Schaltungsschutz Kompakter Überspannungsschutz für Telekommunikationsnetze bis 1,5 GBit/s

Autor / Redakteur: Ralf Hausmann * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Die Übertragungen in der Telekommunikation werden immer schneller. Damit der Überspannungsschutz die Geschwindigkeit nicht beeinträchtigt, sind Hochgeschwindigkeits-Schutzgeräte erforderlich. Dabei gibt es einige technische Herausforderungen, und längst nicht alle Schutzgeräte eignen sich dafür.

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Da die Übertragungen in der Telekommunikation immer schneller werden, sind für den Überspannungsschutz Hochgeschwindigkeits-Schutzgeräte erforderlich.
Da die Übertragungen in der Telekommunikation immer schneller werden, sind für den Überspannungsschutz Hochgeschwindigkeits-Schutzgeräte erforderlich.
(Bild: © hin255, adobe-stock.com)

Telekommunikations-(TK)-Endgeräte sind heute fester Bestandteil der Büro- und Unternehmenselektronik. Im Geschäftsleben gehört die uneingeschränkte Betriebsbereitschaft moderner und schneller Kommunikationssysteme schon lange zu den Grundvoraussetzungen. Mit der verstärkten Nutzung des Homeoffice erweitern sich geschäftliche Aktivitäten auch zunehmend in die eigenen vier Wände. Dabei verhindert ein gezielter Einsatz geeigneter Überspannungsschutz-Geräte einen plötzlichen Ausfall wichtiger TK-Einrichtungen, die für den reibungslosen Betrieb einzelner Anlagen sowie ganzer Unternehmen erforderlich sind. Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher TK-Systeme stellt sich die Frage, welche Geräte sich am besten eignen.

DSL-Schnittstellen und deren Übertragungsraten

DSL(Digital Subscriber Line)-Schnittstellen stellen Internet-Verbindungen mit Geschwindigkeiten von 16 MBit/s (ADSL2) bis 300 MBit/s (Super-Vectoring VDSL) zur Verfügung (Bild 1). Da immer größere Datenmengen übertragen werden, und da auf den letzten Metern häufig Kupfertelefonkabel zum Einsatz kommen, wurde das Verfahren „Vectoring VDSL“ entwickelt. Hiermit werden Störungen durch das sogenannte Übersprechen im Telefonkabel reduziert. Die Übertragungsfrequenzen der verschiedenen Übertragungssysteme liegen hierbei zwischen 2,2 MHz (ADSL) [1] und 35 MHz (Super-Vectoring VDSL). Diese Werte spielen bei der Auswahl von Schutzgeräten eine wichtige Rolle, da die Geräte mindestens diese DSL-Bandbreiten als Grenzfrequenzen besitzen sollten, um das Signal nicht zu verfälschen. Sinnvoll ist dabei ein Hinweis des Herstellers auf die maximale DSL-Geschwindigkeit.

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Wem die Geschwindigkeit von SV-VDSL nicht ausreicht, der nutzt mit „G.fast“ eine noch schnellere Übertragung, mit der im Idealfall bis zu 2 GBit/s möglich sind (vgl. Bild 1). Bei dieser Übertragungsart handelt es sich um den Nachfolgestandard von VDSL2 (Vectoring VDSL). Beim G.fast ist jedoch zu beachten, dass auch der Provider diese Technik unterstützen muss. Zudem ist sie nur für kurze Strecken mit Kupferleitungen unter 100 m möglich.

Im industriellen Umfeld wird mit SHDSL (Single-Pair Highspeed Digital Subscriber Line) eine weitere Übertragungstechnik verwendet. Sie wird in digitalen Weitverkehrsnetzen eingesetzt, bei denen die Datenübertragungsraten im Up- und Downstream identisch sein müssen. Je nach Modem werden hierfür eine oder zwei Kupferdoppeladern benötigt.

Welche Schutzgeräte sich eignen

Um das Signal bei der Übertragung nicht zu beeinflussen, muss die Dämpfung bei diesen hohen Frequenzen bzw. im verwendeten Frequenzband vernachlässigbar klein sein. Ein weiterer Aspekt der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, insbesondere beim Super-Vectoring, ist die Symmetrie der beiden Kupferadern gegen Erde. Dabei kommt es auf eine möglichst hohe Symmetrie beim Überspannungsschutz an. Die Kapazitäten der a- und b-Kupferader zur Erde dürfen sich nur um wenige pF unterscheiden.

Beim neuen Überspannungsschutz-Gerät TTC-6-1X2-Tele (Bild 2) hat Phoenix Contact ein großes Augenmerk auf diese Übertragungseigenschaft gelegt. So entstand ein Produkt, das das Signal bei hohen Datenraten bis zu 300 MBit/s (VDSL) nicht unzulässig beeinträchtigt. Bei kurzen Leitungsstrecken unter 100 m kann das Schutzgerät in dem noch schnelleren G.fast eingesetzt werden – 1,5 GBit/s lassen sich so problemlos übertragen. Bescheinigt wird das gute Übertragungsverhalten von der Deutschen Telekom: Mit einer Prüfung, bei der SV-VDSL mit 300 MBit/s und G.fast mit 1,5 GBit/s verwendet wurde, bestätigt sie die Kompatibilität mit VDSL, Vectoring VDSL, Super-Vectoring VDSL und G.fast.

Schnelle und werkzeuglose Installation

Dank der Push-in-Anschlusstechnik kann der Überspannungsschutz schnell und ohne Werkzeug an die Telefonleitung angeschlossen werden. Sollte eine Schraubklemme bevorzugt werden, ist auch das kein Problem. Durch einfaches Aufrasten auf die Hutschiene im Schaltschrank ist die Installation zudem schnell erledigt (Bild 3). Durch seine geringe Baubreite von nur 6 mm nimmt das Gerät kaum Platz in Anspruch.

Schutz gegen Fehlinstallationen

Sollte beim Anschluss des Schutzgerätes ein falsches Kabel, etwa mit zu hoher Spannung, angeschlossen werden und eine Überlast drohen, erkennt der Überspannungsschutz das automatisch – und geht in den sicheren Zustand über. Dieses sichere Verhalten – hervorgerufen durch eine Überlast, dem sogenannten Power-cross – wird durch einen integrierten Kurzschlussmechanismus sowie einen elektronischen Strombegrenzer (Bild 4) erreicht.

Der Strombegrenzer hat noch eine weitere Aufgabe. Durch die Elektronik wird die gefährliche Energie auf der Telekommunikationsleitung umgehend vom Endgerät – etwa einem Modem – ferngehalten. Der hier beschriebene Überspannungsschutz begrenzt somit nicht nur die zu hohe Spannung. Eine weitere Funktion hält die schädliche Energie fern, die das TK-Gerät sonst zerstören würde.

Geforderte Leistungsfähigkeit der Schutzgeräte

In Bezug auf die notwendige Leistungsfähigkeit der Schutzgeräte gibt die Norm IEC 61643-22 (VDE 0845 Teil 3-2) [2] Hinweise. Sie beschreibt die erforderlichen Leistungsklassen an den TK-Leitungen. Einzuhalten sind je nach Einbauort die Klassen D1, C2 oder C1. Diese und viele weitere Eigenschaften werden durch genormte Prüfungen gemäß der Produktnorm [3] nachgewiesen. Bei einem gut dokumentierten Schutzgerät gibt es idealerweise Angaben zu mehreren Normimpulsen, denn oft hängt die erwartete Impulsstärke vom Installationsort ab. So sollten Schutzgeräte an der ersten Blitzschutzzone – am Gebäudeeingang – die Anforderungen der Kategorie D1 erfüllen. Eine zweite Stufe sollte der Anforderungskategorie C2 und eine dritte Stufe der Anforderungskategorie C3 entsprechen. Das hier beschriebene Schutzgerät weist alle genannten Kategorien auf und kann somit an jeder Blitzschutzzone – also überall auf dem Gelände – eingesetzt werden.

Überspannungsschäden sind vermeidbar

Die durch Gewitter hervorgerufenen Überspannungsschäden sind vermeidbar, wenn alle gefährdeten Geräte mit Schutzgeräten beschaltet werden. Der Verzicht auf die Internet-Nutzung bei widrigen Wetterverhältnissen wie Gewitter gehört der Vergangenheit an – dank Überspannungsschutz. Geeignete Schutzgeräte von Phoenix Contact weisen eine hohe DSL-Übertragungsrate aus, dabei nehmen sie im Schaltschrank nur wenig Platz in Anspruch.

Literatur

[1] Broschüre Grundlagen des Überspannungsschutzes, Phoenix Contact GmbH & Co. KG.

[2] IEC 61643-22 (VDE 0845 Teil 3-2); Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Telekommunikations- und signalverarbeitenden Netzwerken – Auswahl- und Anwendungsprinzipien.

[3] IEC 61643-21(VDE 0845 Teil 3-2); Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Telekommunikations- und signalverarbeitenden Netzwerken – Leistungsanforderungen und Prüfverfahren.

* Dipl.-Ing. Ralf Hausmann ist Produkt-Marketing-Manager, Überspannungsschutz Trabtech, bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg.

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