NO854721L - Anordning for beskyttelse av en elektrisk krets mot skadelige signaler. - Google Patents

Abstract

En anordning for beskyttelse av en elektrisk krets mot skadelige signaler, slik som strmutladninger og spenningssprang,. omfatter en kombinasjon av et seriebeskyttelseelement (4) som danner åpen krets i tilfelle det forekommer et skadelig signal, samt et shuntbeskyttelseelement (1) som danner en lavmotstandskrets i tilfelle et sådant skadelig signal forekommer. Seriebeskyttelseelementet utgjres fortrinnsvis av en normalt lukket bryterinnretning (4) som bringes til å forandre kontaktstilling som reaksjon på varme som utvikles i shuntbeskyttelseelementet, som f.eks. foreligger i form av et gass-utladningsrør (1), således at kretsens serieforbindelse åpnes og det dannes en kortslutning av shuntforbindelsen. Beskyttelseanordningen kan anvendes både ved ubalanserte linjer og ved balanserte linjer (LI, L2) som mater inngangsklemmer (El, E2) for det kretsutstyr som skal beskyttes.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår beskyttelseanordninger for å beskytte en krets mot skadelige signaler, slik som høyspenning eller strømutladninger og plutselige overganger, og som omfatter både et seriebeskyttelseelement og et shunt-beskyttel-seelement som er anordnet slik at i tilfelle det opptrer et skadelig signal vil serieelementet søke å danne åpen krets mens shuntelementet vil forsøke å danne kortslutning.

Ved allerede eksisterende anordninger av denne art vil det vanligvis foreligge en viss endelig lekkasjestrøm over et serieelement som skal danne "åpen krets", mens en merkbar motstand, og således et spenningsfall, opptrer over et "kortsluttet" shuntelement, således at beskyttelseanordningens effektivitet nedsettes.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en kretsbeskyttelseanordning hvor de ovenfor nevnte ulemper er nedsatt i betraktelig grad eller helt unngått.

Oppfinnelsen gjelder således en beskyttelseanordning for å beskytte en krets mot skadelige signaler, slik som strømutlad-ninger og spenningssprang, og som omfatter en kombinasjon av et seriebeskyttelseelement som danner åpen krets når det foreligger et skadelig signal, samt et shuntbeskyttelseelement som danner en lavmotstandskrets i tilfelle et skadelig signal. I henhold til oppfinnelsen utgjøres seriebeskyttelseelementet av en normalt lukket bryterinnretning som reagerer på at varme utvikles i shuntbeskyttelseelementet med å åpne seriekrets-banen og kortslutte shuntkretsbanen.

Foreliggende oppfinnelse gjelder også en beskyttelseanordning for å beskytte en krets mot skadelige signaler slik som strøm-utladninger og spenningssprang, og som omfatter en omkobler som normalt holdes i en første stilling som slutter en serie-krets og danner et seriebeskyttelseelement, samt et shuntbe-sky ttelseelement i termisk sammenheng med nevnte omkoblerinnretning, således at varme som utvikles i shuntbeskyttelseele mentet som reaksjon på et skadelig signal frembringer overgang av omkoblerinnretningen til sin annen stilling, hvor den åpner seriekretsen og kortslutter shuntbanen.

Oppfinnelsen omfatter videre en kretsbeskyttelseanordning som omfatter en omkoblerinnretning som normalt holdes i en første stilling og danner et seriebeskyttelseelement og som er anordnet for termisk å bringes til sin annen stilling ved varme-som utvikles i et shuntbeskyttelseelement tilordnet nevnte omkoblerinnretning, idet omkoblerinnretningen i sin annen stilling åpner en seriebane og kortslutter en shuntbane i kretsen. Omkoblerprosessen er anordnet for å være irreversi-bel, således at når den termisk utløste omkoblerinnretning er bragt til sin annen stilling, vil den forbli i denne stilling selv om den varme som har utløst dens overgang, blir fjernet.

I en foretrukket utførelse omfatter omkoblerinnretningen en kontakt som er forspent mot den kortsluttede shuntstilling, men som holdes i den normalt lukkede seriekretsstilling for beskyttelseanordningen ved hjelp av et termisk myknende material, f.eks. blødt loddemiddel eller smeltbar legering, som myknes til åpning av kontakten ved tilførsel av tilstrekkelig varme fra shuntbeskyttelseelementet.

Omkoblerkontakten kan være dannet av en ettergivende tråd eller strimmel, som kan omfatte en eller flere vindinger for å gi kontakten øket fjæring.

Shuntbeskyttelseelementet omfatter fortrinnsvis et gassutlad-ningsrør, og den varme som røret utvikler når det tennes, utnyttes for å frembringe omkoblerinnretningens varmefølsomme arbeidsoperasjon.

Beskyttelseanordningen i henhold til oppfinnelsen kan utnyttes både ved balanserte og ubalanserte kretser og linjer og anordningen i henhold til oppfinnelsen kan hensiktsmessig foreligge i form av en modul som lett kan forbindes med og utskiftes i en kretsanordning som skal beskyttes.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av et utførelseseksempel og under henvisning til de vedføyde teg-ninger, hvorpå: Figurene la og lb er skjematiske diagrammer av kretsutstyret med to balanserte beskyttelseanordninger i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2a er en skjematisk planskisse av en utførelse av kretsbeskyttelseanordningen i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2b er et sideoppriss på basis av anordningen i fig. 2a og som viser de forskjellige komponenter montert på et kretskort , Fig. 3 er en skjematisk planskisse av en annen utførelse av kretsbeskyttelseanordningen, og Figurene 4a og 4b viser henholdsvis en perspektivskisse og et sideoppriss av en ytterliggende utførelse av kretsbeskyttelseanordningen .

De anordninger som nå skal beskrives under henvisning til tegningene er balanserte kretsanordninger og tilsvarende hen-visningstegn anvendes for samsvarende deler av beskyttelseanordningen i hver linje.

Som vist ved de skjematiske diagrammer i figurene la og lb, er et linjepar L som er balansert i forhold til jord og utstyrt med inngangsklemmer Li og L2 tilkoblet utstyr som skal beskyttes over klemmer El og E2. I tilslutning til linjene er det anordnet et shuntbeskyttelseelement som omfatter et dobbelt gassutladningsrør 1 med sin midtelektrode forbundet med jord over en koblingspinne 3 som også er forbundet med en normalt lukket bryterkontakt 4 serieinnkoblet i hver linje. Hver av disse kontakter 4 utgjør en del av en omkoblerinnretning og er anordnet for å aktiveres som reaksjon på varme som utvikles i gassutladningsrøret 1, for derved å åpne seriekretsen mellom inngangslinjene og vedkommende utstyr samt å kortslutte den shuntbane som dannes av røret 1. Aktivering av omkoblerkontaktene 4 i fig. 1 tjener til å kortslutte apparatsiden over klemmene El og E2, mens påvirkning av bryter-kontaktene 4 i fig. lb tjener til å kortslutte kretsen på linjesiden over klemmene LI og L2. Hvis såønskes, kan imidlertid omkobleren være anordnet for å kortslutte både inn-gangssiden og apparatsiden.

De regler som følges med hensyn til inngangs- og utgangssiden gjelder en innkommende feilstrøm og en hvilken som helst ut-gående feilstrøm som trenger inn i vedkommende apparatutstyr fra beskyttelseanordningen. Ønskede signalstrømmer kan natur-ligvis passere i begge retninger og beskyttelseanordningen kan anses som gjennomskinnelig for sådanne signalstrømmer.

Figurene 2a og 2b viser en utførelse av foreliggende oppfinnelse og hvor komponentene er montert på et kretskort. Hver omkoblerkontakt 4 foreligger i form av en formet ettergivende tråd eller strimmel som kan være viklet opp på en tapp 5 for å øke dens utbøyningsområde og som har sin ene ende loddet til et punkt 6, som er forbundet med klemmen El eller E2. Fjærkontaktene 4 er satt under sådan spenning av de er forspent mot den midtre jordede kontaktpinne 2 på gassutladningsrøret, men de er også holdt i kontakt med pinnene 3 og også med tappene 7 som står i forbindelse med linjeklemmene Li og L2 over smelteforbindelser i punktene Pl og/eller P2. Det vil forstås at begge punkter Pl og P2 kan være smelteforbindelser, eller at den ønskede vikling kan oppnås ved at bare ett av disse punkter utgjør en smelteforbindelse, mens det annet forbind-elsepunkt bare er en trykkontakt mellom vedkommende deler. Smelteforbindelsene kan utgjøres av et mykt loddemetall eller en smeltelegering.

Smelteforbindelsene er ment å kunne myknes av varme som utvikles i gassutladningsrøret 1, og skjønt det foreligger en direkte varmeoverføring til en smelteforbindelse i punktene Pl over kontaktpinnene 3, er det likevelønskelig å anordne et eget varmeoverføringsstykke i en eller annen form, slik som f.eks. en metallstrimmel mellom den isolerende kappe på gass-utladningsrøret 1 og tappene 7 når de smeltbare forbindelser befinner seg i punktene P2.

Utløsningsstillingen for en omkoblerkontakt 4 er vist i kontakt med den jordede midtpinne 2, samt ute av kontaktforbindelse med pinnen 3 og tappen 7 ved stiplede linjer for den øvre kontakt i fig. 2a. Dette er den stilling som kontakt-forbindelsen antar under sin naturlige fjærforspenning når den smeltbare legering i punktene Pl og/eller P2 har myknet tilstrekkelig til at den utløses fra sin normale tilbakeholdte stilling.

Fig. 2b viser anordningen montert på et kretskort B.

Det skal nå henvises til utførelsen i fig. 3, hvor hver omkoblerkontakt 4 atter er en ettergivende tråd eller strimmel som i dette tilfelle danner en hovedsakelig V-formet fjær som er oppviklet på et mellomliggende punkt over sin lengdeut-strekning om en tapp 5, samt har en arm 4a som ligger an mot en tapp som utgjør kontaktklemmen El eller E2. Kontaktene 4 er satt under sådan spenning at de andre armer 4b er forspent mot den jordede midtpinne for gassutladningsrøret, men armene tilbakeholdes i kontakt med kontaktpinnene 3 samt også i kontaktforbindelse med de pinner som danner inngangsklemmene LI og L2 ved hjelp av smeltbare forbindelser i punktene Pl og/eller P2. Det er også her mulig at begge punkter Pl og P2 er smeltbare forbindelser, eller også kan den ønskede virkning oppnås ved at bare et punkt er en smelteforbindelse og det annet punkt bare utgjøres av en trykkontakt mellom vedkommende deler. De smeltbare forbindelser kan utgjøres av et mykt loddemetall eller en smeltbar legering.

Som i den tidligere omtalte utførelse er de smeltbare forbindelser ment å kunne myknes ved varme som utvikles i gass-utladningsrøret, og skjønt det foreligger en direkte varme-overføring til de smeltbare forbindelser i punktene Pl over kontaktpinnene 3, er det likevel ønskelig å anordne et varme-overf øringslegeme i en eller annen form, slik som f.eks. en metallstrimmel mellom den isolerende kappe for gassutladnings-røret 1 og tappene P2, idet tilfelle de smeltbare forbindelser befinner seg i punktene P2.

Utløsningsstillingen for en omkoblerkontakt 4 i forbindelse med den jordede midtpinne 2 samt ute av kontakt med kontaktpinnen 3 og tappen Li er vist ved stiplede linjer for den øvre kontakt i fig. 2. Dette er den stilling som kontakten antar under sin naturlige fjærforspenning når smeltelegeringen i punktene Pl og/eller P2 har myknet tilstrekkelig til å frigjøre kontakten fra sin venlige tilbakeholdte stilling. I den utløste stilling vil spenningen i den oppviklede del av fjæren sikre dens vedvarende trykk mot utgangspinnen El, E2 såvel som mot jordkontaktpinnen 2. I praksis vil begge fjærer utløses omtrent samtidig, slik at inngangene LI, L2 blir isolert og utgangene El og E2 jordes.

I drift av de ovenfor omtalte anordninger vil korte og lite hyppige transienter med lav energi bli undertrykt eller "avklippet" av gassutladningsrøret 1 uten at dets temperatur økes tilstrekkelig til å utløse fjærkontaktene 4. Anordning-ens toleranse overfor sådanne transienter kanøkes ved å anordne et varmesluk for gassutladningsrøret og/eller ved å øke varmeoverføringsmotstanden mellom gassutladningsrøret og klumpene av smeltbar legering i punktene Pl og/eller P2.

Når imidlertid temperaturen av gassutladningsrøret øker tilstrekkelig til at legeringen smelter og fjærkontaktene 4 utløses, vil apparatklemmene El, E2 bli fullstendig utkoblet fra linjene Li, L2 samt kortsluttet direkte til jord ved kontaktpinnen 2. I stedet for begge kontakter kan imidlertid bare en av kontaktene 4 bringes til å arbeide på denne måte.

Denne temperaturøkning kan opptre som en følge av en kraftig utladning frembragt ved lynutløsning eller ved induksjon fra en kraftlinje under feilforhold, eller av en vedvarende veksel- eller likestrøm på noen får ampere som følge av en tilfeldig kontakt mellom vedkommende linje og en kraftfor-syningskabel. Formålet for foreliggende oppfinnelse er å frembringe effektiv beskyttelse i disse og lignende tilfeller.

For balanserte linjer som omfatter både Li og L2 samt en felles jordforbindelse, vil beskyttelsemodulen kreve to fjærkontakter som angitt. Den resulterende utforming er kjent som et 5-punkt arrangement. For ubalanserte eller "linje/jord"-kretser, er bare et 3-punkt arrangement med en enkel f jær-kontakt påkrevet. Hver av disse utførelser kan lett konstru-eres som en modul.

Fjærkontaktene kan eventuelt være tilstrekkelig tynne til å kunne oppvarmes ved for kraftig strøm og derved enten frembringe eller bidra til smelting av den smeltbare legering. En undersøkelse av de foreliggende arbeidsforhold i praktiske tilfeller viser imidlertid at et sådant strømnivå bare kan opptre som en følge av tilstrekkelig høy foreliggende spenning til å "tenne" gassutladningsrøret således at dette gjøres ledende og derved uten hjelp frembringe tilstrekkelig varme.

En ytterligere fordel ved foreliggende oppfinnelsegjenstand er følgelig at fjærkontaktene kan være tilstrekkelig kraftige til (I) å unngå utglødning og tap av fjærspenning på grunn av

varmevirkninger av feilstrømmer, (II) bare innføre ubetydelige tapsmotstander i serie med signalkretsene, og (III) frembringe tilstrekkelig kontakttrykkpå et hvilket som helst kontaktpunkt som ikke er loddet.

Det skal nå henvises til figurene 4a og 4b hvor det er vist en utførelse av beskyttelseanordningen utformet som en modul som er mekanisk utskiftbar med eksisterende typer av beskyttelse-moduler, f.eks. av den art som anvendes i telefonsentralut-styr. Ved bruk av metallstrimmelkontakter i stedet for tråder, oppnås en bedre føringsevne for pulsstrømmer, i kraft av såvel ledernes større tverrsnitt som de større trykkontakt-flater.

Et gassutladningsrør 1 er understøttet fra en plattform 10 av isolerende material ved hjelp av to armer 11 utformet som metallstrimler, som er forbundet med hver sin ringformede klemme 3 forbundet med gassutladningsrørets ytre elektroder. De nedre ender av armene 11 er forbundet med kontaktstrimler 12 som rager ned under plattformen 10 og danner inngangsfor-bindelsene LI og L2. Også forbundet med eller utført i et stykke med de nedre ender av armene 11 er det anordnet U-formede fjærer 4 som er forspent på sådan måte at de bringes til kontakt med ytterendene av en brokontakt 13 med et midtstykke 13a i kontakt med den ringformede klemme 2 som er forbundet med midtelektroden for gassutladningsrøret 1. Et annet midtstykke 13b er forbundet med en jordkontaktpinne 15 som strekker seg gjennom plattformen 10 og også tjener til å holde på plass og understøtte brokontakten 12 over ytterendene av de U-formede fjærer 4. Også forbundet med plattformen 10 og med sin ene ende anbragt under ytterendene av fjærene 4 er det anordnet kontaktstrimler 14 som danner utgangsforbindelsene El og E2.

Fjærene 4 holdes normalt i kontakt med endene av strimlene 4 ved hjelp av et bløtt loddemiddel eller smeltbar legering, slik som antydet på tegningene, således at det dannes en serieforbindelse mellom inngangsklemmene Li, L2 og utgangs-klemmene El, E2. Ved overheting av gassutladningsrøret 1 vil imidlertid varme bli ledet over metallstrimlene 11 og 13 for nedsmelting av den smeltbare legering, således at de U-formede fjærer 4 utløses og derved bryter kontakten med strimlene 14 og danner kontakt med broen 13. Dette medfører effektiv åpning av seriebanene mellom Li og El samt L2 og E2,

samtidig som gassutladningsrøret kortsluttes.

Skjønt spesielle utførelser er blitt beskrevet, vil det forstås at forskjellige modifikasjoner kan utføres uten at oppfinnelsens ramme overskrides. De fjærkontakter som utfører omkoblingsfunksjonen kan således være av forskjellige andre former enn den som er spesielt vist. Også den shuntbeskyttel-seinnretning som frembringer varme kan være en annen komponent enn et gassutladningsrør.

Claims (10)

1. Beskyttelseanordning for å beskytte en krets mot skadelige signaler, slik som strø mutladninger og spenningssprang, og som omfatter en kombinasjon av et seriebeskyttelseelement som danner åpen krets i tilfelle et skadelig signal forekommer, samt et shuntbeskyttelseelement som danner en lavmotstandskrets ved et sådant skadelig signal, karakterisert ved at beskyttelseelementet er en normalt lukket bryterinnretning som reagerer på varme utviklet i shuntbeskyttelseelementet med å åpne seriebanen gjennom elementet samt frembringe en kortslutning av shuntbanen.

2. Beskyttelseanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter en omkoblerinnretning som normalt tilbakeholdes i en stilling hvor den slutter seriekretsen samt utgjør seriebeskyttelseelementet, mens shuntbeskyttelseelementet er anordnet i termisk forbindelse med nevnte omkoblerinnretning på sådan måte at varme som utvikles i shuntbeskyttelseelementet som reaksjon på et skadelig signal frembringer omkastning av omkoblerinnretningen til dens annen stilling, hvor den åpner seriekretsen og kortslutter shuntbanen.

3. Kretsbeskyttelseanordning, karakterisert ved at den omfatter en omformer-innretning som normalt holdes i en første kontaktstilling for å danne et seriebeskyttelseelement og som er anordnet for termisk overgang til sin annen kontaktstilling under påvirkning av varme som utvikles i et shuntbeskyttelseelement tilordnet nevnte omkoblerinnretning, således at omkoblerinnretningen i nevnte annen kontaktstilling åpner en seriebane for kretsen og kortslutter en shuntbane.

4. Kretsbeskyttelseanordning som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at omkoblerinnretningen omfatter en kontakt som er forspent mot kortsluttende shuntstilling, men er tilbakeholdt i normalt lukket posisjon for seriekretsbeskyttelse ved hjelp av et material som myknes under varmepåvirkning, således at materialet myknes i tilstrekkelig grad til å utlø se vedkommende kontakt ved tilførsel av tilstrekkelig varme fra shuntbeskyttelseelementet.

5. Kretsbeskyttelseanordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at det termisk myknende material er et blø tt loddemiddel eller en smeltbar legering.

6. Kretsbeskyttelseanordning som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at den omfatter en1 eller flere bryterkontakter som er dannet av en ettergivende tråd eller strimmel.

7. Kretsbeskyttelseanordning som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at shuntbeskyttelseelementet omfatter et gassutladningsrør anordnet for utnyttelse av den varme som utvikles når røret tennes,til å frembringe den varmevirkning som utlø ser bryteranordningens arbeidsfunksjon.

8. Kretsbeskyttelseanordning som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at den foreligger i form av en modul som lett kan forbindes med og erstattes i kretsutstyr som skal beskyttes.

9. Kretsbeskyttelseanordning som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at den er anordnet i kombinasjon med et par balanserte linjer, hvor en omkoblerinnretning er anordnet i serie med hver linje og shuntbeskyttelseelementet er koblet mellom linjene.

10. Kretsbeskyttelseanordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at shuntbeskyttelseelementet utgjøres av et dobbelt gassutladningsrør, som har sin midtelektrode forbundet med et referansepotensial, slik som jord.