RU2192087C1

RU2192087C1 - Overcurrent protective device

Info

Publication number: RU2192087C1
Application number: RU2001118935/09A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Наумов
Original assignee: Наумов Сергей Григорьевич
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: overcurrent protection of communication centers. SUBSTANCE: protective device that functions to protect telephone exchanges against ingress of abnormal load currents through subscribers' conductors has insulating case with input and output contacts, at least one positive-coefficient thermistor with at least one of its leads soldered to input or output terminal of device using solder whose melting point is higher than reference temperature of thermistor but lower than temperature initiating device case destruction. Heat-resistant spring is placed in compressed state between thermistor leads and electrically insulated from at least one of them. Novelty is introduction of additional cutoff stage. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of device. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике связи и предназначено для защиты узлов телефонных станций от токовых перегрузок, возникающих при попадании аварийных токов в телефонные линии по абонентским проводам, а также для защиты цепей электрических устройств от токовых перегрузок. The invention relates to communication technology and is intended to protect telephone exchange nodes from current overloads that occur when emergency currents get into telephone lines via subscriber wires, and also to protect electrical device circuits from current overloads.

Известно устройство токовой защиты, содержащее корпус из диэлектрического материала с входным и выходным контактами и терморезистор (см. авторское свидетельство СССР 1721694, Н 02 Н 5/04, 1990). A current protection device is known comprising a housing made of dielectric material with input and output contacts and a thermistor (see USSR author's certificate 1721694, N 02 H 5/04, 1990).

Недостатками такого устройства являются недостаточная эффективность и надежность защиты электрических цепей из-за отсутствия защиты при выходе из строя терморезистора. The disadvantages of this device are the lack of efficiency and reliability of the protection of electrical circuits due to the lack of protection in case of failure of the thermistor.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является устройство токовой защиты, содержащее корпус из диэлектрического материала с входным и выходным контактами, терморезистор с положительным температурным коэффициентом, выводы которого соединены с входным и выходным контактами устройства, и термоиндикатор срабатывания устройства (см. свидетельство на полезную модель 16636, Н 02 Н 5/04, 2001). The closest in its technical essence and the achieved result is a current protection device containing a body of dielectric material with input and output contacts, a thermistor with a positive temperature coefficient, the terminals of which are connected to the input and output contacts of the device, and a thermal indicator of the device's operation (see certificate on Utility Model 16636, H 02 H 5/04, 2001).

Недостатками такого устройства также являются недостаточная эффективность и надежность защиты электрических цепей из-за отсутствия защиты при выходе из строя терморезистора с положительным температурным коэффициентом. The disadvantages of this device are also the lack of efficiency and reliability of the protection of electrical circuits due to the lack of protection in case of failure of the thermistor with a positive temperature coefficient.

Заявляемое в качестве изобретения устройство токовой защиты направлено на обеспечение повышения эффективности и надежности устройства за счет введения дополнительной ступени разрыва в устройстве токовой защиты. Declared as an invention, the overcurrent protection device is aimed at providing increased efficiency and reliability of the device by introducing an additional gap stage in the overcurrent protection device.

Решение данной задачи достигается тем, что в устройстве токовой защиты, содержащем корпус из диэлектрического материала с входным и выходным контактами и по крайней мере один терморезистор с положительным температурным коэффициентом, выводы которого соединены с входным и выходным контактами устройства, одна из сторон терморезистора находится в тепловом контакте с внутренней поверхностью корпуса устройства, а поверх участка внешней поверхности корпуса в области контакта с терморезистором нанесена полоска термочувствительной краски, по крайней мере один из выводов терморезистора припаян к входному или выходному контакту устройства припоем, температура плавления которого больше опорной температуры терморезистора, но меньше температуры начала термического разрушения корпуса устройства, а между выводами терморезистора размещена пружина в сжатом состоянии, электрически изолированная по крайней мере от одного из выводов терморезистора. При этом температура плавления припоя может быть больше опорной температуры терморезистора по крайней мере на 40^oС.The solution to this problem is achieved by the fact that in a current protection device containing a body of dielectric material with input and output contacts and at least one thermistor with a positive temperature coefficient, the terminals of which are connected to the input and output contacts of the device, one of the sides of the thermistor is in the thermal contact with the inner surface of the housing of the device, and over a portion of the outer surface of the housing in the area of contact with the thermistor, a strip of heat-sensitive paint is applied, at least one of the terminals of the thermistor is soldered to the input or output contact of the device with a solder whose melting temperature is higher than the reference temperature of the thermistor, but lower than the temperature of the onset of thermal destruction of the device body, and a compressed spring is placed between the terminals of the thermistor and is electrically isolated from at least one from the terminals of the thermistor. In this case, the melting point of the solder may be greater than the reference temperature of the thermistor by at least 40 ^o C.

Начало области резкого увеличения сопротивления терморезистора с положительным температурным коэффициентом обозначается Т_REF - опорной температурой (см. Библиотека электронных компонентов. Выпуск 5. Термисторы фирмы SIEMENS & MATSUSHITA. М., ДОДЭКА, 1999, с. 29). Этой температуре приблизительно соответствует ферроэлектрическая точка Кюри. Для терморезистора с положительным температурным коэффициентом опорное сопротивление R_REF (электрическое сопротивление при опорной температуре Т_REF) вычисляется по формуле: R_REF = 2хR_MIN, где R_MIN - сопротивление при температуре Т_MIN, при которой сопротивление минимально, а температурный коэффициент сопротивления становится положительным.The beginning of the region of a sharp increase in the resistance of a thermistor with a positive temperature coefficient is indicated by T _REF - reference temperature (see Library of electronic components. Issue 5. Thermistors from SIEMENS & MATSUSHITA. M., DODEKA, 1999, p. 29). The Curie ferroelectric point approximately corresponds to this temperature. For a thermistor with a positive temperature coefficient, the reference resistance R _REF (electrical resistance at a reference temperature T _REF ) is calculated by the formula: R _REF = 2xR _MIN , where R _MIN is the resistance at a temperature T _MIN at which the resistance is minimal and the temperature coefficient of resistance becomes positive .

Иногда опорную температуру называют также температурой переключения (см. Терморезисторы. www.monolit.vitebsk.by). Sometimes the reference temperature is also called the switching temperature (see Thermistors. Www.monolit.vitebsk.by).

На чертеже представлен вариант конструктивного выполнения устройства токовой защиты (поперечный разрез). The drawing shows a variant of the structural embodiment of the current protection device (cross section).

Устройство токовой защиты содержит корпус 1 из диэлектрического материала по крайней мере с одним входным 2 и одним выходным 3 контактами и терморезистор 4 с положительным температурным коэффициентом. Одна из сторон терморезистора 4 находится в тепловом контакте с внутренней поверхностью корпуса 1 устройства. Поверх участка 5 внешней поверхности корпуса 1 в области контакта с терморезистором 4 нанесена полоска 6 термочувствительной краски. Выводы 7 и 8 терморезистора 4 соединены с входным 2 и выходным 3 контактами устройства посредством пайки припоем 9, температура плавления которого больше опорной температуры терморезистора, но меньше температуры начала термического разрушения корпуса устройства. Между выводами 7 и 8 терморезистора размещена пружина 10 в сжатом состоянии из термостойкого материала, например, плоская U - образная, электрически изолированная по крайней мере от одного из выводов терморезистора, например, изолятором 11 в виде тонкой пластинки из диэлектрического материала. Пружина 10 может быть выполнена сама из термостойкого диэлектрического материала или из термостойкого проводящего материала с покрытием из термостойкого диэлектрического материала. Входные 2 и выходные 3 контакты устройства могут быть размещены на поверхности ножевого контакта 12, выполненного из диэлектрического материала. The overcurrent protection device comprises a housing 1 of dielectric material with at least one input 2 and one output 3 contacts and a thermistor 4 with a positive temperature coefficient. One of the sides of the thermistor 4 is in thermal contact with the inner surface of the housing 1 of the device. On top of section 5 of the outer surface of the housing 1 in the area of contact with the thermistor 4, a strip 6 of heat-sensitive paint is applied. The conclusions 7 and 8 of the thermistor 4 are connected to the input 2 and output 3 contacts of the device by soldering a solder 9, the melting temperature of which is higher than the reference temperature of the thermistor, but less than the temperature at which thermal destruction of the device body begins. Between the terminals 7 and 8 of the thermistor, a spring 10 is placed in a compressed state from a heat-resistant material, for example, a flat U-shaped, electrically isolated from at least one of the terminals of the thermistor, for example, an insulator 11 in the form of a thin plate of dielectric material. The spring 10 may be made of heat-resistant dielectric material itself or of heat-resistant conductive material coated with heat-resistant dielectric material. Input 2 and output 3 contacts of the device can be placed on the surface of the knife contact 12 made of dielectric material.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Устройство токовой защиты включается в разрыв защищаемой линии. При протекании по контактам 2 и 3 электрического тока, вызванного, например, подключением к абонентской линии электросети напряжением 220 В, за счет нагрева терморезистора 4 с положительным температурным коэффициентом переходит в высокоомное состояние. Температура, выше которой происходит резкое возрастание электрического сопротивления терморезистора с положительным температурным коэффициентом, называется опорной температурой или температурой срабатывания терморезистора. При резком возрастании электрического сопротивления терморезистора ток уменьшается до безопасной величины, что исключает токовый перегрев и термическое разрушение коммутирующих элементов телефонной станции, расположенных за устройством. При нагреве терморезистора 4 за счет теплового контакта одной из его сторон с внутренней поверхностью корпуса 1 устройства защиты происходит также нагрев участка 5 корпуса 1 в области контакта. При этом нанесенная на этот участок корпуса термочувствительная краска 6 меняет цвет, что указывает на подключение электросети к защищаемому проводу абонентской линии. После устранения подключения электросети устройство токовой защиты возвращается в исходное состояние и не требует замены. The overcurrent protection device is included in the gap of the protected line. When an electric current flows through contacts 2 and 3, caused, for example, by connecting a 220 V power supply to a subscriber line, it goes into a high-resistance state by heating a thermistor 4 with a positive temperature coefficient. The temperature above which there is a sharp increase in the electrical resistance of a thermistor with a positive temperature coefficient is called the reference temperature or the response temperature of the thermistor. With a sharp increase in the electrical resistance of the thermistor, the current decreases to a safe value, which eliminates current overheating and thermal destruction of the switching elements of the telephone exchange located behind the device. When heating the thermistor 4 due to the thermal contact of one of its sides with the inner surface of the housing 1 of the protection device, heating of the portion 5 of the housing 1 in the contact area also occurs. At the same time, heat-sensitive paint 6 applied to this part of the housing changes color, which indicates the connection of the power supply to the protected wire of the subscriber line. After eliminating the electrical connection, the overcurrent protection device returns to its original state and does not require replacement.

При выходе из строя терморезистора 4 с положительным температурным коэффициентом в результате его перегорания или пробоя происходит падение его сопротивления до нескольких Ом. При этом в несколько раз увеличивается выделяемая на нем мощность и происходит его разогрев до температуры значительно большей, чем температура исправного терморезистора. При таком увеличении температуры терморезистора 4 происходит также нагревание его выводов 7, 8 и слоя припоя 9. С ростом температуры происходит размягчение, плавление припоя 9. При этом усилия сжатой пружины 10 становится достаточно, чтобы оторвать по крайней мере один из выводов 7, 8 терморезистора от контактов 2,3 устройства. If the thermistor 4 with a positive temperature coefficient fails as a result of its burnout or breakdown, its resistance drops to several ohms. At the same time, the power allocated to it increases several times and it heats up to a temperature much higher than the temperature of a working thermistor. With such an increase in temperature of the thermistor 4, its terminals 7, 8 and solder layer 9 also heat up. With increasing temperature, softening and melting of the solder 9 occur. At the same time, the force of the compressed spring 10 becomes enough to tear at least one of the terminals 7, 8 of the thermistor from contacts 2,3 of the device.

Тем самым достигается размыкание электрической цепи, по которой происходит попадание аварийных токов в защищаемые линии и одновременно прекращается дальнейший рост температуры терморезистора, что могло бы привести к термическому разрушению или плавлению корпуса защитного устройства и пожару. In this way, an electrical circuit is opened, through which emergency currents enter the protected lines and at the same time a further increase in the temperature of the thermistor stops, which could lead to thermal destruction or melting of the protective device case and a fire.

Таким образом, достигается повышение эффективности и надежности устройства токовой защиты за счет срабатывания дополнительной ступени разрыва в случае выхода из строя ключевого элемента устройства защиты - терморезистора с положительным температурным коэффициентом. Thus, an increase in the efficiency and reliability of the overcurrent protection device is achieved due to the operation of an additional gap stage in the event of a failure of a key element of the protection device - a thermistor with a positive temperature coefficient.

Экспериментальная проверка показала, что при простоте конструкции заявляемое устройство токовой защиты существенно повышает надежность электрической защиты при попадании на провода абонентских телефонных линий электрического тока напряжением 220 В и выше, обеспечивая нормальное функционирование телефонной связи. Experimental verification showed that with the simplicity of design, the inventive overcurrent protection device significantly increases the reliability of electrical protection when a subscriber telephone line receives electric current of 220 V or higher, ensuring the normal functioning of telephone communications.

Claims

1. A current protection device comprising a body of dielectric material with input and output contacts and at least one thermistor with a positive temperature coefficient, the terminals of which are connected to the input and output contacts of the device, one of the sides of the thermistor is in thermal contact with the inner surface of the device and a strip of thermosensitive paint is applied over a portion of the outer surface of the housing in the area of contact with the thermistor, characterized in that at least one from the terminals of the thermistor, a solder is soldered to the input or output contact of the device, the melting temperature of which is higher than the reference temperature of the thermistor, but lower than the temperature of the onset of thermal destruction of the device body, and a spring is placed between the terminals of the thermistor in a compressed state from a heat-resistant material, electrically isolated from at least one of thermistor leads.

2. The device according to claim 1, characterized in that the melting point of the solder is greater than the reference temperature of the thermistor by at least 40 ^o C.