DE4232223A1

DE4232223A1 - Spannungsspitzenzaehler

Info

Publication number: DE4232223A1
Application number: DE4232223A
Authority: DE
Inventors: Koichi Kurasawa; Yoshiyuki Tanaka; Takaaki Itoh
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1993-04-08
Also published as: CA2079116A1; GB9219757D0; GB2259991B; KR0121547B1; JPH0589939A; TW199240B; US5572116A; GB2259991A; KR930001536A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zähler für Spannungsspitzen bzw. Stromstöße, der bei verschiedenen Leitungen vorgesehen werden kann, so z. B. als Spannungsspitzenzähler für Stromversorgungsleitungen und Kommunikationsleitungen, um die Zahl von Spannungsspitzen zu zählen, die in diesen Leitungen auftreten bzw. induziert werden.

Wenn Spannungsspitzen in Stromversorgungsleitungen für Kommunika tionsausrüstung, wie z. B. Telefonsets, Fax-Geräte, Telefonvermittlungen, Modems und dergl. auftreten, werden die elektronischen Schaltkreise der Kommunikationsausrüstung durch Feuer beschädigt. Deshalb werden üblicherweise Spannungsspitzenabsorber vorgesehen zwischen Eingangs leitungen von Stromversorgungsleitungen, Kommunikationsleitungen und dergl. für Kommunikationsausrüstung, welche in einer Gegend installiert wird, wo Spannungsspitzen aufzutreten pflegen. Um die Kommunikations einrichtungen sicher durch Spannungsspitzenabsorbereinrichtungen zu schützen, müssen die Eigenschaften der Spannungsspitzenabsorber be stimmt werden basierend auf den Ergebnissen von statistischen Unter suchungen der Häufigkeit des Auftretens und der Größe der Stromstöße im Umkreis des Gebietes, wo die Kommunikationseinrichtungen installiert werden sollen.

Zum Beispiel wurde als ein üblicher Spannungsspitzenzähler zum Auf zeichnen der Häufigkeit von auftretenden Spannungsspitzen der folgende Spannungsspitzenzähler in der ungeprüften, veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-2 11 984 offenbart. Dieser Spannungsspitzenzähler umfaßt: Eine Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen, welche mit der Leitung verbunden ist, in der Spannungsspitzen auftreten können, und welche durch eine in Serie mit einem nichtlinearen Widerstand geschaltete glasgedichtete Entladungsröhre vom Spalttyp gebildet wird; eine Lichtempfangsvorrichtung zum Detektieren einer Lichtemission von der Entladungsröhre; und eine Zählschaltung zum Zählen der von der Lichtempfangsvorrichtung detektierten Signale. Bei diesem Zähler besteht keine Möglichkeit, daß eine Spannungsspitze von dem Detektionsschalt kreis detektiert wird, da der Eingangskreis für die Spannungsspitze und der Detektionsschaltkreis unabhängig sind, und nebenbei besteht der Vorteil, daß diese Art des Detektorschaltkreises leicht verwirklicht werden kann.

Darüber hinaus wird bei dem vorgenannten üblichen Spannungsspitzen zähler die Widerstandsfähigkeit des Stromstoßdetektors gegen Stromstöße dadurch bestimmt, daß er mit einer anderen gegen Stromstöße wider standsfähigen Vorrichtung verbunden wird, die durch eine glasgedichtete Entladungsröhre und einen in Serie dazu geschalteten nichtlinearen Widerstand gebildet wird. Daher kann ein Stromstoß, im Falle, daß er die Widerstandsfähigkeit der glasgedichteten Entladungsröhre und des nichtlinearen Widerstandes überschreitet, in den Stromstoßdetektor gelan gen, und es besteht die Gefahr, daß die glasgedichtete Entladungsröhre oder der nichtlineare Widerstand zerstört werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spannungsspitzenzähler zu schaffen, der eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Stromstöße aufweist und in der Lage ist, die Anzahl von in den Leitungen auftretenden Spannungs spitzen mit hoher Betriebssicherheit zu zählen, ohne daß die Gefahr besteht, daß eine Spannungsspitze in einen Spannungsspitzendetektions schaltkreis gelangt.

In einem erfindungsgemaßen Spannungszähler sind eine Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen und eine oder mehrere Absorp tionsvorrichtungen c₂, c₃, c₄, c₅ für Spannungsspitzen zueinander parallel geschaltet und mit Leitungen As A (wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt) verbunden. Die Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen besteht aus einer Entladungsröhre a₁ vom Spalttyp und einem dazu in Serie geschalteten nichtlinearen Widerstand b₁. Jede der Absorptionsvor richtungen c₂, c₃, c₄, c₅ für Spannungsspitzen hat eine höhere Spannung zur Auslösung eines Entladungsimpulses als die Spannung zur Auslösung eines Entladungsimpulses der Vorrichtung c₁ zur Detektion von Span nungsspitzen. Eine Lichtempfangsvorrichtung d ist so relativ zu der Entladungsröhre a₁ vom Spalttyp der Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen positioniert, daß sie ein Entladungslicht von der Entla dungsröhre a₁ vom Spalttyp detektieren kann. Eine Zählschaltung zum Zählen eines detektierten Signals der Lichtempfangsvorrichtung d, welche auf von der Entladungsröhre vom Spalttyp ausgesandtes Licht reagiert, ist ebenfalls vorgesehen.

Wie hier gebraucht, bedeutet eine "Spannung zur Auslösung eines Entla dungsimpulses" eine Spannung, bei welcher eine Absorptionsvorrichtung für Spannungsspitzen eine Entladung beginnt, wenn die Absorptionsvor richtung für Spannungsspitzen als Einzeltestobjekt mit einer Schein- oder Testspannungsspitze beaufschlagt wird.

Die vorgenannten und andere Gesichtspunkte der Erfindung zusammen mit deren Vorteilen werden durch eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehöri gen Zeichnungen noch deutlicher.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Spannungsspitzenzählers, und

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungsspitzenzählers.

Erfindungsgemäß ist eine Entladungsröhre vom Spalttyp durch eine Entladungsröhre vom Luftspalttyp, eine gasgefüllte Entladungsröhre, eine glasgedichtete Entladungsröhre vom Mikrospalttyp oder dergl. ausgeführt. Ein nichtlinearer Widerstand für die Entladungsröhre vom Spalttyp benutzt einen Zinkoxid-Varistor, einen Siliziumcarbid-Varistor oder dergl. Insbesondere ist ein Zinkoxid-Varistor, der sowohl einen großen Nicht linearitätsfaktor als auch einen großen Varistor-Effekt hat, geeignet. Als Lichtempfangsvorrichtung kann eine Photozelle, d. h. ein unter Lichteinfluß leitendes Element, benutzt werden, welches eine polykristalline Substanz als Hauptkomponente enthält, wie z. B. CdS, CdSe, PbS, etc.

Fig. 1 veranschaulicht zum leichteren Verständnis eine Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen und vier Absorptionsvorrichtungen c₂, c₃, c₄ und c₅ für Spannungsspitzen; dabei ist es für einen Durchschnitts fachmann selbstverständlich, daß die Zahl der Absorptionsvorrichtungen für Spannungsspitzen nicht auf genau vier Einheiten begrenzt ist, sondern daß jede Zahl von solchen Absorptionsvorrichtungen für Spannungsspitzen c₂, c₃, c₄ und c₅ angewendet werden kann.

Die eine Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen und Ab sorptionsvorrichtungen c₂, c₃, c₄ und c₅ für Spannungsspitzen sind parallel geschaltet und mit Leitungen A und A′, in welchen Spannungsspitzen auftreten können, verbunden. Bei dieser Anordnung werden Stromstöße, welche in den Leitungen A und A′ auftreten, auf fünf Elemente c₁, c₂, c₃, c₄ und c₅ verteilt. Wenn n Einheiten von Elementen vorgesehen sind, wird der Stromstoß auf jedes der n Einheiten von Elementen verteilt.

Die Absorptionsvorrichtung c₁ für Spannungsspitzen ist aus einer glasge dichteten Entladungsröhre a₁ vom Spalt und einem nichtlinearen Widerstand b₁ gebildet, welche beide in Serie zueinander geschaltet sind: In der gleichen Weise ist jede der Absorptionsvorrichtungen c₂ bis c₅ für Spannungsspitzen, gemäß Fig. 1, aus glasgedichteten Entladungsröhren a₂ bis a₅ vom Spalttyp und aus nichtlinearen Widerständen b₂ bis b₅ gebil det. Die nichtlinearen Widerstände b₁ bis b₅ sind jede vorgesehen, um jede der Entladungsröhren a₁ bis a₅ vor der Entstehung eines Folgestro mes zu schützen, da die Leitungen A und A immer unter einer Ver sorgungsspannung stehen. Der Begriff "Folgestrom" bedeutet, den Strom bei der Versorgungsfrequenz, welcher durch einen Entladungsweg hin durchgeht, nachdem eine Hochspannungsspitze die Entladung ausgelöst hat.

Eine Lichtempfangseinrichtung d für die Entladungsröhre a₁ ist in einer derartigen Relation zu dieser angeordnet, daß sie ein Entladungslicht der Entladungsröhre a₁ detektieren kann. Ein Meßausgang von der Licht empfangsvorrichtung d ist mit einer Zählschaltung e verbunden. Die Lichtempfangsvorrichtung d gibt ein Signal aus, welches von dem Zähler e gezählt wird, angeregt durch von der Entladungsröhre ausgesandtes Licht. Die Entladungsröhre a₁ und die Lichtempfangsvorrichtung d sind in einem dunklen Gehäuse f enthalten, um frei von Unterbrechungen oder Interferenzen bzw. Störungen durch Außenlicht oder nicht von der Entladungsröhre a₁ emittiertes Licht zu sein.

V₁ stellt eine Spannung zur Auslösung eines Entladungsimpulses von der Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen dar, und V₂, V₃, V₄ bzw. V₅ stellen Spannungen zur Auslösung von Entladungsimpulsen der Absorptionsvorrichtungen c₂, c₃, c₄ bzw. c₅ dar. Die Spannung zur Aus lösung eines Entladungsimpulses der Entladungsröhren a₁ bis a₅ und die Varistor-Spannungen der Varistoren b₁ bis b₅ sind so gewählt, daß V₁ die kleinste ist. V₁, V₂, V₃, V₄ und V₅ sind so gewählt, daß eines oder mehrere der Elemente unter den Absorptionsvorrichtungen c₂, c₃, c₄ und c₅ auf eine Spannung ansprechen, die zwischen den Punkten B₁ und B₁′ auf den Leitungen A und A′ erzeugt wird, jeweils aufgrund eines Strom stoßes, der fließt, wenn die Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungs spitzen erstmals anspricht.

Unter detaillierter Bezugnahme auf die Fig. 2 können die Absorptions vorrichtungen für Spannungsspitzen auch nur aus den nichtlinearen Widerständen b₂ bis b₅ gebildet werden. In allen übrigen Aspekten ist die Schaltung dieselbe wie in Fig. 1 gezeigt und gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente.

Im Betrieb erzeugt ein in den Leitungen A und A′ auftretender Span nungsstoß zuerst ein Ansprechen des Schutzelementes c₁(Fig. 2) gegen Spannungsspitzen, wobei das Element c₁ eine Spannung V₁ zur Aus lösung eines Entladungsimpulses mit einem niedrigsten Wert zwischen den Spannungen V₁ bis V₅ hat. Ein Entladungslicht von der Entladungs röhre a₁ tritt dann sicher in die Lichtempfangsvorrichtung d ein, um die Zählschaltung e mittels eines Meßsignals von der Lichtempfangsvorrich tung d zu betreiben, wobei das Signal durch Licht von der Gasentla dungsröhre a₁(Fig. 2) ausgelöst wird, welches auf die Lichtempfangsvor richtung d auftrifft.

Gleichzeitig wird, wenn ein Stromstoß i₁ zwischen den Punkten B₁ und B₁′ fließt, eine Spannung zwischen den Punkten B₁ und B₁′ erzeugt, die dem Produkt aus der Summe eines Widerstandswertes der Entladungs röhre a₁ bei Entladung plus des Widerstandswertes des nichtlinearen Widerstandes b₁ multipliziert mit dem Stromwert i₁ entspricht. Dann liegt die so entstehende Spannung entsprechend zwischen den Punkten B₁ und B₁′, B₂ und B₂′, . . . und B₅ und B₅′ an. Daher sprechen die Absorptions vorrichtungen c₂, c₃, c₄ und c₅ an und erzeugen Stromflüsse. Auf diese Weise werden die Stromstöße auf eine oder mehrere Einheiten der Absorptionsvorrichtungen verteilt, indem eine oder mehrere der Absorp tionsvorrichtungen c₂, c₃, c₄ und c₅ parallel mit der Vorrichtung c₁zur Detektion von Spannungsspitzen geschaltet werden.

Der erfindungsgemäße Spannungsspitzenzähler ist in der Lage, die Anzahl von auftretenden Spannungsspitzen durch die Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen zu zählen und den Stromstoß auf die Absorptions vorrichtung zu verteilen. Durch Hinzufügen einer oder mehrerer der Absorptionsvorrichtungen für Spannungsspitzen wird so die Stromstoß stärke erhöht im Vergleich zu der einer üblichen einzelnen Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher im Detail beschrieben und erklärt, obwohl die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.

Beispiel 1

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine glasgedichtete Entladungsröhre vom Mikrospalttyp als Entladungsröhre vom Spalttyp a₁ bis a₅ benutzt; als nichtlineare Widerstände b₁ bis b₅ werden Zinkoxidvaristoren benutzt, und CdS für die Lichtempfangsvorrichtung d. Die Lichtempfangsvorrich tung d liegt gegenüber der Entladungsröhre a₁ oder ist auf diese gerich tet. Die Vorrichtung c₁ zur Detektierung von Spannungsspitzen wurde aus einer Entladungsröhre a₁ und einem Varistor b₁ gebildet und die Ab sorptionsvorrichtungen c₂ bis c₅ wurden mittels Entladungsröhren bis a₅ und zugehörigen nichtlinearen Widerständen b₂ bis b₅ gebildet.

Bei diesem Beispiel ist die Gleichspannung zur Auslösung eines Entla dungsimpulses mit 300 V für die Entladungsröhre a₁ spezifiziert und mit 700 V für jede der Entladungsröhren a₂ bis a₅. Die Varistorspannung für den Varistor b₁ war gleich 220 V spezifiziert, bzw. für jeden der Varisto ren b₂ bis b₅ gleich 270 v Meßwerte von Stromstößen, welche die Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen und die Absorptions vorrichtungen c₂ bis c₅ aushalten konnten, waren jeweils 2000 A. Ein Meßwert der Widerstandsfähigkeit gegen Stromstöße zwischen den Leitun gen A und A′ des Spannungspitzenzählers wird dann 10 000 A, was das fünffache des Wertes der Widerstandsfähigkeit gegen Stromstöße einer einzelnen Einheit einer Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen oder einer einzelnen Einheit der Absorptionsvorrichtung ist.

Beispiel 2

Bei diesem Beispiel wird als Entladungsröhre vom Spalttyp a₁ eine glasgedichtete Entladungsröhre vom Mikrospalttyp benutzt und ein Zink oxid-System-Varistor für die nichtlinearen Widerstände b₁ bis b₅ und CdS für die Lichtempfangsvorrichtung d, wie in Fig. 2 gezeigt. Wie im Falle des Beispiels 1 wurde eine Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungs spitzen durch eine Entladungsröhre a₁ und einen Varistor b₁ gebildet. Absorptionsvorrichtungen für Spannungsspitzen wurden nur durch einzelne Varistoren b₂ bis b₅ gebildet.

Bei diesem Beispiel war die Gleichspannung zur Auslösung eines Entla dungsimpulses der Entladungsröhre a₁ mit 300 V spezifiziert. Die Vari storspannungen waren mit 220 V für den Varistor b₁ und 620 V jeweils für die Varistoren b₂ bis b₅ spezifiziert. Meßwerte der Widerstandsfähig keit gegen Stromstöße ergaben für die Vorrichtung c₁ zur Detektion von Spannungsspitzen und die Varistoren b₂ bis b₅, die Absorptionsvorrich tungen bilden und als solche dienen, jeweils für jede gleich 2000 A. Die Widerstandsfähigkeit gegen Stromstöße zwischen den Leitungen A und A′ des Spannungsspitzenzählers wurde 10 000 A, was das fünffache der Widerstandsfähigkeit gegen Stromstöße der einzelnen Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen oder jeder der einzelnen Absorptionsvor richtungen für Spannungsspitzen ist.

Obwohl das, was als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung angesehen wird, dargestellt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen dabei vorgenommen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Spannungsspitzenzähler, umfassend:
- eine Vorrichtung (c₁) zur Detektion von Spannungsspitzen, welche aus einer Entladungsröhre (a₁) vom Spalttyp und einem nichtlinearen Widerstand (b₁) gebildet ist, die beide zueinander in Serie geschaltet sind;

- wenigstens eine Absorptionsvorrichtung (c₂, c₃, c₄, c₅) für Span nungsspitzen, welche eine höhere Spannung zur Auslösung eines Entladungsimpulses benötigt als die Spannung zur Auslösung eines Entladungsimpulses der Vorrichtung (c₁) zur Detektion von Spannungsspitzen;
- Mittel zum Parallelschalten der Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen und des wenigstens einen Elementes zur Ab sorption von Spannungsspitzen und zum Verbinden zwischen Lei tungen (As, A), in welchen Spannungsspitzen auftreten können;
- eine Lichtempfangsvorrichtung (d) für die genannte Entladungs röhre vom Spalttyp (a₁) in einer Anordnung dazu, die den Empfang von Licht ermöglicht, um ein Entladungslicht von der Entladungsröhre zu detektieren; und
- eine Zählschaltung (e) zum Zählen eines detektierten Signals von dieser Lichtempfangsvorrichtung (d), welches auf von der Entladungsröhre emittiertes Licht anspricht.

2. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens ein Spannungsspitzenabsorptionselement (c₂, c₃), c₄, c₅) aus einer Entladungsröhre vom Spalttyp (a₂, a₃, a₄, a₅) und einem nichtlinearen Widerstand (b₂, b₃, b₄, b₅), welche in Serie geschaltet sind, gebildet wird.

3. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spannungsspitzenabsorptionselement (c₂, c₃, c₄, c₅) aus einem nichtlinearen Widerstand (b₂, b₃, b₄, b₅) gebildet ist.

4. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand ein Zinkoxid-Varistor ist.

5. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand ein Zinkoxid-Varistor ist.

6. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand ein Siliziumcarbid-Varistor ist.

7. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand ein Siliziumcarbid-Varistor ist.

8. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre vom Spalttyp eine Entladungsröhre mit Luftspalt, eine gasgefüllte Entladungsröhre oder eine glasgedichtete Entladungsröhre vom Mikrospalttyp ist.

9. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsröhre vom Spalttyp eine Entladungsröhre mit Luftspalt, eine gasgefüllte Entladungsröhre oder eine glasgedichtete Entladungsröhre mit Mikrospalt ist.

10. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfangsvorrichtung eine Photozelle ist, welche eine polykristalline Substanz enthält, wie z. B. CdS, CdSe oder PbS.

11. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtempfangselement eine Photozelle ist, welche eine Substanz aus polykristallinem CdS enthält.

12. Spannungsspitzenzähler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtempfangselement eine Photozelle ist, welche eine polykristalline Substanz enthält, wie z. B. CdS, CdSe oder PbS.

13. Spannungsspitzenzähler, umfassend:

- eine Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen, welche bei einer Entladung über diese Vorrichtung Licht emittiert;
- wenigstens eine Absorptionsvorrichtung für Spannungsspitzen, welche eine höhere Spannung zur Auslösung eines Entladungs impulses hat als die Auslösespannung für einen Entladungsim puls der Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen;
- Verbindungsmittel, um die Vorrichtung zur Detektion von Span nungsspitzen und die wenigstens eine Absorptionsvorrichtung für Spannungsspitzen zwischen Leitungen, in welchen Spannungsspit zen auftreten können, und untereinander parallel zu schalten;
- eine Lichtempfangsvorrichtung für die Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen in einer Anordnung dazu, die den Emp fang von Licht ermöglicht, um Entladungslicht von der Vor richtung zu detektieren; und
- eine Zählschaltung zum Zählen eines detektierten Signals von der Lichtempfangsvorrichtung, welche auf von der Vorrichtung zur Detektion von Spannungsspitzen emittiertes Licht anspricht.