RU2191457C2

RU2191457C2 - Protective device of three-wire communication lines (modifications)

Info

Publication number: RU2191457C2
Application number: RU2000118090A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Наумов
Original assignee: Наумов Сергей Григорьевич
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2000-07-11
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: communication engineering, applicable for protection of telephone exchange centers against overvoltages arising at getting of the 220-V mains voltage in the telephone lines, lighting discharges and interferences caused by them, or interferences caused by failures of the power transmission lines. SUBSTANCE: the device has two temperature- sensitive resistors with a positive temperature coefficient, which are connected between the respective input and output contacts of the device, and two arresters cut in between the input electrode of the respective temperature-sensitive resistor and the device contact connected to the earthed line of the three-wire communication lines. An additional device has two varistors connected in parallel with the arresters between the output electrode of the respective temperature-sensitive resistor and the device contact connected to the earthed line of the three-wire communication lines. The varistors may be made in the form of a plate or plates of high nonlinear material with electrodes located on both sides or on the ends of the plate with temperature-sensitive resistors located over the electrodes of the varistors. EFFECT: enhanced speed of response and service life. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике связи и предназначено для защиты узлов телефонных станций от перенапряжений, возникающих при попадании в телефонные линии сетевого напряжения 220 В, грозовых разрядов и наводок от них или наводок от аварий ЛЭП. The invention relates to communication technology and is intended to protect telephone exchange nodes from overvoltages arising from a 220 V network voltage, lightning discharges and interference from them, or interference from power line crashes.

Известны устройства защиты линий связи, содержащие разрядник, предохраняющий от перенапряжений, и средства токовой защиты, выполненные в виде плавких элементов (см., например, патент США 3849750, Н 01 Н 39/00, 1974). Недостатками таких устройств являются сложность конструкции и изготовления, невозможность многократного использования. Known devices for protecting communication lines containing a surge arrester and current protection devices made in the form of fusible elements (see, for example, US patent 3849750, H 01 H 39/00, 1974). The disadvantages of such devices are the complexity of the design and manufacture, the inability to reuse.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является устройство защиты трехпроводных линий связи, содержащее корпус с двумя входными и двумя выходными контактами и контактом, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, и два терморезистора с положительным температурным коэффициентом, каждый из которых включен между соответствующим входным и выходным контактом устройства, и два разрядника, каждый из которых включен между входным электродом соответствующего терморезистора и контактом устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи (см. патент США 4876621, Н 02 Н 9/04, 1989). Недостатками таких устройств являются сложность конструкции и изготовления, а также недостаточные скорость срабатывания, срок эксплуатации и эффективность использования устройства защиты. The closest in technical essence and the achieved result is a device for protecting three-wire communication lines, comprising a housing with two input and two output contacts and a contact connected to the grounded line of three-wire communication lines, and two thermistors with a positive temperature coefficient, each of which is connected between the corresponding the input and output contact of the device, and two arresters, each of which is connected between the input electrode of the corresponding thermistor and the contact of the device oystva connectable to three wire lines grounded line (see. US Patent No. 4876621, H 02 H 9/04, 1989). The disadvantages of such devices are the complexity of the design and manufacture, as well as insufficient response speed, service life and efficiency of use of the protection device.

Заявляемое в качестве изобретения устройство защиты линий связи направлено на обеспечение ускорения срабатывания, увеличение срока эксплуатации и упрощение конструкции, а также на повышение эффективности использования устройства. Declared as an invention, a device for protecting communication lines is aimed at providing accelerated response, increasing the life of the device and simplifying the design, as well as improving the efficiency of use of the device.

Решение данных задач достигается тем, что устройство защиты трехпроводных линий связи, содержащее корпус с двумя входными и двумя выходными контактами и контактом, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, и два терморезистора с положительным температурным коэффициентом, каждый из которых включен между соответствующим входным и выходным контактом устройства, и два разрядника, каждый из которых включен между входным электродом соответствующего терморезистора и контактом устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, дополнительно содержит два варистора, каждый из которых включен параллельно разрядникам между выходным электродом соответствующего терморезистора и контактом устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, при этом варисторы выполнены в виде пластины из высоконелинейного материала с электродами, выполненными по обеим сторонам пластины, один из электродов является общим для варисторов и соединен с контактом устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, а другой разделен на две части разрывом в электропроводящем слое, эти части электрода являются вторыми электродами варисторов и поверх каждой части электрода расположен терморезистор, электроды которого выполнены с выводами и один из электродов находится в электрическом и тепловом контакте или является общим с той частью электрода варистора, поверх которой он расположен, и его вывод соединен с соответствующим выходным контактом устройства, а вывод другого электрода терморезистора соединен с соответствующим входным контактом устройства. Варисторы также могут быть выполнены в виде пластин из высоконелинейного материала с электродами, выполненными по обеим сторонам или по обоим торцам пластин, один из электродов одного варистора находится в электрическом и тепловом контакте или является общим с электродом другого варистора и соединен с контактом устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, а поверх другого электрода варисторов расположен терморезистор, электроды которого выполнены с выводами и один из электродов находится в электрическом и тепловом контакте или является общим с электродом варистора, поверх которого он расположен, и его вывод соединен с соответствующим выходным контактом устройства, а вывод другого электрода терморезистора соединен с соответствующим входным контактом устройства. The solution to these problems is achieved by the fact that the three-wire communication line protection device, comprising a housing with two input and two output contacts and a contact connected to the grounded line of the three-wire communication lines, and two thermistors with a positive temperature coefficient, each of which is connected between the corresponding input and output the contact of the device, and two arresters, each of which is connected between the input electrode of the corresponding thermistor and the contact of the device connected to the grounded line three-wire communication lines, additionally contains two varistors, each of which is connected parallel to the arresters between the output electrode of the corresponding thermistor and the device contact connected to the grounded line of the three-wire communication lines, while the varistors are made in the form of a plate of highly non-linear material with electrodes made on both sides of the plate , one of the electrodes is common to varistors and is connected to the contact of the device connected to the grounded line of three-wire communication lines, and d carbon is divided into two parts by a gap in the conductive layer, these parts of the electrode are the second electrodes of the varistors and a thermistor is located on top of each part of the electrode, the electrodes of which are made with leads and one of the electrodes is in electrical and thermal contact or is common with that part of the varistor electrode, on top which it is located, and its output is connected to the corresponding output terminal of the device, and the output of the other electrode of the thermistor is connected to the corresponding input terminal of the device. Varistors can also be made in the form of plates of highly non-linear material with electrodes made on both sides or at both ends of the plates, one of the electrodes of one varistor is in electrical and thermal contact, or is common with the electrode of the other varistor and connected to the contact of the device connected to a grounded line of three-wire communication lines, and on top of another varistor electrode there is a thermistor, the electrodes of which are made with leads and one of the electrodes is in an electric and eplovom contact or is common with an electrode of the varistor over which it is located, and its output connected to a respective output terminal device and the other output electrode of the thermistor connected to a corresponding input contact device.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства защиты трехпроводных линий связи, а на фиг.2 и 3 представлены варианты конструктивного выполнения устройства. In FIG. 1 is a schematic diagram of a device for protecting three-wire communication lines, and FIGS. 2 and 3 show embodiments of a device.

Устройство защиты трехпроводных линий связи (фиг.1) содержит корпус с входными 1, 3 (со стороны абонента) и выходными 2, 4 (со стороны станции) контактами и контактом 5, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, и два терморезистора 6, 7 с положительным температурным коэффициентом, включенные соответственно между входным 1 или 3 и выходным 2 или 4 контактами устройства, и два разрядника 8, 9, включенные между входным электродом соответствующего терморезистора (6 или 7) и контактом 5 устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи. Устройство также содержит два варистора 10 и 11, каждый из которых включен параллельно разрядникам 8 и 9 между выходным электродом терморезистора 6 или 7 и контактом 5 устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи. The device for protecting three-wire communication lines (Fig. 1) contains a housing with input 1, 3 (from the subscriber side) and output 2, 4 (from the station side) contacts and pin 5 connected to the grounded line of the three-wire communication lines, and two thermistors 6, 7 with a positive temperature coefficient, connected respectively between the input 1 or 3 and output 2 or 4 contacts of the device, and two spark gaps 8, 9 connected between the input electrode of the corresponding thermistor (6 or 7) and contact 5 of the device connected to the ground line communication lines. The device also contains two varistors 10 and 11, each of which is connected in parallel with the arresters 8 and 9 between the output electrode of the thermistor 6 or 7 and the terminal 5 of the device connected to the grounded line of three-wire communication lines.

Варисторы 10 и 11 могут быть выполнены (фиг.2) в виде пластины 12 из высоконелинейного материала с электродами 13 и 14-15, выполненными по обеим сторонам пластины 12. Электрод 13 является общим для варисторов и соединен с контактом 5 устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, а другой разделен на две части 14 и 15 разрывом 16 в электропроводящем слое. Части 14 и 15 являются соответственно вторыми электродами варисторов 10 или 11. Поверх частей 14 и 15 электрода пластины 12 расположены терморезисторы 6 и 7, электроды которых выполнены с выводами 1, 2 и 3, 4, которые являются входными (к абоненту) и выходными (к станции) контактами устройства. Электроды терморезисторов 6 и 7 с выводами 2 и 4 находятся в электрическом и тепловом контакте или являются общими с частями 14 и 15 электрода пластины 12, поверх которых они расположены. Между входными электродами 1 и 3 и контактом 5 включены разрядники 8 и 9. Varistors 10 and 11 can be made (Fig. 2) in the form of a plate 12 of highly non-linear material with electrodes 13 and 14-15 made on both sides of the plate 12. The electrode 13 is common for varistors and is connected to the terminal 5 of the device connected to the ground lines of three-wire communication lines, and the other is divided into two parts 14 and 15 by a gap 16 in the electrically conductive layer. Parts 14 and 15 are respectively the second electrodes of varistors 10 or 11. On top of parts 14 and 15 of the electrode of plate 12 are thermistors 6 and 7, the electrodes of which are made with terminals 1, 2 and 3, 4, which are input (to the subscriber) and output ( to the station) device contacts. The electrodes of thermistors 6 and 7 with terminals 2 and 4 are in electrical and thermal contact or are common with parts 14 and 15 of the electrode of the plate 12, on top of which they are located. Between the input electrodes 1 and 3 and pin 5, spark gaps 8 and 9 are connected.

Варисторы 10 и 11 могут быть также выполнены (фиг.3) в виде пластин 12 из высоконелинейного материала с электродами 13 и 14-15, выполненными по обеим сторонам пластин 12. Электрод 13 находится в электрическом и тепловом контакте или является общим с электродом другого варистора и соединен с контактом 5 устройства, подключаемым к заземленной линии трехпроводных линий связи, а поверх электродов 14 и 15 варисторов 10 и 11 расположены терморезисторы 6 и 7, электроды которых выполнены с выводами 1, 2 и 3, 4, которые являются входными и выходными контактами устройства. Электроды терморезисторов 6 и 7 с выводами 2 и 4 находятся в электрическом и тепловом контакте или являются общими с электродами 14 и 15 варисторов 10 и 11, поверх которых они расположены. Между входными электродами 1 и 3 и контактом 5 включены разрядники 8 и 9. Varistors 10 and 11 can also be made (Fig. 3) in the form of plates 12 of highly non-linear material with electrodes 13 and 14-15 made on both sides of the plates 12. The electrode 13 is in electrical and thermal contact or is common with the electrode of another varistor and connected to the terminal 5 of the device connected to the grounded line of the three-wire communication lines, and on top of the electrodes 14 and 15 of the varistors 10 and 11 there are thermistors 6 and 7, the electrodes of which are made with terminals 1, 2 and 3, 4, which are input and output contacts device Twa. The electrodes of thermistors 6 and 7 with terminals 2 and 4 are in electrical and thermal contact or are common with the electrodes 14 and 15 of varistors 10 and 11, on top of which they are located. Between the input electrodes 1 and 3 and pin 5, spark gaps 8 and 9 are connected.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При нормальном режиме работы, то есть при отсутствии перенапряжений, напряжение между станционными проводами и землей не превышает 60 В. При этом сопротивление терморезисторов 6 и 7 не превышает 40 Ом и они работают, как обычные активные сопротивления. Сопротивление варисторов 10 и 11 и разрядников 8 и 9 при этом составляет не менее 500 МОм, и соответствующие токи утечки на землю малы и не оказывают влияния на работу станции. In normal operation, that is, in the absence of overvoltage, the voltage between the station wires and ground does not exceed 60 V. Moreover, the resistance of the thermistors 6 and 7 does not exceed 40 Ohms and they work like normal active resistances. The resistance of varistors 10 and 11 and arresters 8 and 9 is at least 500 MΩ, and the corresponding leakage currents to the ground are small and do not affect the operation of the station.

При попадании переменного напряжения 220 В на абонентский провод относительно земли, в первый момент, пока терморезистор 6 или 7 не прогрелся до 80^oС (температура опрокидывания терморезистора), сопротивление варистора 10 или 11 (фиг. 1) резко уменьшается так, что напряжение на выходе устройства между контактами 2 и 4 и заземленным контактом 5 не превышает 60-70 В (рабочая точка) варистора. Проходящий по терморезистору 6 или 7 и варистору 10 или 11 ток нагревает их. С ростом температуры терморезистора его сопротивление постепенно возрастает до температуры 80^oС, выше которой происходит резкое возрастание сопротивления до значений порядка 40 кОм. При достижении равновесного состояния системы, основное падение напряжения происходит на терморезисторе, а на варисторе падает только его рабочее напряжение 60-70 В. Равновесие обеспечивается тем, что при уменьшении температуры терморезистора возрастает ток через него и варистор, что вызывает их дополнительный подогрев до достижения терморезистором рабочей температуры 120^oС. Длительность работы в таком режиме составляет не менее 96 часов. Непосредственный тепловой контакт между варистором 10 или 11 и терморезистором 6 или 7 (согласно фиг. 2 и 3) позволяет ускорить нагрев терморезистора до рабочей температуры за счет тепла от варистора и исключает перегрев варистора выше 120^oС и его тепловой пробой. Этим достигается ускорение срабатывания устройства защиты, а также предотвращение выхода варисторов из строя и, тем самым, увеличение срока эксплуатации варисторов и всего устройства.When an alternating voltage of 220 V falls onto the subscriber wire relative to the ground, at the first moment, until the thermistor 6 or 7 warms up to 80 ^o C (the temperature of the thermistor to tip over), the resistance of the varistor 10 or 11 (Fig. 1) decreases sharply so that the voltage the output of the device between pins 2 and 4 and the grounded pin 5 does not exceed 60-70 V (operating point) of the varistor. The current passing through the thermistor 6 or 7 and the varistor 10 or 11 heats them. With increasing temperature of the thermistor, its resistance gradually increases to a temperature of 80 ^o C, above which there is a sharp increase in resistance to values of the order of 40 kOhm. Upon reaching the equilibrium state of the system, the main voltage drop occurs on the thermistor, and on the varistor only its operating voltage drops to 60-70 V. The equilibrium is ensured by the fact that, as the temperature of the thermistor decreases, the current through it and the varistor increase, which causes them to additional heat until the thermistor reaches operating temperature of 120 ^o C. The duration of operation in this mode is at least 96 hours. Direct thermal contact between the varistor 10 or 11 and the thermistor 6 or 7 (according to Figs. 2 and 3) allows you to accelerate the heating of the thermistor to operating temperature due to the heat from the varistor and eliminates the overheating of the varistor above 120 ^o C and its thermal breakdown. This achieves the acceleration of the operation of the protection device, as well as preventing the failure of the varistors and, thereby, increasing the life of the varistors and the entire device.

При попадании на абонентскую линию одиночного высоковольтного импульса 1-4 кВ, связанного с разрядом молнии или аварией ЛЭП, разрядники 8, 9 и варисторы 10, 11 также принимают на себя значительную часть импульса и напряжение между станционным входом и землей не превышает рабочего напряжения варистора 60-70 В. When a single 1-4 kV high-voltage pulse is connected to the subscriber line due to a lightning strike or a power line accident, the arresters 8, 9 and varistors 10, 11 also take on a significant part of the pulse and the voltage between the station input and ground does not exceed the operating voltage of varistor 60 -70 V.

Экспериментальная проверка показала, что при простоте конструкции заявляемое устройство защиты без изменения пропускает звонковый сигнал 60 В со станции, способно выдерживать значительное время сетевое напряжение 220 В, а также выдерживает до 10 импульсов до 4 кВ. После устранения перенапряжений, работоспособность устройства автоматически восстанавливается и устройство защиты не требует ремонта или замены, чем обеспечивается высокая эффективность использования. Experimental verification showed that, with the simplicity of the design, the claimed protection device without any loss transmits a 60 V ring signal from the station, is capable of withstanding a considerable voltage of 220 V, and also can withstand up to 10 pulses up to 4 kV. After overvoltage elimination, the device’s operability is automatically restored and the protection device does not require repair or replacement, which ensures high efficiency of use.

Claims

1. A protection device for three-wire communication lines, comprising a housing with two input and two output contacts and a contact connected to a grounded line of three-wire communication lines, and two thermistors with a positive temperature coefficient, each of which has an input and output electrodes and is connected between the corresponding input and output contacts of the device, and two arresters, each of which is connected between the input electrode of the corresponding thermistor and the contact of the device connected to the grounded line three-wire communication lines, characterized in that it additionally contains two varistors, each of which is connected in parallel with the arresters between the output electrode of the corresponding thermistor and the device contact connected to the grounded line of the three-wire communication lines, while the varistors are made in the form of a plate of highly non-linear material with electrodes, made on both sides of the plate, one of the electrodes is common to varistors and is connected to the contact of the device connected to the grounded line communication lines, and the other electrode of the plate is divided by a gap in its conductive layer into two parts, which are respectively the second electrodes of varistors, on top of each of which there is a corresponding thermistor, the electrodes of which are made with leads, and one of the electrodes of each thermistor is in electric and thermal contact or is common with the second varistor electrode, on top of which it is located, and its output is connected to the corresponding output contact of the device, and the other electrode of the thermistor is connected to the corresponding input terminal of the device.

2. A protection device for three-wire communication lines, comprising a housing with two input and two output contacts and a contact connected to a grounded line of three-wire communication lines, and two thermistors with a positive temperature coefficient, each of which has an input and output electrodes and is connected between the corresponding input and output contacts of the device, and two arresters, each of which is connected between the input electrode of the corresponding thermistor and the contact of the device connected to the grounded line three-wire communication lines, characterized in that it further comprises two varistors, each of which is connected in parallel with the spark gap between the output electrode of the corresponding thermistor and the device contact connected to the grounded line of the three-wire communication lines, while the varistors are made in the form of plates of highly non-linear material with electrodes, made on both sides or ends of the plates, one of the electrodes of one varistor is in electrical and thermal contact or is common with the connecting electrode of the other varistor and is connected to the device’s contact connected to the grounded line of the three-wire communication lines, and corresponding thermistors are located on top of the other varistor electrodes, the electrodes of which are made with leads, one of the electrodes of each thermistor being in electrical and thermal contact or is common with the electrode the varistor, on top of which it is located, and its output is connected to the corresponding output contact of the device, and the output of the other electrode of the thermistor with of the connections with corresponding contact input device.