, wenn eine erste vorbestimmte Spannung an sie angelegt wird, und daß sie vom leitenden in den nichtleitenden Zustand zurückschaltet, wenn die Spannung an der Diode unter eine .weite vorbestimmte Spannung abfällt, die kleiner ist als die erste vorbes immte Spannung oder gleich groß.

Wenn im Betrieb eine höhere Spannung als die Durchbruchspannung der Gasentladungsdiode 2 zwisehen den Adern 4 und 5 entsteht, bricht die Gasentladungsdiode 2 durch. Es sei bemerkt, daß vor dem Durchbruch der Verbindungspunkt 21 wegen des Widerstands 7 auf demselben Potential wie die Ader 5 liegt. Sobald die Gasentladungsdiode 2 leitend wird, lädt sich der Kondensator 6 auf, und wenn die Spannung am Kondensator 6 die Durchbruchspannung der Gasentladungsdiode 3 übersteigt, bricht auch diese Gasentladungsdiode durch. Somit wird ein leitender Weg zwischen den Adern 4 und 5 hergestellt.

Wenn die Spannung zwischen den Adern 4 und 5 nach einer Stoßspannungswelle absinkt, löscht die Schaltung bei einer durch die Löschkurve der gesamten Schaltung bestimmten Spannung (F i g. 2). Somit zündet die Schaltung bei einer Spannung, die gleich oder etwas größer ist als die Durchbruchspannung einer einzelnen Gasentladungsdiode und löscht be! einer Spannung, die wesentlich größer ist als die Löschspannung einer einzelnen Gasentladungsdiode. Zusätzlich wird nur eine sehr kleine Kapazität zwischen den geschützten Adern hinzugefügt, wenn die Schaltung nicht arbeitet.

Derartige Überspannungsableiter können in Form einer einzelnen verkapselten Einheit hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt eine typische Leitungsübertragungsanordnung mit zwei Endstellen oder Zwischenstellen 11 und 12, die durch Adern 4 und 5 miteinander verbunden sind. Damit die an den Klemmen eines Verstärkers 13 infolge einer Längsüberspannung zwischen den beiden Endstellen U und 12 auftretende Spannung einen Sicherheitswert nicht übersteigt, der andernfalls den Verstärker beschädigen würde, wird ein zuvor beschriebene und in Fig. 2 dargestellte Überspannungsableiter 14 an die Klemmen des Verstärkers 13 angeschlossen. Darüber hinaus ist sowohl der Eingang als auch der Ausgang des Verstärkers 13 gegen den Einfluß einer Querstoßspannung zwischen den Adern 4 und 5 geschützt. Dies wird dadurch erreicht, daß zwei Überspannungsableiter 15 und 16 zwischen die Adern 4 und 5 geschaltet werden, wobei der eine parallel zum Eingang und der andere parallel zum Ausgang des Verstärkers 13 geschaltet ist. Somit können nachfolgende Verstärker 17 und 18 in der Leitung gegen die Beeinträchtigung sowohl der Längs- als auch Quersloßspannung geschützt werden, indem jeder Verstärker in ähnlicher Weise mit drei Überspannungsableitern beschaltet wird, wie oben beschrieben wurde. Die Endstellen oder Zwischenstellen 11 und 12 sind durch Überspannungsableiter 19 und 20 zwischen den Adern 4 und 5 gegen Querstoßspannungen geschützt. Aus der Beschreibung folgt deshalb, daß der Überspannungsableiter 1 nach F i g. 1 entweder parallel zum Vers'ärker oder direkt parallel zur Leitung geschaltet werden kann, um nachfolgende Verstärker vor Stoßspannungen zu schützen, die andernfalls die Verstärker beschädigen und eine Unterbrechung und damit einen Fehler in der Anordnung bewirken würden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Überspannungsableiter mit einer zwischen zwei Adern angeordneten Reihenschaltung einer durch einen Kondensator überbrückten ersten Gasentladungsdiode und einer unbeschalteten weiteren Gasentladungsdiode, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (6) der ersten Gasentladungsdiode (3) zusätzlich ein Widerstand (7) parallel geschaltet ist

2. Überspannungsableiter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung desselben in einer Hochfrequenz-Nachrichtenübertragungsleitung.