SI9700193A - Postopek za zaščito predvsem telekomunikacijskih naprav in zaščitno vezje za izvedbo postopka - Google Patents

Abstract

Izum se nanaša na postopek za zaščito predvsem telekomunikacijskih naprav pred prenapetostjo in pretokovnim tokom s pomočjo prenapetostnega odvodnika, PTC-uporov in napetost omejujočih elementov kot tudi zaščitno vezje za izvajanje postopka. Naloga izuma, naj se razvije postopek kot tudi na zaščitno vezje za zaščito predvsem telekomunikacijskih priprav pred prenapetostjo in pretokovnim tokom, ki dovoljujejo na prehodni tok odporno in reverzibilno varovanje linije, je rešena s tem, da odzivna napetost prenapetostnega odvodnika (1) leži nad vršno vrednostjo napajalne napetosti in da je odzivna napetost tiristorskih diod (4, 5) izbrana neznatno nad največjimi vrednostmi obratovalne napetosti linije, ki jo je treba zaščititi in da se PCT-upora (2, 3) uporabita kot ločilni člen in da blokirata maksimalne amplitude napajalne napetosti.ŕ

Description

KRONE AKTIENGESELLSCHAFT

Postopek za zaščito predvsem telekomunikacijskih naprav in zaščitno vezje za izvajanje tega postopka

Izum se nanaša na postopek za zaščito predvsem telekomunikacijskih naprav pred prenapetostjo in pretokovnim tokom po uvodnem delu prvega patentnega zahtevka in na zaščitno vezje za izvajanje tega postopka.

Če je med telefonskim ali podatkovnim vodom in napajalnim vodom, npr. 220 V omrežjem, kratek stik, pride v nekaj sekundah po odzivu prenapetostnega odvodnika z odzivno napetostjo ± 230 V do odziva kontakta za nadzor izpada in do temu sledeče kratke sklenitve prenapetostnega odvodnika (Power Crossing). Kratkostični tok, ki sedaj teče, se trajno odvaja proti zemlji. Ker motnja na vodu s tem še ni odstranjena, temveč je lahko prisotna še nekaj časa, je prisotna zahteva, da se odklopijo ti deloma nedopustno visoki trajni tokovi, ki lahko vodijo do uničenja ustreznih kabelskih vodov. Na splošno so v ta namen predvidene linijske varovalke, ki so po znanih vezjih (prospekt firme Krone ComProtect 2/1 CP DX 180A1, 8/1993) pred prenapetostnim odvodnikom, da se loči kratkostični tok.

Ker pa najpomembnejšo funkcijo prenapetostnih odvodnikov predstavlja ponovno odvajanje prehodnih tokov reda velikosti 5 kA in je bila opisana linijska varovalka doslej nameščena pred prenapetostnim odvodnikom, se lahko ta zahteva obvlada le z zelo dragimi posebnimi varovalkami. Primerne posebne varovalke so opisane na primer v glavnem katalogu firme Cehess, 94533 Rungis Cedex (Francija) za področje varovanja. Te varovalke se lahko uporabijo kot linijske varovalke, ki so odporne na prehodni tok. Pri tem je pomanjkljivo obnašanje varovalk pri staranju. Pri ustreznih obremenitvah s prehodnim tokom se življenjska doba varovalk ustrezno skrajša. Varovalka razen tega ni reverzibilna.

V spisu DE 40 26 004 C2 je opisano zaščitno vezje za telekomunikacijske naprave, pri katerem je prečna pot prenapetostnega odvodnika nameščena pred varovalko, medtem ko je med povezavo voda in ozemljitvenim vodom predvidena kratkostična prečna pot za varovalko. Če se zaščitni element odzove, odpre prečna pot prenapetostnega odvodnika in sklene se kratkostična prečna pot (nadzor izpada), tako da se odzovejo varovalke in se vodi ločijo. S takšnim ukrepom se lahko komercialne varovalke uporabijo kot linijska varovalka, ker njena posebna lega ne zahteva več odpornosti na prehodni tok.

Pomanjkljivo pa je, da se mora po odzivu linijske varovalke zamenjati celoten vtič.

Naloga izuma je sedaj, da se razvije postopek kot tudi vezje predvsem za zaščito telekomunikacijskih naprav pred prenapetostjo in pretokovnim tokom, ki zagotavlja linijsko varovanje, kije odporno na prehodne tokove in je reverzibilno.

Rešitev naloge izhaja iz označujočih značilnosti patentnih zahtevkov 1 in 3.

S prilagoditvijo odzivne enosmerne napetosti prenapetostnega odvodnika glede na PTC-upore in dvosmerne tiristorske diode (tiristorske diode so Crowbar type protection diode, polprevodniški elementi z dvemi prevodnimi stanji, ki so podobni tiristorjem ali triakom, na primer TRISIL-diode od SGS-Thomson Microelectronics v PROTECTION DEVICES, Databook, 2. izdaja, marec 1993, str. 311), tako da odzivna napetost leži nad vršno vrednostjo obremenitve pri izmenični napetosti z efektivno vrednostjo npr. 230 V, torej vršni vrednosti > 325 V, in leži odzivna napetost tiristorskih diod rahlo nad maksimalnimi vrednostmi obratovalnih napetosti, ki običajno nastopajo v telekomunikacijah, na primer 180 V, kot tudi z izbiro PTC-uporov kot ločilnega člena se dosežejo poljubne odpornosti na prehodne tokove in reverzibilno delovanje linijske zaščite.

Funkcije linijskih varovalk in varovalk priprav so pri tem prevzete s strani elementa, namreč standardnih PTC-uporov. Poljubno število obremenitev s pretokovnimi tokovi ne povzroči nikakršnega staranja. Po zamrtju motnje se vezje lahko takoj ponovno uporabi. Hkrati zaščitno vezje zagotavlja, da se lahko integrira v obstoječih izvedbah zaščitnih stikal, da se lahko cenovno ugodno izvede na običajnih elementih in ne omejuje nadaljnjih funkcij zaščitnega vtiča.

Zaščitno vezje za zaščito pred nedopustno visokim razvijanjem toplote pri prenapetostnem odvodniku ne potrebuje nikakršnega kontakta za nadzor izpada, ki je bil doslej potreben in je pripeljal do tega, da je bilo po njegovi sprožitvi potrebno zamenjati celoten zaščitni vtič. Zaščitno vezje po izumu pa ščiti brez kontakta za nadzor izpada glede poljubno dolgo prisotne obremenitve z izmenično napetostjo v efektivni višini 230 V reverzibilno in povsem brez vzdrževanja.

Uporaba tiristorskih diod kot druge stopnje napetostno omejujočih elementov (fina zaščita), predvsem polprevodniških tiristorskih diod, zagotavlja izjemno hiter odziv, nizek zaščitni nivo pri statičnih in dinamičnih dvigih napetosti in na ta način združuje prednosti prenapetostnih odvodnikov (groba zaščita) in polprevodniških elementov v zaščitnem vezju. Uporaba PTC-uporov dodatno zagotavlja reverzibilno tokovno zaščito tudi pri napetostih, ki ne povzročijo odziva niti pri prenapetostnih odvodnikih niti pri diodah (funkcijska zaščita priprav). Na ta način se z enim elementom izpolnita dve varovalni funkciji: linijsko varovanje in varovanje priprave.

Nadaljnji prednostni izvedbeni primeri izuma izhajajo iz podzahtevkov.

Izum je v nadaljnjem podrobneje objasnjen s pomočjo izvedbenega primera, ki je prikazan na risbi. Slika 1 kot edina slika prikazuje sistemsko stikalno sliko zaščitnega vezja po izumu.

Na sliki 1 je prikazano zaščitno vezje, ki je vezano v tokovni poti a-a’ in b-b’, pri čemer skupen ozemljitveni vod E služi odvajanju prekotokovnih tokov, ki jih povzročijo prenapetosti glede na zemeljski potencial. Na omrežni oziroma linijski strani L, od koder lahko nastopijo motnje, je med tokovnima potema a-a’ in b-b’ kot prečna pot c-d na odcepih 8, 9 nameščen tokovni odvodnik 1, na primer z odzivno enosmerno napetostjo 440 V do 660 V, na katerega je priključen skupen ozemljitveni vod E. PTC-upora 2, 3 sta za odcepoma 8, 9 prenapetostnega odvodnika 1 priključena na liniji a-a’ oziroma b-b’. Za PTC-uporoma 2, 3, ki na primer znašata 20

Π, sta od odcepov 10, 11 kot nadaljnja prečna pot vzporedno s prenapetostnim odvodnikom 1 vezani polprevodniški tiristorski diodi 4, 5 z odzivno napetostjo na primer 200 V, ki sta preko odcepa 12 povezani s skupnim ozemljitvenim vodom E. Na strani, ki jo je treba ščititi, oziroma na strani S sistema sta v liniji a-a’ oziroma b-b’ nameščeni merilni in ločilni mesti 6, 7. Namestitev merilnih in ločilnih mest 6, 7 za zaščitno vezje, ki tvori stopenjsko zaščito iz grobe zaščite, fine zaščite in tokovne zaščite, dovoljuje delni preizkus delovanja linije.

Elementi zaščitnega vezja morajo zaradi zagotovitve delovanja PTC-uporov 2, 3 kot varovanja linije, ki je odporno na prehodne tokove in reverzibilno, biti prilagojeni drug drugemu. Odzivna napetost prenapetostnega odvodnika 1 - lahko se uporabi tripolni odvodnik - mora biti na primer izbrana tako, da leži nad vršno vrednostjo obremenitve z izmenično napetostjo z efektivno vrednostjo 230 V. Tukaj je bil izbran prenapetostni odvodnik 1 z odzivno napetostjo, kije višja od 440 V.

Tiristorski diodi 4, 5 je treba izbrati tako, da njuna odzivna napetost leži rahlo nad najvišjimi vrednostmi obratovalne napetosti, ki običajno nastopajo v telekomunikacijah, na primer 180 V.

PTC-upora 2, 3 sta izbrana tako, da delujeta kot ločilni člen in lahko zapreta najvišjo izmenično napetost z efektivno vrednostjo na primer 240 V. Največji stikalni tok za PTC-upora 2, 3 je treba izbrati kar se da visok.

V primeru prehodne napetostne obremenitve tiristorski diodi 4, 5 na izhodu a’-b’ sistemske strani S izjemno hitro omejita nastopajočo prenapetost na zaščitni nivo, na primer ± 250 V. V najkrajšem času prenapetostni odvodnik 1 z ločitvijo preko PTCuporov 2, 3 prevzame preostalo energijo motnje in jo odvede preko ozemljitvenega voda E. Temperaturno odvisna PTC-upora 2, 3 v vzdolžni veji a-a’ oziroma b-b’ prevzameta po eni strani preko svojega ohmskega upora ločitev med grobo zaščito in fino zaščito in delujeta po drugi strani kot reverzibilen, tok omejujoč element. Če lastnost reverzibilen ni pomembna, potem se lahko namesto PTC-uporov uporabijo tudi normalne varovalke. Prehodni tokovi reda velikosti na primer 5 kA se prevzamejo izključno s strani prenapetostnega odvodnika 1 in se odvedejo preko ozemljitvenega voda E.

Če vsekakor nastopi obremenitev z izmenično napetostjo z efektivno vrednostjo na primer 230 V/izmeničnim tokom z efektivno vrednostjo 5 A, potem napetost ne do5 seže vrednosti odzivne napetosti prenapetostnega odvodnika 1. V tem primeru odpade prenapetostni odvodnik nekako kot element za vse obremenitve z izmenično napetostjo z efektivno vrednostjo 230 V. Tiristorski diodi 4, 5, ki sta za to napetostno obremenitev bistveno bolj primerni, prevzameta obremenitev in omejujeta napetost. Zaradi bistveno nižjih prepustnih napetosti tiristorskih diod - na splošno 2-3 V - je pretvorba moči in s tem razvijanje toplote bistveno manjše kot pri prenapetostnih odvodnikih. Pri obremenitvah z izmenično napetostjo z efektivno vrednostjo do 230 V na ta način ne more več priti do nikakršnega odziva kontakta za nadzor izpada pri prenapetostnem odvodniku 1. Pri obremenitvah z izmenično napetostjo z efektivno vrednostjo 230 V se zato ne sme predvideti nikakršna namestitev kontakta za nadzor izpada na prenapetostnem odvodniku 1. Zato zaščitnega vtiča po obremenitvi z izmenično napetostjo z efektivno vrednostjo 230 V ga ni treba več zamenjati. Nedopustno visoko razvijanje toplote na tiristorskih diodah 4, 5 se odpravi s primemo izbiro PTC-uporov 2,3.

Lega PTC-uporov 2, 3 pred vsakokratnim napetost omejujočim elementom, tukaj tiristorsko diodo 4, 5, povzroči, da PTC-upora 2, 3 prevzameta funkcijo reverzbilnih in na prehodne tokove odpornih linijskih varovalk. Glede na izbrani stikalni tok PTC-uporov 2, 3 se prekinjajo kratkostični tokovi, ki pri vsakem polvalu tečejo skozi tiristorski diodi 4, 5, po karakteristiki t=f(i). PTC-upora 2, 3 postaneta visoko ohmska in na ta način preprečujeta nedopustno visok kratkostični tok, ki bi odtekel preko telekomunikacijskega kabla in tiristorskih diod 4, 5 preko ozemljitvenega voda E.

Po zamrtju motnje je vezje takoj ponovno pripravljeno za delovanje.

V celoti sledi iz povezave po izumu prenapetostnega odvodnika 1 s polprevodniškima tiristorskima diodama 4, 5 in s prilagoditvijo po izumu nazivne odzivne enosmerne napetosti prenapetostnega odvodnika 1 s parametri drugih elementov, da prednosti prenapetostnih odvodnikov in polprevodniških tiristorskih diod ostanejo združene v zaščitnem vtiču, funkcija linijskih varovalk in varovalk priprav se vrši z enim elementom, to je z običajnima PTC-uporoma 2, 3, odpornost na 5 kA prehodni tok se doseže s prenapetostnim odvodnikom 1, je zagotovljena reverzibilna tokovna zaščita s pomočjo PTC-uporov 2, 3 tudi pri napetostih, ki ne dovedejo do odziva niti prenapetostnega odvodnika 1 niti diod 4, 5, se kot na prehodni tok odporna in reverzibilna linijska varovalka uporablja isti običajni PTC-upor 2,3, se pri kratkem stiku telekomunikacijskega voda z napajalnim vodom pri efektivni napetosti 230 V kontakt za nadzor izpada več ne odzove, se doseže reverzibilen in v veliki meri brezvzdrževalni zaščitni koncept, in lahko pride do uporabe zaščitnega vezja tudi v znanih okrovih zaščitnih vtičev.

Claims (6)

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Postopek za zaščito predvsem telekomunikacijskih naprav pred prenapetostjo in prekotokovnim tokom s pomočjo prenapetostnega odvodnika, PTC-uporov in napetost omejujočih elementov, označen s tem, da odzivna napetost prenapetostnega odvodnika (1) leži nad vršno vrednostjo napajalne napetosti in da je odzivna napetost tiristorskih diod (4, 5) je izbrana rahlo nad največjimi vrednostmi obratovalne napetosti linije, ki jo je treba varovati in da se PTC-upori (2, 3) uporabijo kot ločilni člen in blokirajo največje amplitude napajalne napetosti.

2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da odzivna napetost prenapetostnega odvodnika (1) leži nad obremenitvijo z izmenično napetostjo z efektivno vrednostjo 230 V in da PTC-upora (2, 3) blokirata največje amplitude napajalne napetosti z efektivno vrednostjo 230 V.

3. Zaščitno vezje za izvajanje postopka po zahtevku 1, označeno s tem, da sta PTCupora (2, 3), ki sta vezana v prevodnih poteh (a-a’; b-b’), glede na smer linijska stran - sistemska stran (L-S) vsakokrat vezana pred napetost omejujočim elementom (4,5) in da je prenapetostni odvodnik (1) glede na smer linijska stran - sistemska stran (LS) nameščen kot prečna pot (c-d) pred PTC-uporoma (2, 3) in ima skupen ozemljitveni vod (E), ki je skupen z napetost omejujočima elementoma (4, 5), ki sta nameščena vzporedno s prenapetostnim odvodnikom (1).

4. Zaščitno vezje po zahtevku 3, označeno s tem, da sta napetost omejujoča elementa (4,5) polprevodniški tiristorski diodi.

5. Zaščitno vezje po zahtevku 3, označeno s tem, da je vezana v linijo fina zaščita (4, 5) za dosezanje stopenjske zaščite iz grobe zaščite (1) in fine zaščite (4, 5).

6. Zaščitno vezje po zahtevku 5, označeno s tem, da je v vsaki liniji za stopenjsko zaščito nameščeno merilno in ločilno mesto (6,7).