SE440574B

SE440574B - OVER MONEY PROTECTION

Info

Publication number: SE440574B
Application number: SE7803684A
Authority: SE
Inventors: G Peche
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1985-08-05
Also published as: FR2386174A1; FR2386174B1; SE7803684L; CH622647A5; DE2714411A1; CA1129487A

Description

_ 7803684-5. 10 15 20 25 30 35 40 2 Spänningsberoende motstånd är kända exempelvis från den tyska offentliggörandeskriften 1 765 097. Sådana olinjära motstånd består exempelvis av en sintrad zinkoxidskiva, som på sina motstående sidor är försedd med elektroder, varvid exempelvis den ena elektroden står i ohmsk kontakt med skivan och den andra elektroden står i icke- onmsk kontakt med skivan. Andra icke-linjära motstånd är exempelvis kiselkarbid-varistorer, selenlikriktare och germanium- eller kisel- pn-skiktdioder. _ 7803684-5. Voltage-dependent resistors are known, for example, from German Offenlegungsschrift 1 765 097. Such non-linear resistors consist, for example, of a sintered zinc oxide plate, which is provided on its opposite sides with electrodes, one electrode being in ohmic contact, for example. with the disc and the other electrode is in non-contact with the disc. Other non-linear resistors are, for example, silicon carbide varistors, selenium rectifiers and germanium or silicon pn layer diodes.

Som en direkt ersättning för mekaniska genomkopplingselement har man för moderna telefonförmedlingscentraler föreslagit höga spänningsfasta halvledarkopplingspunkter (se Erick Bächle "Ein hochspannungsfester Halbleiterkoppelpunkt zum direkten Ersatz von mechanischen Durchschalteelementen“ i “Wiss.Ber. AEG-Telefunken" 49 (1976) 4/5). Detta företag synes vara ganska svårt, eftersom dessa halvledarkoppelpunkter måste utan hinder klara av relativt höga spänningar av båda polariteter, i synnerhet vid höga störspän- ningar, och vid relativt små överföringsströmmar stora störströmmar. p++ Som skyddskoppling föreslås för de halvledande koppelpunkterna i överföringsledningen liggande begränsningsmotstånd och en före kopplingspunkten anordnad metalloxid-varistor (HQV). Tändtiden för metalloxid-varistorerna är mindre än 50 ns kortare än vid överspän- ningsavledare av gasurladdningstyp. De reagerar så i varje fall snabbare än tyristorhalvledarkopplingspunkter och upptar energi upp till 20 Ws. Man förutsätter, att för varistorerna strömmen vid kortslutning skall begränsas till 100 A, varvid man vid toppspän- ningar om 2000 V på friledningen erhåller värdet 20 Q för seriemat- stånd. Motstånden måste således vara stötspänningsfast utformade för 2000 V. De antagna förutsättningarna gäller säkert i huvudför- delare för skydd av kopplingselementen i telefonstationer, eftersom blixtpåverkningen fördelar sig på de parallellt förlöpande ledningar: och belastningen på skyddskopplingarna reduceras i motsvarande grad.As a direct replacement for mechanical connection elements, high-voltage semiconductor connection points have been proposed for modern telephone exchange centers (see Erick Bächle "Ein hochspannungsfester Halbleiterkoppelpunkt zum direkten Ersatz von mechanischen Durchschalteelementen" in "Wiss.Ber. 49 A5-1976) 49". This business seems to be quite difficult, since these semiconductor connection points must be able to withstand relatively high voltages of both polarities, especially at high interference voltages, and at relatively small transmission currents large interference currents. p ++ A limiting resistor and a metal oxide varistor (HQV) arranged in front of the connection point are proposed as protective protection for the semiconductor connection points in the transmission line. The ignition time of the metal oxide varistors is less than 50 ns shorter than with surge arresters of the gas discharge type. In any case, they react faster than thyristor semiconductor connection points and take up energy up to 20 Ws. It is assumed that for the varistors the current in the event of a short circuit shall be limited to 100 A, whereby at peak voltages of 2000 V on the overhead line the value 20 Q is obtained for series feed. The resistors must thus be of surge voltage for 2000 V. The assumed conditions certainly apply in main distributors for protection of the connection elements in telephone stations, since the lightning action is distributed on the parallel lines: and the load on the protection connections is reduced accordingly.

Den föreslagna skyddskopplingen med motstånd och metalloxid- varistorer kan emellertid ej utan vidare tillämpas på abonnent- eller kabelskyddet, då man måste räkna med direkta blixtpåverkningar De ur kostnadssynpunkt gynnsamma, mycket snabba och underhållsfria metalloxid-varistorerna skulle dock vara mycket önskvärda för sta- tionsöverspänningsskydd på grund av sin tillförlitlighet och tänd- snabbhet, i synnerhet som också speciella konstruktionsformer är kända, som tillåter en användning vid höga frekvenser.However, the proposed protection coupling with resistor and metal oxide varistors cannot be applied to the subscriber or cable protection, as direct lightning effects must be taken into account. However, the cost-effective, very fast and maintenance-free metal oxide varistors would be highly desirable for station surge protection. due to their reliability and ignition speed, in particular as special designs are also known, which allow a use at high frequencies.

För åstadkomande av skyddskopplingar för mekaniska kontakter lO 15 20 25 30 35 40 7893684-5 3 och komponenter i telefonförmedlingsstationer, vid telefonabonnenter och kablarna mot överspänningar användes snabbt reagerande gasfyllda överspänningsavledare med tändstreck. Vid en branthet hos störspän- ningen om 5 kV/ps är reaktionstiden för den snabbaste avledaren kor- tare än 240 ns. För att behärska tändsäkerheten vid galvanisk berö- ring med märkspänningen om 220 V användes i överspänningsavledare radioaktiva förjoniseringspreparat, vilkas verkan dock avtager som funktion av halveringstiden. Tillförlitligheten för låga primär- tändspänningsvärden avtager således kraftigt med avledarens livslång' Den stora fördelen med överspänningsavledare ligger däremot i deras stora strömledningsförmåga vid tillnärmelsevis konstant brännspän- ning. I beroende av sin effektklass kan de därför användas indivi- duellt för avledning av stötströmmar utan förändring av sina egen- skaper. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett överspänningsskydd av det inledningsvis angivna slaget med reducerad tändstötspänning och mycket kort tändfördröjning, som är speciellt lämpligt som överspänningsskydd för nalvledarkretsar vid telefonled- ningar, i synnerhet halvledarkopplingspunkter.To provide protective connections for mechanical contacts and components in telephone switching stations, telephone subscribers and the cables against overvoltages, fast-reacting gas-filled surge arresters with ignition lines were used. At a slope of the disturbance voltage of 5 kV / ps, the reaction time of the fastest arrester is shorter than 240 ns. In order to master the ignition safety in the case of galvanic contact with the rated voltage of 220 V, radioactive pre-ionisation preparations were used in surge arresters, the effect of which, however, decreases as a function of the half-life. The reliability of low primary ignition voltage values thus decreases sharply with the life of the arrester. The great advantage of surge arresters, on the other hand, lies in their large current conductivity at almost constant combustion voltage. Depending on their power class, they can therefore be used individually to divert surge currents without changing their properties. The object of the present invention is to provide an overvoltage protection of the type initially indicated with reduced ignition surge voltage and very short ignition delay, which is particularly suitable as overvoltage protection for conduction circuits at telephone lines, in particular semiconductor connection points.

Enligt uppfinningen uppnås detta, genom att överspännings- skyddet utformas i enlighet med det bifogade patentkravet l.According to the invention, this is achieved in that the overvoltage protection is designed in accordance with the appended claim 1.

Vid överspänningsskyddet enligt uppfinningen utgöres de gas- fyllda överspänningsavledarna med speciell fördel av s.k. knappav- ledare, som kan anordnas tillsammans med metalloxid-varistorerna på ett särskilt utrymmesbesparande sätt i ett hölje. Överspänningsskyddet enligt uppfinningen har den fördelen, att - eftersom reaktionstiden för metalloxid-varistorerna är mycket kortare än för överspänningsavledarna - metalloxid-varistorerna reag rar snabbare och begränsar överspänningen till det föreskrivna värde även vid mycket stor branthet hos spänningsstegringen. Den resulte- rande stötströmmen alstrar över skyddskretsens motstånd ett extra spänningsfall, som tillsammans med spänningsfallet hos metalloxid- varistorn tänder överspänningsavledaren med en tidsfördröjning, så att strömmen på grund av den väsentligt mindre inre resistansen hos överspänningsavledaren kommuterar över till denna. Med större ström- tålighet hos metalloxid-varistorerna kan skyddsmotståndet väljas mindre, tills slutligen spänningsfallet hos den aktiverade metalloxif varistorn själv vid ökande stötström räcker till för att tända över- spänningsavledaren. Användningen av ett extra skyddsmotstånd är därvid överlägsen den direkta parallellkopplingen av överspännings- 7803684-'5 10 15 20 25 30 35 40 4 avledare och metalloxid-varisator, då denna koppling är ur kostnads- synpunkt gynnsammare.In the overvoltage protection according to the invention, the gas-filled overvoltage arresters are with special advantage of so-called button arresters, which can be arranged together with the metal oxide varistors in a special space-saving manner in a housing. The overvoltage protection according to the invention has the advantage that - since the reaction time of the metal oxide varistors is much shorter than of the overvoltage arresters - the metal oxide varistors react faster and limit the overvoltage to the prescribed value even at very high steepness of the voltage rise. The resulting surge current generates an additional voltage drop across the resistor of the protection circuit, which together with the voltage drop of the metal oxide varistor ignites the surge arrester with a time delay, so that the current due to the significantly smaller internal resistance of the surge arrester commutes to it. With greater current resistance of the metal oxide varistors, the protective resistance can be chosen less, until finally the voltage drop of the activated metal oxyvaristor itself, with increasing surge current, is sufficient to ignite the overvoltage arrester. The use of an additional protective resistor is then superior to the direct parallel connection of surge arresters and metal oxide variators, as this connection is more favorable from a cost point of view.

Eftersom reaktionstiden för metalloxid-varistorerna är kortare än för den gasfyllda överspänningsavledaren, fungerar parallellkopp- lingen även i det fall då tändlikspänningen är lika för båda elemen- ten. Man kan avstå från det extra skyddsmotståndet, om metalloxid- varistorernas ohmska resistans tilltager med ökande stötström, så att tändstötspänningen för överspänningsavledaren uppnås.Since the reaction time for the metal oxide varistors is shorter than for the gas-filled overvoltage arrester, the parallel connection works even in the case where the ignition DC voltage is equal for both elements. The extra protective resistance can be dispensed with if the ohmic resistance of the metal oxide varistors increases with increasing surge current, so that the ignition surge voltage of the surge arrester is achieved.

Den föreslagna parallellkopplingen av överspänningsavledare och metalloxid-varistor - eventuellt med förhöjt skyddsmotstând - är en tillförlitlig skyddskoppling för abonnentapparaten, då stöt- strömmarna överskrider 100 A. Genom tändningen av överspänningsav- ledarna kommuterar avledningsströmmen över till de gasfyllda över- spänningsavledarna, så att metall-varistorerna skyddas mot överbe- lastning. Vid små överspänningar och låga stötströmmar sörjer metall- oxid-varistorerna ensamma för begränsningen av överspänningen. Med parallellkopplingen av gasfyllda överspänningsavledare och metalloxic varistorer, eventuellt med förhöjt skyddsmotstånd, kan alla stöt- strömmar säkert behärskas.The proposed parallel connection of surge arresters and metal oxide varistors - possibly with increased protection resistance - is a reliable protection connection for the subscriber device, when the surge currents exceed 100 A. Through the ignition of the surge arresters, the dissipation current commutates over to the gas-filled metal traps. the varistors are protected against overload. At small overvoltages and low surge currents, the metal oxide varistors alone provide the limitation of the overvoltage. With the parallel connection of gas-filled surge arresters and metalloxic varistors, possibly with increased protection resistance, all surge currents can be safely controlled.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslut- ning till bifogad ritning, vilken visar ett utföringsexempel på upp- finningen.In the following, the invention will be described in more detail in connection with the accompanying drawing, which shows an embodiment of the invention.

Ritningen visar schematiskt ett överspânningsskydd enligt upp- finningen, vid vilket överspänningsavledare l är parallellkopplade med var sitt spänningsberoende motstånd 2. Det av gasfyllda överspän- ningsavledare l, spänningsberoende motstånd 2 och skyddsmotstånd 3 bestående överspänningsskyddet är inkopplat mellan den överspännings- påverkade ledningen 4 och den halvledarkrets 5, företrädesvis halv- ledarkopplingspunkter, som skall skyddas. I det visade utförings- exemplet är överföringsledningens 4 ledningsmotstånd förhöjt medelst ett skyddsmotstånd 3. De gasfyllda överspänningsavledarna 1 är anord- nade på den sida av motstånden 3, på vilken överspänningen uppträder.The drawing schematically shows an overvoltage protection according to the invention, in which overvoltage arrester 1 is connected in parallel with respective voltage-dependent resistor 2. The overvoltage protection consisting of gas-filled overvoltage arrester 1, voltage-dependent resistor 2 and protection resistor 3 is connected between the overvoltage and the overvoltage. semiconductor circuit 5, preferably semiconductor connection points, to be protected. In the exemplary embodiment shown, the line resistance of the transmission line 4 is increased by means of a protection resistor 3. The gas-filled overvoltage arresters 1 are arranged on the side of the resistors 3 on which the overvoltage occurs.

På motståndens 3 andra sida begränsar metalloxid-varistorerna 2 spänningen över kopplingspunkten. Som gasfyllda överspänningsavledarf l användes med fördel s.k. knappavledare. Vid dessa överspännings- avledare är två, stympat koniska elektroder gastätt insatta med sina konvexa partier vända mot varandra i ändarna av en rörformig, av gla eller keramik bestående isolatorkropp. Dessa överspänningsavledare utmärker sig speciellt genom sina små dimensioner. Som spänningsbe- roende motstånd 2 användes med fördel metalloxid-varistorer. Det 7803684-5 5 spänningsberoende keramikmaterialet hos dessa varistorer är exempel- vis uppbyggt på basis av zinkoxid, titanoxid, kopparoxid eller järn- oxid.On the other side of the resistors 3, the metal oxide varistors 2 limit the voltage across the coupling point. As gas-filled surge arresters 1, so-called button diverter. At these surge arresters, two, truncated conical electrodes are gas-tightly inserted with their convex portions facing each other at the ends of a tubular insulator body consisting of gla or ceramic. These surge arresters are especially distinguished by their small dimensions. Metal oxide varistors are advantageously used as voltage-dependent resistor 2. The voltage-dependent ceramic material of these varistors is, for example, built on the basis of zinc oxide, titanium oxide, copper oxide or iron oxide.

Claims

7.805684-5) CLAIMS 1. Overvoltage protection comprising a gas-filled overvoltage arrester (1) and a voltage-dependent resistor (2), the voltage-dependent resistor being a metal oxide variator and the gas-filled overvoltage arrester and parallel-connected, characterized in that the resistance of a transmission line (4) is increased by means of a resistive resistor (3) included in the overvoltage protection, that the gas-filled overvoltage arrester (1) is arranged on the side of said resistor (3), due to the overvoltage occurs, and that on the other side of the resistor (3) the metal oxide varistor (2) is arranged to limit the voltage across a semiconductor circuit (S) to be protected, and that the ignition voltage of the gas-filled overvoltage arrester (1) is less than or equal to the ignition DC voltage of the metal oxide varistor (2).

Surge protection according to Claim 1, characterized in that it is used as protection for semiconductor connections in telephone systems.

3. Surge protection according to claim 1, characterized in that it is used as protection for semiconductor connection points in telephone systems.