SE513674C2 - Terminal för telegraf och telefon - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 515 674 intar läget för samtal.

I interface-delen 6 i den ovan beskrivna terminalen kan emellertid i vissa fall en mycket stor överspänning uppkomma beroende på ett avbrott, ett förbindelsefel eller liknande i terminalen. Om exempelvis den ovan beskrivna spänningen över ringklockan felaktigt anbringas över talkret- sen 2 beroende på ett misstag eller om interface-delen 6 felaktigt kopplas till en kommersiell kraftkälla beroende på ett förbindelsefel, kan en överspänning på ca 200 V i vissa fall uppkomma. För att tillhandahålla skydd mot en sådan överspänning har därför en komponent som skydd mot överspän- ning, som visas i fig. 3 och 4, på ett konventionellt sätt kopplats till interface-delen 6.

Inte bara vågfrontsskyddet 5 utan också en ström- säkring 7 som tjänar som en skyddkomponent mot överspänning är ansluten till interface-delen 6 med kretsen för ringklock- an och talkretsen i konstruktionen som visas i fig. 3. Ett PTC-element 8 som fungerar som ett överspänningsskydd är å andra sidan kopplad till interface-delen 6 i konstruktionen som visas i fig. 4.

I konstruktionen som visas i fig. 3 är strömsäk- ringen 7 säkrad så att interface-delen 6 i terminalen är skyddad när en överspänning/överström uppkommer. På liknande sätt är, i konstruktionen som visas i fig. 4, interface-delen 6 skyddad av strömbegränsningsfunktionen i PTC-elementet 8.

Under senare år har skyddsverkan mot en mycket stor överspänning på 600 V krävts för telegraf- och telefontermi- naler av säkerhetsskäl. Skälet för detta är att det anses att skydd måste finnas för det fall att en högspänningslinje bringas till kontakt av misstag med en telefonlinje av någon anledning, såsom en tornado eller en jordbävning.

I terminalen som använder strömsäkringen 7 som en komponent för överspännings-/överströmsskydd, såsom visas i fig.3, är strömsäkringen 7 säkrad för att skydda interface- delen 6 när terminalen av misstag kopplas till den kommer- siella kraftförsörjningen eller liknade beroende på ett förbindelsefel. När dessutom en hög överspänning på 600 V 10 15 20 25 30 35 513 674 3 uppkommer, såsom beskrives ovan, är strömsäkringen 7 också säkrad för att med tillförlitlighet skydda interface-delen 6.

Således är ett krav på UL1459 tillgodosett, vilket utgör en standard i samband med telegraf- och telefonapparater, var- igenom det är möjligt att på ett tillförlitligt sätt skydda telegraf- och telefonterminalen.

Strömsäkringen 7 har emellertid när den används som överspännings-/överströmsskydd nackdelen av att inte ha några återställningsegenskaper i skyddsfunktionen. Varje gång strömsäkringen 7 utlöses måste strömsäkringen 7 ersättas med en ny säkring. Således måste komplicerat underhållsarbete utföras.

I terminalen som använder PTC-elementet 8, som visas i fig. 4, utgör PTC-elementet 8 å andra sidan ett överspännings-/överströmssskydd med återställningsegenskaper i skyddsfunktionen. Således kan det ovan beskrivna komplice- rade underhållningsarbetet utelämnas. Överspännings-/över- strömsskyddet som använder det konventionella PTC-elementet kan emellertid skydda interface-elementet 6 mot felaktigt anbringande av ringklockspänningen och mot felaktig koppling av terminalen till det komersiella kraftnätet på ca 200 V.

Det kan emellertid inteisäkert skydda interface-delen 6 mot en mycket hög överspänning på 600 V. Särskilt när en mycket stor överspänning på 600 V uppkommer kan PTC-elementet 8 i vissa fall kortslutas och förstöras så att en mycket hög ström leds i ta1kretsgg¿ggh kan orsaka en allvarlig olycka, såsom antändning av terminalen. Således tillfredställer inte terminalen som använder_det konventionella PTC-element kravet på en standard för skyddskrav mot en överspänning på 600 V, exempelvis standard ULlg59, CSA eller Bellcore.

UPPFINNINGENS IDÉ i i Ett ändamål medmföreliggande uppfinning är att tillhandahålla en terminal för telegraf och telefon som innefattar en skyddškomponent med återställningsegenskaper vid skyddsverkan mot enwlåg överspänning på högst 200 V och med egenskaper för att med säkerhet skydda en talkrets och liknande så att en allvarlig olycka, såsom antändning, inte 10 15 20 25 30 35 515 674 4 sker även när en mycket stor överspänning på 600 V uppkommer.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller en terminal för telegraf och telefon, vilken innefattar en komponent för överspännings-/överströmsskydd bestående av ett PTC-element, vilket kännetecknas av att ovan beskrivna PTC-element in- nefattar en plattformad keramisk stomme av keramiskt materi- al, vars Curie-temperatur ligger i området 50 till 120 °C och med en tjocklek av 2,5 till 5,0 mm, samt med elektroder formade på båda huvudytorna av den ovan beskrivna keramiska stommen.

Kabeländar är i allmänhet anslutna till elektro- derna genom lödning på båda huvudytorna av PTC-elementet i telegraf- och telefonterminalen i enlighet med föreliggande uppfinning för att bilda elektriska anslutningar till ut- sidan. Dessutom är PTC-elementets delar, förutom de i när- heten av de främre ändarna av kabeländarna till utsidan, företrädesvis belagda med isolerande harts.

Ett PTC-element som används som överspännings- /överströmsskydd i en telegraf- och telefonterminal är i enlighet med föreliggande uppfinning består av ett keramiskt material med en Curie-temperatur i det ovan beskrivna speci- fika området och är konstruerad med en tjocklek i det lika- ledes ovan beskrivna specifika området. När en överspänning på 600 V uppkommer sönderdelas således PTC-elementet i skik- tad form. Följaktligen befinner sig kretsarna i ett öppet tillstånd och därigenom skyddas terminalen. Detta innebär att kretsarna med säkerhet bringas till öppet tillstånd genom att PTC-elementet sönderdelas i skiktform, varigenom det med säkerhet förhindras att en allvarlig olycka, såsom antänd- ning, inträffar.

När en överspänning på ca 200 V eller en överspän- ning under 200 V uppkommer, är å andra sidan kretsarna skyd- dade av strömbegränsningsfunktionen hos PTC-elementet på samma sätt som vid ett konventionellt PTC-element. Skyddet genom strömbegränsningsfunktionen har återställningsegenska- per så att inget besvärligt ersättningsarbete erfordras.

Föregående och andra ändamål, särdrag, aspekter och 10 15 20 25 30 35 'en telegraf- och tele?Éf_*__ ïnell telegraf- coh tål 513 674 5 fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande detaljeradeïheskrivning av uppfinningen med hän- Håvisning till bifogadefiritningar. -:~' ' -, >^ =f=.=_ :a-:aan- ¿ KORT BÉSKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 är en perspektivvy som visar utsidan av ett PTC-element använt i en utföringsform av föreliggande upp- finning och i ett t skiktform; I få Fig. 2 är eâïšíêtsd .fr z = fru-nr: s iagram som visar principen för ,__2\ nell telegraf- oohêšelëïïïierminal som använder en strömsäk- ring som komponent föÉÄÉÜÉrspännings-/överströmsskydd; Fig. 4 är ettïkíetsdiagram som visar en konventio- ewoï irminal som använder ett PTC- .i aan _ rspännings-/överströmsskydd; “gg agram som visar förhållandet mellan tjockleken på PTC-elemeníït och en tillåten spänning; Fig. 6 är ett diagram som visar förhållandet mellan omgivningstemperaturen och en ström som leds genom PTC-ele- mentet; Fig. 7 är ett diagram som visar ström-/spännings- egenskaper i PTC-elementet; och _ Fig. 8 är en schematisk perspektivvy som visar ett exempel i vilket PTC-elementet i telegraf- och telefontermi- nalen i enlighet medwfofeliggande utföringsform är utformad som en komponent.

BESKRIVNING Av FöáÉDf GLIAííÉiï-“öRINGsFoR-r/IER Fig 1 är en perspektivvy som visar ett PTC-element som används i föreliggande utföringsform, även i ett till- stånd i vilket PIC;elemÉštet_är förstört. Ett PTC-element 11 är uppbyggt med elektrgder 13 och 14 utformade på båda huvud- ytorna av en plattformåd_keramisk stomme 12. Den keramiska stommen 12 är_gjord av ett keramiskt material vars Curie- temperatur ligger;i§om området mellan 60 till 120 °C och vars tjocklek ligger inomfömâåäšt mellan 2,5 till 5,0 mm.

I en telegraf- och telefonterminal i enlighet med 10 15 20 25 30 35 513 674 o föreliggande utföringsform, används ovan beskrivna PTC-ele- ment 11 som en komponent för överspännings-/överströmsskydd.

Utmärkande är att PTC-elementet 8 i den konventionella termi- nalen som visas i fig. 4 är ersatt med det ovan beskrivna PTC-elementet 11. Andra kretsenheter i telegraf- och tele- fonterminalen är följaktligen desamma som i den konventionel- la terminalen som beskrivs med hänvisning till fig. 2 till 4 och således upprepas ej beskrivningen av dessa genom att införliva beskrivningen av den konventionella terminalen.

I telegraf- och telefonterminalen i enlighet med föreliggande utföringsform används det ovan beskrivna PTC- elementet ll. I enlighet därmed kan upprepat skydd mot en överspänning av ca 200 V erhållas och skydd mot en mycket hög överspänning på 600 V tillhandahålles genom sönderdelning av PTC-elemnetet 11 i skiktad form. Detta kommer att beskrivas mer i detalj.

I det följande beskrivs nu ett skydd mot en över- spänning i ett fall där en ringklocksspänning, såsom en växelströmsspänning på 75 V eller 150 V, av misstag anbringas på en talkrets eller i ett fall där terminalen av misstag kopplas till ett kommersiellt kraftuttag på 100 V eller 200 V. I detta fall är talkretsen och liknande säkert skyddat av strömbegränsningsfunktionen hos PTC-elementet 11 i likhet med vad som är fallet med det konventionella PTC-elementet 8.

Eftersom skyddet genom strömbegränsningsfunktionen hos PTC- elementet 11 har återställningsegenskaper, kan talkretsen och liknande skyddas på ett säkert sätt många gånger utan att PTC-elementet 11 behöver ersättas. Således är det möjligt utan att ett komplicerat underhållsarbete behöver utföras att skydda terminalen på grund av återställningsegenskaperna i PTC-elementets ll skyddsfunktion mot ett fel som riskerar att inträffa relativt ofta, såsom felaktig koppling till det komersiella kraftnätet eller ett förbindelsefel.

När en överspänning på 600 V sedan uppkommer sön- derdelas PTC-elementet i skiktad form och uppdelas i för- störda delar 11a och llb, såsom framgår av undre delen av fig. 1. Anledningen till att PTC-elementet 11 förstörs på 10 15 20 25 30 V35 “uppkommer innebär detè 513 674 7 detta sätt i skiktad form är att PTC-elementets 11 temperatur hastigt höjs om en överspänningen uppkommer så att en mycket stor temepraturdifferens uppträder mellan PTC-elementets 11 yta och centrum, vilket resulterar i sönderdelning i skiktad form på grund av skillnggen i termisk utvidgning däremellan.

Såsom beskrišïïïäävan bryts PTC-elementet upp i skiktad form genom áttädêt delas i de förstörda delarna lla i ~;_@__wgnïli-¿«. .sågs-x ' och llb. I enlighet ääfššähintar kretsarna ett öppet till- stånd genom sönderdélnïíâen i skiktform för att skydda termi- nalen när en överspänning på 600 V uppkommer. Eftersom PTC- elementet 11 sönderdélššfkšn i detta fall inte PTC-elementet ll användas igen. DÉt;äï_ÉÉéllertid mycket sällsynt att en sådan stor överspänfiingmuppkommer och inte heller övriga komponenter kan vanlištíïs utföra sina funktioner om en så 'stor överspänning uppkommer. Om en stor överspänning på 600 V ,_- 1 'ï-f g-*aæz _ _' jaktligen att de övriga komponenter- 'na måste ersättas, viššëïlinnebär att återställningsegenskap- er hos PTC-elementešslšâäösfunktion inte krävs. Således är terminalen tillräckligt skyddad genom den ovan beskrivna sönderdelningen i skiktform. _ I enlighet med föreliggande utföringsform är, såsom ovan beskrivits, skyddet mot en överspänning på 600 V ut- format genom en tillförlitlig sönderdelning av PTC-elementet 11 i skiktform. När således en mycket stor överspänning på 600 V uppkommer måste P20-elementet ll med säkerhet sönder- delas i skiktad form, såsöm visas i den nedre delen av fig. 1. För att på detta sätt sönderdela PTC-elementet 11 i skikt- form, har den keramišïa_šÉÉmmen i PTC-elementet en tjocklek av 2,5 till 5,0 mm öêšfšurie-temperaturen i det keramiska materialet som bildar den É A g _ _ i __ë§::::Eï¿___ _ _ _ mellan 60 till 120 H4_enl1gt foreliggande uppfinning. Bak- grunden kommer att beskrivas med hänvisning till fig. 5 till 7. amiska stommen ligger i området Fig. 5 är ettïäïšgram som visar förhållandet mellan tjockleken hos Ffëïäïâíïäïäïàll och den tillåtna spänningen. 'i'Y1), (2) respektive"(ïï%ï%fig. 5 anger ett område i vilket ' PTC-elementet 11 riskerar att kortslutas och förstöras, ett 10 15 20 25 30 35 513 674 8 område i vilket PTC-elementet ll sönderdelas i skiktform av en överspänning på 600 V, samtidigt som skyddsverkan genom strömbegränsningsfunktionen erhålles vid en överspänning på 200 V, respektive ett område i vilket PTC-elementet 11 riske- rar att sönderdelas i skiktform. Såsom visas med en heldragen linje A i fig. 5, är den statiska tillåtna spänningen i PTC- elementet ll större ju större tjockleken är hos PTC-elementet 11. När tjockleken hos PTC-elementet ll är mindre än 2,5 mm reduceras dessutom den statiska tillåtna spänningen betyd- ligt. Om en överspänning på 600 V uppkommer utsätts PTC- elementet för kortslutning och förstörs. För att således förhindra att PTC-elementet 11 kortslutes och förstörs när en överspänning på 600 V uppkommer är tjockleken hos PTC-elemen- tet ll enligt föreliggande uppfinning inte mindre än 2,5 mm.

Om å andra sidan tjockleken hos PTC-elementet 11 överskrider 5,0 mm riskerar PTC-elementet 11 att sönderdelas i skiktform. Om emellertid tjockleken hos PTC-elementet är för stor, sönderdelas PTC-elementet 11 i skiktform även vid en spänning betydligt lägre än 600 V. Om PTC-elementets tjocklek överskrider 5,0 mm, såsom framgår av den streckade linjen B i fig. 5, sönderdelas PTC-elementet 11 i skiktform även när en överspänning på 200 V uppkommer. För att PTC- elementet 11 inte skall sönderdelas i skiktform vid en över- spänning på ca 200 V är därför tjockleken hos PTC-elementet 11 enligt föreliggande uppfinning inte större än 5,0 mm.

Fig. 6 är ett diagram som visar förhållandet mellan en ström som leds genom PTC-elementet och omgivningstempera- turen. En heldragen linje C visar skyddsströmmens egenskaper i ett fall där Curie-temperaturen hos PTC-elementet är 60 °C och en streckad linje D visar skyddströmmens egenskaper i ett fall där Curie-temperaturen hos PTC-elementet är 120 °C.

Området nedanför den heldragna linjen C respektive den strec- kade linjen D utgör icke-aktiva områden för PTC-elementet och området ovanför den heldragna linjen C respektive den streck- ade linjen D utgör aktiva områden för PTC-elementet. De aktiva områdena och de icke-aktiva områdena för PTC-elementet 11 bestäms genom markering av vågtoppen av spänning/ström- 10 15 20 25 30 35 513 674 9 kurvan för varje värde på omgivningens temperatur.

En temperatur vid vilken telegraf- och telefonter- minalen används, dvs en temperatur vid vilken användningen måste säkerställas ligger vanligtvis i området - 10 till 50 °C. När således PTC-elemåntets Curie-temperatur är lägre än 60 °C är skillnaden gentemot omgivningens temepratur liten.

Således riskerar en içk§;§ktiv strömstyrka att påverkas av den omgivande temperaturen, såsom framgår av fig. 6. Samti- digt innebär den icke-aktiva strömstyrkan den maximala ström- styrka vid vilken strömšegränsningsfunktionen inte uppträder även om PTC-elementet llamatas.

Ju högre den omgivande temperaturen är, dessto lägre är således den içke-aktiva strömstyrkan, såsom visas i fig. 6. Detta innebär att ÉTC-elementet har sådana egenskaper att den icke-aktiva strömstyrkan sänks när den omgivande temperaturen närmar sig Curie-temperaturen.

Ju högre Curie-temperaturen är i det keramiska material som bildar PTC-elementet 11, dessto högre är å andra sidan temperaturen hos PTC-elementet 11 när en spänning anbringas. När PTC-elementet 11 således är gjort av ett kera- miskt material vars Curie-temperatur överstiger 120 °C, blir skillnaden mellan omgivningstemepraturen och den inre temp- eraturen hos PTC-elementet stor så att PTC-elementet riskerar att sönderdelas i skiktform. När således Curie-temepraturen överskrider 120 °C riskerat PTC-elementet att sönderdelas i skiktform även vid enuspänning under 600 V. Dessutom kommer lödningarna på PTC-elementet att smälta vid en överspänning på 600 V om yttemperaturen hos PTC-elementet 11 är extremt hög, vilket resulterar i risken att dessa lödningar kommer i kontakt med de andra komponenterna. Enligt föreliggande uppfinning är föjaktligen Curie-temperaturen i det keramiska materialet som bildar PTC-elementet 11 inte högre än 120 °C.

Såsom beskrivits ovan är, i enlighet med förelig- gande uppfinning, tjockleken hos det använda PTC-elementet 11 respektive Curie-temperaturen i det keramiska materialet som bildar PTC-elementet llmbestämda till de ovan beskrivna specifika områdena, varigenom det är möjligt att med till- 10 15 20 515 674 ILC förlitlighet sönderdela PTC-elementet 11 i skiktform vid en överspänning på 600 V och samtidigt att återupprepande skydda kretsarna genom strömbegränsningsfunktionen hos PTC-elementet 11 mot en överpänning på ca 200 V.

Fastän PTC-elementet 11, som visas i fig. 1, utgör ett exempel på ett PTC-element som används i föreliggande uppfinning, kan PTC-elementen som används ha andra former än den plattformade.

Vidare används PTC-elementet 11, som visas i fig. 1, i allmänhet som en komponent med kablar, i vilka kabel- ändarna 15 och 16 är förenade med eleketroder 13 och 14 på båda huvudytorna genom lödningar 17 och 18, såsom visas i fig.8. Dessutom är övriga delar av PTC-elementet 11 än de som ligger i närheten av de främre ändarna av kabeländarna 15 och 16 där de leder ut företrädesvis belagda med isolerande harts 19 (endast en utformning med den isolerande hartsen 19 visas med en streck-prickad linje).

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den i detalj beskrivna och visade utföringsformen av uppfinningen utan flera tänkbara modidfikationer av uppfinningen är möjli- ga inom ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 513 674 ll PATENTKRAV:

1. En terminal fë:_telegraf och telefon som innefattar en komponent för överšpäñnings-/överströmsskydd bestående av ett termistorelement meQ_Positiv temperaturkoefficient, varvid telegraf- och telefonterminalen k ä n n e t e c k - n a s av att termistqrelementet med positiv temperaturkoef- ficient innefattar en keramisk stomme av ett keramiskt mate- rial vars Curie-temperatur ligger i området mellan 60 till 120 °C och med en tjocklek av 2,5 till 5,0 mm samt med elekt- roder anordnade på den keramiska stommens båda huvudytor.

2. En terminal för telegraf och telefon i enlighet med patentkravet 1, vilken vidare innefattar ett par av kabelän- dar som är fästade med lödningar på elektroderna på båda huvudytorna av termistorelementet med positiv temperatur- koefficient.

3. En terminal för telegraf och telefon i enlighet med patentkravet 2, varvid delar, förutom de i närheten av de främre ändarna av kabeländarna som leder ut, av temistor- elementet med positiv temperaturkoefficient är belagda med isolerande harts.

4. En terminal för telegraf och telefon innefattande en interface-del med en_krets för ringklocka och en samtals- krets samt en komponent för överspännings-/överströmsskydd, vilken är kopplad mellan interface-delen och abonnentens linjer och består av ett termistorelement med positiv tempe- raturkoefficient, varvid terminalen för telegraf och telefon k ä n n e t e c k n a s av att nämnda termistorelement med positiv temperaturkoefficient innefattar en skivformad kera- misk stomme av ett keramiskt material vars Curie-temperatur ligger i området mellan §0 till 120 °C och med en tjocklek av 2,5 till 5,0 mm samt med elektroder anordnade på den keramiska stommens bådamhgvudytor. 10 513 674 12

5. En terminal för telegraf och telefon i enlighet med patentkravet 4, vilken vidare innefattar ett par av kabelän- dar som är fästade med lödningar på elektroderna på båda huvudytorna av termistorelementet med positiv temperatur- koefficient.

6. En terminal för telegraf och telefon i enlighet med patentkravet 5, varvid delar, förutom de i närheten av de främre ändarna av kabeländarna som leder ut, av temistor- elementet med positiv temperaturkoefficient är belagda med isolerande harts.