ITMI950409A1 - Unita' di derivazione per sistemi di telecomunicazioni subacquei - Google Patents

Abstract

Una unità di derivazione per un sistema di comunicazione subacqueo viene disposta in maniera tale da provvedere una commutazione calda a distanza per l'energia elettrica. L'unita possiede tre terminazioni (1,2,3) ciascuna per un diverso dei tre cavi di linea e uno o più circuiti (20) di richiesta alimentazione che richiedono una alimentazione di energia elettrica dai cavi di linea. Un circuito (A1,Bl,C1) di commutazione è azionabile per completare un percorso di corrente fra una coppia appropriata delle tre terminazioni attraverso uno o più circuiti di richiesta alimentazione in funzione della relativa tensione di linea. Ulteriori mezzi di commutazione sono attivabili dopo l'azionamento del circuito di commutazione a seconda che la corrente alimentata al(i) circuito (i) di richiesta alimentazione cresca al disopra della corrente che compare subito dopo l'azione dei circuiti di commutazione. Gli ulteriori mezzi di commutazione completano un circuito fra le terminazioni non imparentate e una quarta terminazione per una massa marina;

Description

La presente invenzione si riferisce ad unità di derivazione per sistemi di telecomunicazioni subacquei.

I sistemi con cavi sottomarini in origine erano tali da collegare due terminali di terra i quali erano posti, ad esemplo, su sponde opposte dell'oceano Atlantico. Uno sviluppo successivo prevedeva due terminali di terra su un lato e un terzo sull'altro lato, essendoci un cavo principale estendentesi fra il terzo terminale di terra e una unità di derivazione (intercollegamento a y) e cavi sperone estendentisi dall'unità di derivazione verso gli altri due terminali. Si possono disporre dei ripetitori nel cavo principale e nei cavi sperone, pertanto si devono adottare misure per l'alimentazione. I ripetitori possono essere alimentati fornendo corrente tra il terminale a terra (stazione terminale) in corrispondenza di una estremità di un cavo di derivazione (principale o sperone) e una massa distante (alimentazione su un lato) o fra due qualsiasi stazioni terminali (alimentazione su due lati). Con un noto tipo di unità di derivazione, l'alimentazione di ripetitori nel cavo principale e in un cavo sperone avviene mediante alimentazione su due lati, mentre quella di ripetitori nell'altro cavo sperone avviene mediante alimentazione su un lato, la massa essendo fornita da una massa marina solidale con l’unità di derivazione. L'unità di derivazione può includere relè mediante i quali la fornitura d'energia può essere cambiata (commutata) in caso di avaria in uno dei due rami, al fine di isolare quel ramo mentre si continua ad alimentare gli altri rami.

I sistemi di cavi subacquei a fibre ottiche per applicazioni su lunghi tratti vengono ora strutturati con molti punti di approdo, e quindi molte unità di derivazione, e con complicati requisiti d‘istradamento del traffico. Una unità di derivazione fondamentale per sistemi di unità di derivazione multiple viene divulgata nella nostra domanda di brevetto in Gran Bretagna pubblicata N° 2252686A. Questa unità fondamentale è tuttavia una unità passiva, cioè essa non comporta ripetitori/generatori per i segnali ottici, che è atta a terminare tre cavi di linea e anche a fornire una massa marina per l' alimentazione. Un successivo progetto attivo includeva ripetitori ottici (rigeneratori) i quali richiedevano alimentazione, come divulgato nella domanda di brevetto britannica N "9304328.9 in cui vi sono mezzi per l'alimentazione della circuiteria ausiliaria, quali i ripetitori, in prospettiva di una catena di diodi Zener e di un ponte di raddrizzatori integrale o a onda intera.

Un problema particolare che è stato sperimentato con le unità di derivazione attive è quello di commutazione '‘calda" durante l'attivazione (powerup) del sistema. L'unità attiva descritta nella nostra domanda N "9304328.9 a nome della richiedente si rivolge a questo problema fornendo un relè di commutazione ausiliario il quale esegue la commutazione calda evitando cosi un danno ai relè principali. La presente invenzione può essere impiegata nei circuiti particolareggiati di quella domanda il cui intero contenuto viene qui incorporato a titolo di riferimento.

La presente invenzione riguarda un approccio alternativo a questo problema.

Secondo un aspetto della invenzione viene fornita una unità di derivazione per un sistema di comunicazioni subacqueo, l'unità essendo cosi disposta da fornire una commutazione calda a distanza per energia elettrica.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione viene fornito un sistema di telecomunicazioni sottomarino incorporante una o più unità di commutazione e stazioni costiere ad esse associate, e in cui vengono forniti mezzi per svolgere la commutazione calda entro le stazioni costiere.

L'unità di derivazione può comprendere tre terminazioni, ciascuna per uno diverso di tre cavi di linea, uno o più circuiti di richiesta alimentazione che abbisognano di una alimentazione d'energia elettrica dai cavi di linea, un circuito di commutazione azionabile per completare un percorso di corrente fra una coppia appropriata delle tre terminazioni, attraverso detti uno o più circuiti di richiesta d'energia, in funzione della tensione di linea relativa, e ulteriori mezzi di commutazione azionabili dopo l'azionamento di detto circuito di commutazione in funzione del fatto che la corrente alimentata al(i) circuito (i) di richiesta alimentazione cresca al disopra di quella che compare subito dopo l'azionamento di detto circuito di commutazione, ed atto a completare un circuito tra la/e terminazione/i non appaiata/e e una quarta terminazione per una massa marina.

Il circuito di commutazione può comprendere tre relè elettrici aventi ciascuno una bobina di lavoro e una coppia di contatti normalmente chiusi disposti in serie e formanti un lato di una rete a triangolo, ciascun lato della rete a triangolo essendo collegato fra una coppia differente delle tre terminazioni, ciascun relè avendo anche una coppia di contatti di commutazione che normalmente collegano una diversa delle terminazioni alla rete a triangolo ma i quali, allorché azionati, permettono di collegare le terminazioni alla quarta terminazione attraverso i quarti mezzi di commutazione.

I quarti mezzi di commutazione possono comprendere un relè la cui bobina è collegata in serie con il (i) circuito (i) di richiesta alimentazione.

Affinché si possa comprendere più facilmente l’invenzione e le sue varie ulteriori caratteristiche preferite, vengono ora descritte alcune forme di attuazione, solo a titolo di esempio, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

La figura 1 è uno schema circuitale semplificato di una unità di derivazione provvista di commutazione calda a distanza.

La figura 2 mostra la caratteristica tensione/corrente di un protocollo di commutazione per l'unità di figura 1.

La figura 3 è un diagramma molto schematico di un sistema incorporante alcune unità di derivazione, La figura 4 è un circuito più dettagliato basato sul circuito di figura 1.

Facendo riferimento ai disegni, l'unità di derivazione viene predisposta per eseguire la procedura di attivazione dell'alimentazione (power— up) senza alcuna commutazione calda. Ciò viene conseguito grazie ad uno schema di commutazione a due stadi, ciascuno del due stadi essendo completato ad un livello di corrente predeterminato non appena la corrente cresce durante l'attivazione. Nell'unità di derivazione di figura 1, i relè A,B e C vengono configurati per commutare ad una corrente di, per esemplo, 400 mA circa. Il relè di messa a terra (il relè D) è disposto per far passare la corrente di linea attraverso la sua bobina ed è disposto per commutare con una corrente di linea più alta rispetto ai relè A,B e C. In modo tipico, il relè D commuta con una corrente di bobina di circa 800 mA. La corrente può crescere successivamente fino alla piena corrente di linea, di circa 1,6 A. Così, i relè A,B e C funzionano da relè di configurazione e il relè D funziona da relè di (messa a) terra rilevatore di corrente. La caratteristica corrente/tensione illustrata in figura 2 mostra che si può ottenere un ampio margine tra le due finestre di commutazione. La bobina del relè D può essere fornita di una protezione a diodo Zener.

Abbiamo scoperto che la disposizione tollera una singola avaria del diodo Zener (risultante in una caduta di tensione del 25%) fornendo così una affidabilità incorporata nel sistema.

L’unità di derivazione di figura 1 è totalmente simmetrica ed è progettata per l'impiego in grandi sistemi di cavi subacquei, a speroni multipli.

Nella disposizione descritta, la quale corrisponde ad una tensione differenziale prestabilita fra due delle terminazioni 1,2,3 di cui sopra, il primo relè (A,8 e C) commuta alla corrente inferiore (400 mA) la quale corrisponde ad una tensione differenziale prestabilita fra due delle terminazioni 1,2,3, scollegando i corrispondenti speroni dal tronco. Le stazioni terminali degli speroni (non mostrate) si predispongono quindi per scaricare i cavi speroni fluttuanti elettricamente. Un'alimentazione ininterrotta del tronco al disopra della soglia di corrente maggiore (800 mA) consente all'unità di derivazione di ultimare la presa di terra. Di conseguenza, viene così stabilita la configurazione del sistema senza alcuna commutazione calda sott' acqua.

Facendo ora riferimento alla figura 3, essa mostra un sistema in cui le unità di derivazione (BUI a BU4) vengono alimentate ciascuna da una rispettiva apparecchiatura di alimentazione (PFE1 a PFE4) attraverso commutatori (SI a S4). Ulteriori apparecchiature di alimentazione (PFE5 e PFE6) alimentano le estremità del sistema.

La sequenza di power-up è la seguente.

1. Aprire gli interruttori SI a S4.

2. Rampare PFE5 in modo positivo e PFE6 in modo negativo.

3. Le unità di derivazione BUI a 4 si configureranno ad una corrente di 400 mA, e il rampaggio viene arrestato allorché si raggiunge una corrente di 600 mA.

4. Gli interruttori SIA a S4A vengono chiusi per scaricare i cavi sperone in corrispondenza della testa del cavo, cioè non sott' acqua.

5. Continuare il rampaggio di PFE5 e PFE6. La derivazione a terra si verifica allorché si raggiunge una corrente di 800 mA.

6. Non appena il tronco viene alimentato, chiudere gli interruttori S1B a S4B e aprire gli interruttori SIA a S4A.

7. Rampare PFE1 a 4 fino alla piena corrente di funzionamento di 1,6 A. Il sistema è ora alimentato completamente .

La figura 4 mostra un dettaglio di perfezionamento del circuito base di figura 1 e include tre ponti di raddrizzatori , uno attorno a ciascuna delle bobine A,B,C di relè. Questi ponti di raddrizzatori fanno si che, non importa in quale senso scorra la corrente attraverso gli speroni (fra i terminali), la corrente di eccitazione della bobina è sempre unipolare e aiuta ad aumentare il tempo di diseccitazione del relè attraverso l'effetto volano. In condizioni di guasto, la corrente che passa attraverso l'unità di derivazione può invertirsi improvvisamente in quanto il cavo si scarica in cortocircuito. Questo processo invertito può essere piuttosto lento per guasti lontani, cosi vi è un momento in cui un relè azionato è affamato di corrente e, oltre a ciò, esso deve rimagnetizzarsi con la polarità opposta. In breve, il relè può scommutare e collegare il cavo sperone al cavo del tronco provocando una forte sovracorrente, la quale può danneggiare il relè, a seconda della tensione presente in quel momento. In aggiunta, i ponti di bobine agiscono da "volani*’. La rimozione dell'alimentazione di corrente farà si che una bobina generi una contro-tensione, la cui polarità viene diretta dai diodi del ponte. La conduzione dei diodi prolungherà inoltre il decadimento del campo magnetico e quindi il tempo di diseccitazione del relè. Questo effetto di smorzamento è sufficiente a sostenere il relè durante l'inversione della corrente di linea e di evitare cosi che uno sperone a massa venga collegato al tronco. A causa dell’inclusione dei diodi del ponte attorno alle bobine A,B,C di relè, vengono inclusi dei resistori 30 di bipasso della linearità ai capi di ciascuno di essi, in quanto con basse tensioni di alimentazione questi diodi del ponte non condurranno.

Vi sono quattro circuiti di richiesta alimentazione sotto forma di rigeneratori 20 nella disposizione illustrata, sebbene ciò non sia l’unica possibilità, con i loro circuiti di alimentazione collegati in serie. Un rispettivo diodo Zener 21 è collegato ai capi di (in parallelo con) ciascun rigeneratore 20 e limita la tensione di alimentazione al rigeneratore, i quattro diodi zener 21 essendo collegati in serie. La disposizione dei quattro diodi zener 21 è in effetti disposta in parallelo a ciascuna bobina A,B,C di relè.

Tre coppie 22,23,24 di diodi raddrizzatori 25A-25F, che conducono nelle stesse direzioni, sono disposte in parallelo con i collegamenti serie di rigeneratori e diodi zener. Una coppia di diodi raddrizzatori è associata con ciascun terminale di cavo di derivazione. La giunzione 26, alla quale sono collegate entrambe le bobine B e C, è collegata ad un punto tra i diodi raddrizzatori della coppia 22, la giunzione 27 interposta fra le bobine A e B è collegata ad un punto fra 1 diodi raddrizzatori della coppia 23, e la giunzione 28, alla quale sono collegate entrambe le bobine A e C, è collegata ad un punto fra i diodi raddrizzatori della coppia 24. Come si noterà, viene associata a ciascuna bobina A,B e C una rispettiva coppia fra le coppie di diodi raddrizzatori 22,23 e 24. Per esempio, la bobina C è associata alle coppie di diodi 22 e 24, e i quattro diodi di queste due coppie sono disposti a mo di ponte di raddrizzatori. I terminali di linea 1 e 3 e la bobina C sono collegati fra una coppia dei terminali del ponte e i circuiti 20 di alimentazione del rigeneratore, mentre i diodi zener vengono collegati ai capi dell’altra coppia dei terminali del ponte.

Allorché una tensione viene applicata fra due stazioni tali che, ad esempio, la corrente passi fra i terminali 1 e 3, il terminale 2 viene collegato alla linea Al/Bl e, allorché la corrente che passa attraverso la bobina D del relè supera gli 800 mA, il relè viene azionato e il terminale 2 viene collegato alla massa marina. In aggiunta, una corrente scorre dalla giunzione 26 attraverso il diodo raddrizzatore 25A, i collegamenti serie del rigeneratore 20 e i diodi zener 21, e il diodo raddrizzatore 25F verso la giunzione 28 e quindi verso il terminale 3.

Perciò, i circuiti di alimentazione dei rigeneratori vengono effettivamente posti in serie con il ramo attraverso il quale la corrente viene alimentata e nel quale i terminali (1 e 3 in questo esempio) risultano collegati, e quindi la corrente viene sempre erogata ai rigeneratori. Se il flusso di corrente é fra i terminali 1 e 2, e il terminale 3 è collegato alla massa marina allorché i contatti vengono commutati, una corrente passa attraverso il diodo raddrizzatore 25A, i circuiti 20 di alimentazione del rigeneratore, i diodi zener 21 e il diodo raddrizzatore 25D verso la giunzione 27 e quindi verso il terminale 2. Se i terminali 2 e 3 sono collegati e il terminale 1 è collegato alla massa marina allorché i contatti DI sono commutati e il flusso di corrente avviene dal terminale 2 al terminale 3, esso passa anche dalla giunzione 27 attraverso il diodo raddrizzatore 25C, i circuiti 20 di alimentazione dei rigeneratori, diodi zener 21 e diodo raddrizzatore 25F verso la giunzione 28. Se il flusso di corrente viene invertito, ad esempio con l'ultimo caso, ma con flusso dal terminale 3 al terminale 2, la corrente passa dalla giunzione 28 attraverso il diodo raddrizzatore 25E, i rigeneratori 20 e i diodi zener 21, il diodo raddrizzatore 25D verso la giunzione 27 e quindi verso il terminale 2. La disposizione è simmetrica e reversibile, e soddisfa il requisito di alimentare corrente ai rigeneratori indipendentemente da quali due terminali (bracci o rami del sistema) vengono alimentati e indipendentemente dalla direzione del flusso di corrente.

Considerando una corrente applicata fra i terminali 1 e 3, la bobina C di relè vede una tensione doppia di quella delle delle bobine A e B, il che significa che il relè C 6 in grado di commutare i suoi contatti Cl, ma i relè A e B non sono in grado di commutare i loro contatti Al e B1 in quanto essi hanno solo metà della tensione. I quattro diodi zener 21 offrono simultaneamente la protezione da sovracorrenti ai circuiti 20 di alimentazione dei rigeneratori, alle bobine A,B,C di relè e ai diodi raddrizzatori , cioè la protezione durante i transitori di corrente. Questi ultimi si possono verificare come quando il cavo viene tagliato, esso si cortocircuita attraverso l'acqua marina e possono passare delle correnti molto forti (300 - 400 amp) . Cosi avendo i diodi zener in parallelo con i rigeneratori , essi limitano la tensione ai capi dei rigeneratori , come pure ai capi delle bobine di relè. In questo modo il sistema viene totalmente protetto da sovracorrenti , internamente. In aggiunta, vengono incluse delle bobine 29 di protezione da sovracorrenti fra i terminali 1,2,3 e le giunzioni 26,27,28 per allungare il tempo di salita nel caso di guasto dovuto a corto-circuito nelle vicinanze, e per provvedere un transitorio inferiore lungo un tempo maggiore che non altrimenti. Le bobine di protezione da sovracorrenti limitano così i transitori a guizzo (spikes) di tensione induttiva fra i rigeneratori e ai capi dei diodi raddrizzatori e delle bobine di relè durante i transitori di corrente.

Per scopi di ricerca di guasto del cavo con basse correnti di linea si richiede di avere un percorso in cc con una resistenza determinata. I resistori 30 provvedono un percorso siffatto in quanto con basse tensioni di alimentazione il ponte di raddrizzatori non condurrà in modo significativo.

L' ulteriore contatto DI di relè citato in precedenza viene Illustrato in figura 4 fra la massa marina e i contatti A1,B1 e Cl, associato con l’ulteriore bobina D di relè. Il relè D isola lo sperone da terra sino a che esso non sia stato scaricato dalla stazione terminale.

La presente invenzione consente la realizzazione di: 1) Un' unità di derivazione per consentire l'alimentazione di un sistema a speroni multipli, senza la commutazione calda di relè sottovuoto durante il power-up, evitando così un "trasferimento di arco".

2) Un' unità di derivazione che presenta un determinato processo di commutazione a due stadi conirollato dalla corrente di linea del sistema che passa attraverso l'unità.

3) Unità di derivazione che consentirà il flusso di corrente attraverso due speroni qualsiasi, collegando automaticamente il terzo a una massa marina, una volta che sia stato completamente alimentato.

4) Un' unità di derivazione insensibile al senso della corrente per un funzionamento corretto.

5) Un' unità di derivazione che tollera l'avaria da cortocircuito di componente a diodi zener.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Unità di derivazione per un sistema di comunicazione subacqueo, l'unità essendo disposta in modo tale da provvedere una commutazione calda a distanza per l'energia elettrica.
2. 2. Unità di derivazione secondo la rivendicazione 1 comprendente tre terminazioni, ognuna per un cavo differente di tre cavi di linea, uno o più circuiti di richiesta alimentazione che richiedono una alimentazione di energia elettrica dai cavi di linea, un circuito di commutazione azionabile per completare un percorso di corrente fra una coppia appropriata delle tre terminazioni, attraverso detto uno o più circuiti di richiesta alimentazione, in funzione della relativa tensione di linea, e inoltre mezzi di commutazione azionabili dopo l'azionamento di detto circuito commutatore in funzione del fatto che la corrente applicata al (i) circuito (i) di richiesta energia cresca al disopra di quella che si produce subito dopo l'azionamento di detto circuito di commutazione ed atto a completare un circuito fra la (e) terminazione (i) non appaiata (e) e una quarta terminazione per una massa marina.
3. 3* Unità di derivazione secondo la rivendicazione 2, in cui detto circuito di commutazione comprende tre relè elettrici aventi ciascuno una bobina di lavoro e una coppia di contatti normalmente chiusi disposti in serie e formanti un lato di una rete a triangolo, ciascun lato della rete a triangolo essendo collegato fra una coppia diversa delle tre terminazioni, ciascun relè avendo anche una coppia di contatti di commutazione i quali collegano normalmente una terminazione diversa delle tre terminazioni alla rete a triangolo ma, allorché vengono azionati, permettono il collegamento delle terminazioni con la quarta terminazione attraverso i quarti mezzi di commutazione.
4. 4. Unità di derivazione secondo la rivendicazione 3, in cui i quarti mezzi di commutazione comprendono un relè la cui bobina è collegata in serie con il (i) circuito (i) di richiesta energia.
5. 5. Unità di derivazione secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui le bobine di lavoro del primo, secondo e terzo relè sono collegate fra una rispettiva coppia di terminazioni dei cavi di linea attraverso diodi raddrizzatori.
6. 6. Unità di derivazione secondo le rivendicazioni 3,4 o 5, includente un diodo zener o una disposizione a diodi zener comprendente una pluralità di diodi zener collegati in serie, ciascuna bobina di relè essendo disposta in parallelo con il diodo zener o con la disposizione a diodi zener.
7. 7. Unità di derivazione secondo la rivendicazione 6, includente tre coppie di diodi raddrizzatori collegati in serie, ciascuna coppia essendo associata ad una rispettiva terminazione di cavo di linea, disposta in parallelo con il diodo zener o i diodi zener collegati in serie e i circuiti di richiesta alimentazione, in cui ciascuna terminazione di cavo di linea è collegabile ad un punto fra i due diodi raddrizzatori della rispettiva coppia, ciascuna bobina essendo collegata fra una rispettiva coppia di detti punti, i quattro diodi raddrizzatori associati con detta bobina essendo disposti a mò di ponte di raddrizzatori, e in cui i diodi zener provvedono simultaneamente la protezione da sovratensioni per i circuiti di richiesta alimentazione, le bobine di relè e i diodi raddrizzatori .
8. 8. Unità di derivazione secondo la rivendicazione 7, in cui fra ciascuna terminazione di cavo di linea e il rispettivo punto viene sistemata una rispettiva bobina di protezione da sovratensioni .
9. 9. Unità di derivazione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui a ciascuna delle bobine del primo, secondo e terzo relè viene associato un rispettivo raddrizzatore a ponte per ovviare a inversioni della corrente di linea che sbloccherebbero un relè azionato e provocherebbero delle sovratensioni in corrispondenza dei contatti del relè.
10. 10. Unità di derivazione per un sistema di comunicazione subacqueo sostanzialmente come descritto nella presente con riferimento ai disegni.
11. 11. Sistema di comunicazione subacqueo incorporante uno o più unità di commutazione e stazioni costiere ad esse associate, e in cui vengono provvisti mezzi per eseguire la commutazione calda nell'ambito delle stazioni costiere.