CN2612136Y - 光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，应用于通信部门的总配线架上，防护雷击、强电感应、工频电力线碰触等对交换设备可能造成的危害，和对维修人员提供安全防护。包括防护电路和告警电路。防护电路包括：由熔丝连接热敏元件构成的aa’线、bb’线双重过电流防护电路，和由分别在热敏元件两端对地连接半导体管构成的前、后级过电压防护电路。告警电路包括：由电阻连接发光元件构成的aa’线、bb’线高压危险指示电路，分别并接在aa’线、bb’线过电流防护电路上，受高压触发；由发光元件连接限流电阻构成的aa’线、bb’线光取样电路，分别并接在aa’线、bb’线过电流防护电路上；告警电路受aa’线、bb’线光取样电路的光源触发，发出告警信号。

Description

光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元

技术领域

本实用新型涉及一种通信设备的安全防护技术，更确切地说是涉及一种防护保安单元，应用于通信线路的总配线架上，连接于进线电缆与电话交换设备之间，对电话交换设备进行防雷击、防过电压、防过电流以及维修操作人员安全的防护与告警等。

背景技术

保安单元是配线架一类电信设备用于过压、过流、防雷击等的防护器件。

早期使用的防护保安单元，其防护元件由一个气体放电管和一个热线圈构成，分别对线路上出现的过电压、过电流以及雷击等进行防护。当雷击发生时，冲击电流经气体放电管排放入地。当外线与工频220V等电力线碰触时，气体放电管放电，利用气体放电管因高功耗产生的热量，熔化与其接触的锡块，再用弹簧推动一金属外壳将外线接地，保护交换设备不受高电压的危害。如果电力线的碰触点距离较远，气体放电管不能放电，则入侵电流流过热线圈，电流使热线圈发热，最后使线圈轴上的低熔点焊锡熔化，同样也是利用弹簧的推力，使外线接地并告警。

随着性能好、寿命长、响应快的新型防护元件的问世，自1990年后，在防护保安单元中已逐渐用半导体过电压保护器件代替气体放电管，用正温度系数的热敏电阻(PTCR)替代发热线圈。2000年以后，一种以CLP一类集成块为核心的保安单元开始有产品供应，这种集成块通常由电压比较器、防护控制器和告警控制电路组成。

以上介绍的保安单元各有特点，但在电路结构及控制方式上，除CLP集成块外，都基本沿用传统的老方式，只是以新元件代替老元件，并没有充分发挥新型防护元件的特点及效用。

首先在防护模式上，基本采用“短路保护模式”或“短路加开路保护模式”。前者是在异常电流入侵时使外线短路入地；后者是在小电流入侵时使外线对地短接，而在大电流入侵时使外线与内线断开，从而使交换设备得到保护。

在如何实现保护功能及发出告警信号方面，现有的保安单元，包括使用CLP集成块的大电流保护及告警，全未脱离锡块(作为熔接片)加弹簧(产生推动力)的机械控制方式。即，利用电子元件通电时产生的热量来熔化锡块，再利用弹簧推力驱动动作机构，将外线对地短接或使外线与内线断开，同时接通告警单元发出告警信号。这种锡块加弹簧的控制方式，自其诞生数十年以来一直沿用至今，不仅结构复杂，且可靠性差。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，通过采用光控告警、多重防护和“开路”保护模式，可充分发挥新型防护元件的特性，彻底改变现有防护保安单元的以电子元件作为热源、以弹簧力作为动力的机械驱动方式，以“光”代“热”、以电子开关代机械触点进行控制，实现防护保安单元的全电子、无动作触点，大幅度提高保护及告警的可靠性。

实现本实用新型目的的技术方案是这样的：一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，包括防护电路和告警电路，其特征在于：

所述的防护电路包括分别由熔丝串接热敏元件构成的aa’线双重过电流防护电路及bb’线双重过电流防护电路，各串接在两电话电缆进线与电信交换设备的两电话进线间；

所述的告警电路包括分别由限流电阻串接发光元件构成的aa’线光取样电路及bb’线光取样电路，和光控告警电路；aa’线、bb’线光取样电路分别并接在所述aa”线、bb’线双重过电流防护电路上，所述的发光元件设置在光控告警电路的光接收元件侧。

所述的防护电路还包括有由前、后级半导体管构成的两级过电压防护电路，前、后级半导体管一端分别与所述的热敏元件两端连接，前、后级半导体管另一端接地，前级半导体管的不动作电压高于后级半导体管。

所述的告警电路还包括分别由发光元件串接限流电阻构成的aa’线高压危险指示电路和bb’线高压危险指示电路；aa’线、bb’线高压危险指示电路分别并接在所述的aa’线、bb’线双重过电流防护电路上。

所述的光控告警电路是可控硅光触发电路，所述的光接收器件连接在可控硅的控制极上。

所述的可控硅光触发电路还包括有由电阻、电容、稳压二极管并联连接构成的延时记忆电路，延时记忆电路并联连接在所述可控硅的触发控制极与阴极间。

所述的可控硅光触发电路还包括有由发光二极管构成的告警指示电路，连接在可控硅光触发电路的输出端上。

实现本实用新型目的的技术方案还可以是这样的：一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，包括防护电路、告警电路和CLP一类集成电路，其特征在于：

所述的防护电路包括分别由熔丝构成的aa’线过电流防护电路及bb’线过电流防护电路，各串接在两电话电缆进线与CLP一类集成电路的两进线端间；

所述的告警电路包括分别由限流电阻串接发光元件构成的aa’线光取样电路及bb’线光取样电路，和光控告警电路；aa’线、bb’线光取样电路分别并接在所述aa’线、bb’线过电流防护电路上，所述的发光元件设置在光控告警电路的光接收元件侧。

还包括分别由发光元件串接限流电阻构成的aa’线高压危险指示电路和bb’线高压危险指示电路；aa’线、bb’线高压危险指示电路分别并接在所述的aa’线、bb’线过电流防护电路上，所述的发光元件设置在光控告警电路的光接收元件侧。

实现本实用新型目的的技术方案还是这样的：一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，包括防护电路、告警电路和CLP一类集成电路，其特征在于：

所述的防护电路包括分别由熔丝串接热敏元件构成的aa’线双重过电流防护电路及bb’线双重过电流防护电路，各串接在两电话电缆进线与CLP一类集成电路的两进线端间；所述的防护电路还包括由半导体管构成的过电压防护电路，半导体管一端与所述的热敏元件与熔丝的连接点连接，半导体管另一端接地；所述的告警电路包括分别由发光元件串接限流电阻构成的aa’线高压危险指示电路和bb’线高压危险指示电路；aa’线、bb’线高压危险指示电路分别并接在所述的aa’线、bb’线双重过电流防护电路上。

本实用新型的光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，设置的两级(前、后级)过电压防护、双重过电流防护、双重告警指示及开路保护模式，可灵活地应用于现有的各种防护保安单元中，产生良好的效果。

本实用新型的aa’线、bb’线双重过电流防护电路对过电流进行防护，利用热敏元件的正温度系数(PTC)特性进行外线端(a、b)与内线端(a’、b’)间的电路隔断，实现开路保护模式；在aa’线、bb’线过电压防护电路中各设置了前级过电压防护半导体管及后级过电压防护半导体管，对雷击、工频、220V及高于220V(比如600V的电车电压)的过电压提供泄流通路，进行两级过电压防护(两级保护可使雷击波输出电压进一步降低，两级过电压防护又均可单独防雷击，可互为备用，后级过电压防护半导体管还为过电流防护的一级防护/二级防护的切换提供通路)；光控告警电路由取样与显示两部分组成，光取样电路用高阻值电阻串接发光元件并接于过电流防护电路两端，利用aa’线、bb’线光取样电路对两条电话电缆线上的过电流进行采样，并通过发光元件进行光控，用光敏元件控制一个自锁(记忆)或随机的可控硅光触发电路发出告警指示。利用aa’线、bb’线高压指示电路对过电压进行“高压危险”光指示，受a线端或b线端上高电压触发，指示外线端存在高压，提醒维修人员注意。

上述各种电路可单一地或组合地应用于现有的防护保安单元上，增加功能和提高可靠性。由于热敏元件的限流特性，电路中的熔丝只在高于工频220V电压入侵而前级过电压防护电路中的半导体管对地短路时才起作用，一般不会熔断，因此保安单元在极大多数情况下是能自复的。

本实用新型的光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，采用统一的“开路保护模式”，比现有的“短路”或“短路加开路保护模式”(需两套控制电路和两套动作机构)简单、可靠、有效。

本实用新型由此实现了全电子化、无动作触点和无驱动机构，特别是将光电控制技术应用于保安单元中，不论过流大小，统一取样、统一控制，发出可靠的告警信号，大幅度提高了可靠程度。

本实用新型的光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，保持与现有配线架保安单元的外形尺寸不变，可方便的在现有的配线架上安装。

附图说明

图1是本实用新型光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元采用分立元件时的原理性结构框图；

图2是按图1原理设计的光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元的第一实施例电路结构图；

图3是按图1原理设计的光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元的第二实施例电路结构图；

图4是按本实用新型技术方案设计的开路保护模式集成电路保安单元的电原理图；

图5是按本实用新型技术方案设计的大电流光控告警集成电路保安单元的电原理图。

具体实施方式

参见图1，光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，连接在电话电缆进线端a、b与电信交换设备电话进线端a’、b’及告警系统端子S、E(地端)间。主要包括防护电路和告警电路两个部分。防护电路包括分别串接在a、a’及b、b’线中的aa’线、bb’线防护电路11、12；告警电路包括分别与aa’线、bb’线防护电路11、12并联连接的aa’线、bb’线光取样电路15、16，和与电信交换设备的告警系统端子S、E连接的光控告警电路17。分别与aa’线、bb’线防护电路11、12并联连接的aa”线、bb’线高压危险指示电路13、14，用作高压危险指示。aa”线、bb’线取样电路15、16中的发光元件均设置于光控告警电路17中的光接收元件侧，用于实施光触发告警。光控告警电路17受光取样电路15、16中的光源激发而导通，告警灯亮并向S端输出告警信号。

参见图2，是根据图1原理设计的光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元第一种实施电路结构。熔丝FU1串接正温度系数(PTC)的热敏电阻R5构成aa’线过电流防护电路，串接在a、a’间；熔丝FU2串接正温度系数(PTC)的热敏电阻R6构成bb’线过电流防护电路，串接在b、b’间。电阻R1串接发光元件(如氖灯)H1构成aa’线光取样电路，并接在aa’线过电流防护电路上，电阻R2串接发光元件(如氖灯)H2构成bb’线光取样电路，并接在bb’线过电流防护电路上。电阻R3串接发光元件(如氖灯)H3构成aa’线高压危险指示电路，也并接在aa”线过电流防护电路上，电阻R4串接发光元件(如氖灯)H4构成bb’线高压危险指示电路，也并接在bb’线过电流防护电路上，aa’线、bb’线高压危险指示电路实施试电笔功能。光控告警电路是由电阻R8、光敏电阻R7、单向可控硅BG1、三极管BG2及发光二极管D5连接构成的可控硅光触发电路。

半导体过电压保护元件D1、D2、D3、D4在正常情况下呈千兆欧的高阻状态，对电信传输不会产生实质性的介入衰耗，但当其被过压击穿时，在纳秒级的时间内迅速变成低电阻，有强大的电流排放能力，因此当通信线遭雷击或高电压碰触时，能保护交换设备。

由不动作电压较高的D1、D2构成前级过电压防护电路，分别连接在aa’线、bb’线过电流防护电路的FU1和FU2与热敏电阻R5和R6的连接处，另一端接地，在常见的工频220V碰触时不起作用，但当更高的电压入侵或雷击时，则导通为低电阻，对交换设备起到保护作用。由不动作电压较低的D3、D4构成后级过电压防护电路，并接在aa’线、bb’线过电流防护电路的热敏电阻另一端，利用D3、D4放电时的短路效应(残压5V左右)，为交换设备提供直接保护。

aa’线、bb’线防护电路的过电流防护功能：在正常情况下主要由热敏电阻R5、R6承担，限制异常电流进入交换设备，熔丝FU1、FU2只在220V以上电力线碰触而D1、D2被击穿时熔断，对交换设备进行开路保护。具有正温度系数特性的热敏电阻R5、R6，本身就是良好的开路保护元件，当入侵电流增大时，PTC阻值升高达到数十千欧甚至数百千欧，而D3、D4残压维持在5V左右，显然交换设备已完全受到保护，达到了开路保护的效果。D1、D2的防雷击泄流为PTC提供了分流通道。本开路保护模式的实施，不另增加任何动作机构，且能自复，还能可靠的发出告警信号。

aa’线、bb’线取样电路：当入侵电流达到一定数值时，发光元件(如氖灯)H1、H2导电发光，完成光源取样。光敏电阻R7受到光照后阻值迅速降低，增大的电流流入基极使BG2饱和，同时触发可控硅管BG1导通，发光二极管D5亮，发出告警指示，并通过S端输出告警信号，使排、列等告警指示元件发出可视、可听信号(S端经过限流电阻等连接交换设备的-48V电源)。图中所示光控告警电路产生的告警信号是随机的，有入侵电流时就有告警，入侵电流消失时，因R7阻值增大，BG2退出饱和，BG1截止，D5熄灭，告警即停止。

aa’线、bb’线高压危险指示电路：只要外线端a、b上存在220V高电压，发光元件(如氖灯)H3、H4就会发光，提醒维修人员注意。高压危险指示电路独立于主告警电路的光取样电路及光控告警电路之外，万一主告警电路有故障，高压指示也能发光，从而提供第二重告警保证，为维修人员在排除外线端的高电压故障时，提供了一种简单、明显、有效的指示。

参见图3，是根据图1原理设计的光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元第二种实施电路结构。与图2所示实施电路的不同之处是在光控告警电路部分增加了由电阻R9、电容C和稳压二极管D6组成的延迟告警电路，此外还去掉了BG2，将BG1的阳极和电阻R8一端直接接地(E端)，使保安单元具有延时及自锁(记忆)功能。BG1一旦导通，无论入侵电流是否消失，其导通状态即保持不变，D5一直发光，直到维修人员处理；稳压管D6经时延(R9、C)后才导通，可防止因雷击、强电感应等产生瞬间过电压造成的误告警。

参见图4，将本实用新型开路保护模式的电路设计应用于采用集成电路的防护保安单元，不论过电压、过电流，也不管大电流还是小电流入侵，统一实现开路保护模式。

图中右侧虚线框41所示是CLP一类集成电路。左侧虚线框42是新增的开路保护电路，包括由R3(R4)、H3(H4)串接构成的aa’线、bb’线高压危险指示电路，由熔丝串接热敏电阻PTCR构成的过电流保护电路，和由一端接地的D1(D2)构成的过压保护电路。该应用电路可显著提高对大电流防护的可靠性，可改变现有的“锡块加弹簧”的机械式开路与告警，实现无动作触点的开路保护模式。D1(D2)的不动作电压大于工频350V。

参见图5，将本实用新型大电流光控告警的电路设计应用于现有的采用集成电路的防护保安单元中，从而形成大电流光控告警集成电路保安单元，以取代现有集成块保安单元大电流失效保护的机械控制方式。图中右侧虚线框51所示是CLP一类集成电路。左侧虚线框52是新增的大电流光控告警电路，包括由R1(R2)、H1(H2)串接构成的aa’线、bb’线光取样电路，由R3(R4)、H3(H4)串接构成的aa’线、bb’线高压危险指示电路，由熔丝构成的过电流保护电路，和由R7、R8、R9、BG1、D5、D6、C连接构成的光控告警电路。

本实用新型涉及的是光控告警全电子防护技术在保安单元上的应用，所采用的两级过电压防护、双重过电流防护、双重告警指示及开路保护模式，可部分或全部地应用于现有的各种保安单元中，增加保安单元的防护能力，提高动作可靠程度。

Claims (10)

1.一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，包括防护电路和告警电路，其特征在于：

所述的防护电路包括分别由熔丝串接热敏元件构成的aa’线双重过电流防护电路及bb’线双重过电流防护电路，各串接在两电话电缆进线与电信交换设备的两电话进线间；

所述的告警电路包括分别由限流电阻串接发光元件构成的aa’线光取样电路及bb’线光取样电路，和光控告警电路；aa’线、bb’线光取样电路分别并接在所述aa’线、bb’线双重过电流防护电路上，所述的发光元件设置在光控告警电路的光接收元件侧。

2.根据权利要求1所述的一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，其特征在于：所述的防护电路还包括有由前、后级半导体管构成的两级过电压防护电路，前、后级半导体管一端分别与所述的热敏元件两端连接，前、后级半导体管另一端接地，前级半导体管的不动作电压高于后级半导体管。

3.根据权利要求1所述的一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，其特征在于：所述的告警电路还包括分别由发光元件串接限流电阻构成的aa’线高压危险指示电路和bb’线高压危险指示电路；aa’线、bb’线高压危险指示电路分别并接在所述的aa’线、bb’线双重过电流防护电路上。

4.根据权利要求1所述的一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，其特征在于：所述的防护电路还包括有由前、后级半导体管构成的两级过电压防护电路，前、后级半导体管一端分别与所述的热敏元件两端连接，前、后级半导体管另一端接地，前级半导体管的不动作电压高于后级半导体管；所述的告警电路还包括分别由发光元件串接限流电阻构成的aa’线高压危险指示电路和bb’线高压危险指示电路；aa’线、bb’线高压危险指示电路分别并接在所述的aa’线、bb’线双重过电流防护电路上。

5.根据权利要求1所述的一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，其特征在于：所述的光控告警电路是可控硅光触发电路，所述的光接收器件连接在可控硅的控制极上。

6.根据权利要求5所述的一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，其特征在于：所述的可控硅光触发电路还包括有由电阻、电容、稳压二极管并联连接构成的延时记忆电路，延时记忆电路并联连接在所述可控硅的触发控制极与阴极间。

7.根据权利要求5或6所述的一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，其特征在于：所述的可控硅光触发电路还包括有由发光二极管构成的告警指示电路，连接在可控硅光触发电路的输出端上。

8.一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，包括防护电路、告警电路和CLP一类集成电路，其特征在于：

所述的防护电路包括分别由熔丝构成的aa’线过电流防护电路及bb’线过电流防护电路，各串接在两电话电缆进线与CLP一类集成电路的两进线端间；

所述的告警电路包括分别由限流电阻串接发光元件构成的aa’线光取样电路及bb’线光取样电路，和光控告警电路；aa’线、bb’线光取样电路分别并接在所述aa’线、bb’线过电流防护电路上，所述的发光元件设置在光控告警电路的光接收元件侧。

9.根据权利要求8所述的一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，其特征在于：还包括分别由发光元件串接限流电阻构成的aa’线高压危险指示电路和bb’线高压危险指示电路；aa’线、bb’线高压危险指示电路分别并接在所述的aa’线、bb’线过电流防护电路上，所述的发光元件设置在光控告警电路的光接收元件侧。

10.一种光控告警全电子过电压、过电流防护保安单元，连接在电话电缆进线与电信交换设备间，包括防护电路、告警电路和CLP一类集成电路，其特征在于：

所述的防护电路包括分别由熔丝串接热敏元件构成的aa’线双重过电流防护电路及bb’线双重过电流防护电路，各串接在两电话电缆进线与CLP一类集成电路的两进线端间；所述的防护电路还包括由半导体管构成的过电压防护电路，半导体管一端与所述热敏元件与熔丝的连接点连接，半导体管另一端接地；所述的告警电路包括分别由发光元件串接限流电阻构成的aa’线高压危险指示电路和bb’线高压危险指示电路；aa’线、bb’线高压危险指示电路分别并接在所述的aa’线、bb’线双重过电流防护电路上。

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