SE440574B - Overspenningsskydd - Google Patents

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.

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.

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.

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.

Enligt uppfinningen uppnås detta, genom att överspännings- skyddet utformas i enlighet med det bifogade patentkravet l.

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.

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.

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.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslut- ning till bifogad ritning, vilken visar ett utföringsexempel på upp- finningen.

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.

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.

Claims (3)

1. 7805684-5) PATENTKRAV l. Överspänningsskydd innefattande en gasfylld överspänningsavle- dare (1) och ett spänníngsberoende motstånd (2), varvid det spänningsberoen- de motståndet utgöres av en metailoxíd-variator och den gasfyllda överspän- ningsavledaren och metalloxid-variatorn är parallellkopplade, k ä nn e - t e c k n a t av att resistansen hos en överföringsledning (4) är ökad medelst ett i överspänníngsskyddet ingående resistivt motstånd (3) att den gasfyllda överspänningsavledaren (1) är anordnad pa den sida av nämnda motstånd (3), pàgvílken överspänningen uppträder, och att pà andra sidan om motståndet (3) metalioxid-varistorn (2) är anordnad att begränsa spänningen över en halvle~ darkrets (S), som skall skyddas, samt att tändlikspänningen för den gasfyllda överspänningsavledaren (l) är mindre än eller lika med tändlikspänningen för metalloxid-varistorn (2).

2. Överspänningsskydd enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att det användes som skydd för halvledarkopplingar i telefonanlägglwingar.

3. Överspänningsskydd enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att det användes som skydd för halvledarkopplingspunkter i telefonanläggningar.