PL176734B1 - Sposób zabezpieczania i układ zabezpieczania, zwłaszcza układów telekomunikacyjnych - Google Patents

Abstract

1. Sposób zabezpieczania, zwlaszcza ukla- dów telekomunikacyjnych, przed przepieciami i przetezeniami przy pomocy tlumika przepiec, rezy- storów PTC i elementów ograniczajacych napiecie, znamienny tym, ze stosuje sie napiecie zadzialania tlumika przepiec wieksze od wartosci szczytowe] napiecia zasilania i napiecie zadzialania diod tyry- storowych wybiera sie jako nieznacznie wieksze od maksymalnych wartosci napiecia roboczego linii zabezpieczane] oraz rezystory PTC stosuje sie jako czlon rozlaczajacy i blokuje sie maksymalne ampli- tudy napiecia zasilania. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zabezpieczania i układ zabezpieczania, zwłaszcza układów telekomunikacyjnych.

W przypadku, gdy pomiędzy linią telefoniczną lub danych a linią zasilania, na przykład siecią 220V, wystąpi zwarcie, po zadziałaniu tłumika przepięć o wartości odpowiedzi napięcia stałego ± 230V reakcja styku odpornego na uszkodzenia, a więc zwarcie tłumika przepięć, będzie trwało kilka sekund. Przepływający teraz prąd zwarcia jest trwale odprowadzany do masy. Ponieważ występujące zakłócenie nie jest skutkiem tego eliminowane, lecz może ciągle występować przez pewien okres czasu, wymagane jest odłączenie tych częściowo niedopuszczalnych, dużych, ciągłych prądów, które mogą spowodować uszkodzenie kabli poszczególnych linii.

Znane są urządzenia zabezpieczania linii umieszczana przed tłumikiem przepięć w celu odłączenia prądu zwarciowego, co przedstawiono na przykład, w publikacji Krone Firmenprospekt Com. Protect 2/1 CPDX 180A1, 8/1993.

Najważniejszą funkcją tłumików przepięć jest powtarzalne tłumienie prądów udarowych rzędu 5kA, a znane urządzenie zabezpieczania linii jest umieszczone przed tłumikiem przepięć, więc to wymaganie można spełnić tylko przy użyciu bardzo drogich, specjalnych urządzeń zabezpieczających. Znane urządzenia zabezpieczania są opisane na przykład w katalogu urządzeń zabezpieczających Cehess, 94533 Rungis Cedex, Francja. Te urządzenia

176 734 zabezpieczające mogą być stosowane jako urządzenia zabezpieczania linii odporne na prądy udarowe. Niedogodnością jest tutaj starzenie urządzeń zabezpieczających. Przy obciążeniach prądami udarowymi trwałość urządzenia zabezpieczającego jest ograniczona. Ponadto urządzenie zabezpieczające nie jest odwracalne.

Znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr 40 26 004 C2 układ zabezpieczania układów telekomunikacyjnych, w którym poprzeczny tor tłumika przepięć jest umieszczony przed urządzeniem zabezpieczającym, podczas gdy pomiędzy połączeniem linii i przewodem uziemiającym jest włączony poprzeczny tor zwarciowy umieszczony za urządzeniem zabezpieczającym. Wówczas gdy element zabezpieczający reaguje, tor poprzeczny tłumika przepięć otwiera i zamyka poprzeczny tor zwarciowy odporny na uszkodzenia, tak że urządzenia zabezpieczające reagują i linie są odłączane. W tym sposobie znane urządzenia zabezpieczające mogą być użyte jako urządzenia zabezpieczania linii, ponieważ ich szczególne położenia nie wymagają koniecznie odporności na prądy udarowe. Niedogodnością jest to, że po zadziałaniu urządzenia zabezpieczania linii musi zostać wymieniony cały zespół wtykowy.

Sposób według wynalazku polega na tym, że stosuje się napięcie zadziałania tłumika przepięć większe od wartości szczytowej napięcia zasilania i napięcie zadziałania diod tyrystorowych wybiera się jako nieznacznie większe od maksymalnych wartości napięcia roboczego linii zabezpieczanej oraz rezystory PTC stosuje się jako człon rozłączający i blokuje się maksymalne amplitudy napięcia zasilania.

Korzystnie stosuje się napięcie zadziałania tłumika przepięć większe od obciążenia napięciem przemiennym o wartości 230 Vsk i przy pomocy rezystorów PTC blokuje się maksymalne amplitudy napięcia zasilania 230 Vsk.

W układzie według wynalazku rezystory PTC w torach są każdy włączony, względem kierunku strona linii - strona układu przed elementem ograniczającym napięcie i tłumik przepięć jest włączony, względem kierunku strona linii - strona układu, jako tor poprzeczny przed rezystorami PTC i ma, wraz z dołączonymi równolegle do niego elementami ograniczającymi napięcie, wspólną linię uziemiającą.

Korzystnie elementy ograniczające napięcie są półprzewodnikowymi diodami tyrystorowymi.

Korzystnie element zabezpieczający dokładnie układu zabezpieczania szeregowego, składającego się z układu zabezpieczania zgrubnego i układu zabezpieczania dokładnego, jest włączony w linię.

Korzystnie w każdą linię, za układem zabezpieczania szeregowego, jest włączone stanowisko pomiarowe i rozłączające.

Zaletą wynalazku jest opracowanie sposobu i układu zabezpieczania, zwłaszcza układów telekomunikacyjnych, przed przepięciami i przetężeniami, które zapewniają odporność na prądy udarowe i odwracalne zabezpieczanie linii.

Dzięki dopasowaniu odpowiedzi stałonapięciowej tłumika przepięć do rezystorów PTC i dwukierunkowych diod tyrystorowych, elementów półprzewodnikowych o dwóch stanach przewodzenia, podobnych do tyrystorów lub triaków, na przykład diod Trisil firmy SGS-Thomson Microelectronics opisanych w Protection devices, Databook, wydanie 2, marzec 1993, str. 311, tak, że napięcie odpowiedzi jest wyższe niż wartość szczytowa przebiegu przemiennego, na przykład 230 Vsk, to znaczy wartości szczytowe > 325V i napięcie odpowiedzi diod tyrystorowych jest wybrane jako nieco większe niż maksymalne wartości napięcia roboczego występującego normalnie w telekomunikacji, na przykład 180V, jak również dzięki wyborowi rezystorów PTC jako członu odłączającego, uzyskuje się dowolne wymagane rezystancje w funkcji prądów udarowych i funkcje odwracalne urządzeń zabezpieczających linie.

Funkcje urządzeń zabezpieczających linie i urządzeń zabezpieczających urządzenia są tutaj spełniane przez jeden składnik, a mianowicie standardowe rezystory PTC. Dowolna liczba obciążeń prądami udarowymi nie wywołuje starzenia. Po wyeliminowaniu zakłócenia układ może być natychmiast ponownie użyty. Równocześnie układ zabezpieczaj ący może być zintegrowany w istniejących konstrukcjach wyłączników bezpieczeństwa oraz może być

176 734 wykonany ekonomicznie przy pomocy standardowych elementów, a dodatkowe funkcje wyłączników bezpieczeństwa nie są ograniczone.

Układ zabezpieczania nie wymaga zastosowania styku odpornego na uszkodzenia do zabezpieczania przed niedopuszczalnie wysokim wydzielaniem ciepła, który to styk odporny na uszkodzenia był dotąd wymagany, co powodowało, że po jego zadziałaniu musiał być wymieniony wyłącznik bezpieczeństwa. Układ zabezpieczania według wynalazku zabezpiecza wiec, bez styku odpornego na uszkodzenia, przed dowolnie długimi obciążeniami przemiennoprądowymi przy 230 Vsk, jest odwracalny i nie wymaga konserwacji.

Zastosowanie diod tyrystorowych jako drugiego stopnia diod ograniczających napięcie, czyli jako przyrządu dokładnego zabezpieczania, zwłaszcza półprzewodnikowych diod tyrystorowych, zapewnia wyjątkowo szybkie zadziałanie, niski poziom zabezpieczania dla statycznych i dynamicznych wzrostów napięcia i łączy przez to zalety tłumika przepięć, czyli przyrządu zabezpieczania zgrubnego i elementów półprzewodnikowych w urządzeniu zabezpieczania. Zastosowanie rezystorów PTC zapewnia dodatkowo odwracalne zabezpieczanie prądowe, nawet przy napięciach nie wywołujących zadziałania tłumika przepięć lub diod, co stanowi funkcyjne zabezpieczenie przyrządu. W ten sposób jeden element spełnia dwie funkcje zabezpieczające: zabezpieczanie linii i przyrządu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat ideowy układu zabezpieczania według wynalazku.

Rysunek przedstawia układ zabezpieczania zawierający tory prądowe a-a' i b-b' i wspólną linię uziemiającą E służącą do odprowadzania przetężeń wytwarzanych przez przepięcia. Po stronie L sieci względnie linii, skąd mogą przyjść zakłócenia, pomiędzy torami a-a' i b-b' w punktach rozgałęzień 8 i 9 jest włączony tłumik 1 przepięć, który ma stałe napięcie odpowiedzi na przykład o wartości 440 - 660V i do którego jest dołączona wspólna linia uziemiająca E. Rezystory PTC 2,3 są włączone za rozgałęzieniami 8,9 tłumika 1 przepięć w torach prądowych a-a' lub b-b'. Za rezystorami PTC 2, 3, na przykład o wartościach 20 omów, w punktach rozgałęzień 10, 11 są umieszczone półprzewodnikowe diody tyrystorowe 4, 5, mające odpowiedź napięciową na przykład o wartości 200V, dołączone równolegle do tłumika 1 przepięć. Diody tyrystorowe 4, 5 są dołączone drugimi końcówkami do wspólnej linii uziemiającej E w punkcie rozgałęzienia 12. Po stronie S, która ma być zabezpieczana, czyli po stronie układowej, są dołączone do torów prądowych a-a' i b-b' stanowiska pomiarowe i rozłączające 6, 7. Układ stanowisk pomiarowych i rozłączających 6, 7 za układem zabezpieczania, tworzącym zabezpieczanie kaskadowe .z zabezpieczania zgrubnego, dokładnego i prądowego, umożliwia częściowe sprawdzanie funkcjonowania linii.

Elementy układu zabezpieczania muszą być dobrane w celu zapewnienia funkcjonowania rezystorów PTC 2, 3 jako odpornych na przetężenia i odwracalnych bezpieczników linii. Napięcie odpowiedzi tłumika 1 przepięć, który może być elementem trójnikowym, musi być dobrane na przykład tak, żeby było większe od wartości szczytowej napięcia przemiennego obciążenia. Tutaj zastosowano tłumik 1 przepięć o napięciu odpowiedzi większym od 440V.

‘ Diody tyrystorowe 4, 5 są wybrane tak, że ich napięcie odpowiedzi jest nieznacznie większe, od maksymalnej wartości napięcia roboczego występującego zwykle w technice telekomunikacyjnej, na przykład 180V.

Rezystory PTC 2, 3 są tak dobrane, że działają jako człon rozłączający i mogą blokować wartość maksymalną napięcia przemiennego, na przykład 240 Vsk. Maksymalny prąd przełączający rezystory PTC 2, 3 musi być wybrany jako możliwie duży.

' W przypadku obciążenia prądem przejściowym, diody tyrystorowe 4, 5 ograniczają występujące na wyjściu torów prądowych a' - b', od strony S układu, przepięcie bardzo szybko do poziomu zabezpieczania, na przykład 250V. W najkrótszym czasie tłumik 1 przepięć pochłania energię pojawiającą się na rezystorach PTC 2, 3 i odprowadzają do linii uziemiającej E. Zależne od temperatury rezystory PTC 2, 3 w torach prądowych a - a' lub b - b' z jednej strony wprowadzają, dzięki ich rezystancji omowej, rozłączenie pomiędzy zabezpieczeniem zgrubnym i dokładnym, a z drugiej działają jako odwracalne elementy

176 734 ograniczające prąd. Jeżeli własność odwracalności nie jest ważna, zamiast rezystorów PTC można także użyć standardowych bezpieczników. Prądy udarowe rzędu na przykład 5 kA są pochłaniane wyłącznie przez tłumik 1 przepięć i są odprowadzane linią uziemiającą E.

Jednakże, jeżeli pojawia się obciążenie prądem przemiennym 230 Vsk/5 Ask, napięcie nie osiągnie wartości napięcia stałego odpowiedzi tłumika 1 przepięć. W tym przypadku tłumik 1 przepięć nie jest wymaganyjako element dla wszystkich obciążeń napięciem stałym dla Vsk. Diody tyrystorowe 4, 5 dużo bardziej odpowiednie dla takich obciążeń napięciowych, ograniczają napięcie. Dzięki zasadniczo niskiemu napięciu stanu przewodzenia diod tyrystorowych, zwykle 2 - 3V, pobór mocy, a stąd i wydzielanie ciepła, jest znacznie mniejsze niż w przypadku tłumików przepięć. Dla obciążeń napięciem przemiennym do 230Vsk nie w^^tąpi zadziałanie styku odpornego na uszkodzenia tłumika 1 przepięć. W związku z tym dla obciążeń napięciem przemiennym do 230Vsk nie jest wymagane wyposażenie tłumika 1 przepięć w styk odporny na uszkodzenia. W wyniku tego nie zachodzi potrzeba wymiany wtyku bezpieczeństwa po obciążeniu napięciem przemiennym o wartości 230Vsk. Niedopuszczalnie duże wydzielanie ciepła na diodach tyrystorowych 4, 5 nie występuje dzięki właściwemu wyborowi rezystorów PTC 2, 3.

Położenie rezystorów PTC 2, 3 przed odpowiednim elementem ograniczającym napięcie, tutaj diodami tyrystorowymi 4,5, powoduje to, że rezystory PTC 2,3 przyjmują funkcje odwracalnych i odpornych na prądy udarowe urządzeń zabezpieczania linii. Zależnie od wybranego prądu przełączającego rezystorów PTC 2, 3, prądy zwarcia płynące w każdym półokresie przez diody tyrystorowe 4, 5 są przerywane zgodnie z charakterystyką t = f(i). Rezystory PTC 2, 3 osiągają dużą impedancję i zapobiegają w ten sposób niedopuszczalnie dużemu prądowi zwarcia, który mógłby przepływać poprzez kable telekomunikacyjne, diody tyrystorowe 4, 5 i linię uziemiającą E.

Po usunięciu zakłócenia układ jest natychmiast znów gotowy do pracy.

W wyniku tego połączenie tłumika 1 przepięć z półprzewodnikowymi diodami tyrystorowymi 4, 5 i dopasowanie napięcia stałego odpowiedzi tłumika 1 przepięć do parametrów pozostałych elementów powoduje, że zalety tłumika przepięć i półprzewodnikowych diod tyrystorowych są połączone w jednym wtyku bezpieczeństwa. Funkcje zabezpieczania linii i przyrządów są spełnione przez jeden element - standardowe rezystory PTC 2, 3. Odporność na prąd udarowy 5kA jest osiągana przez tłumik 1 przepięć. Odwracalne zabezpieczenie prądowe jest zapewnione przez rezystory PTC 2, 3 nawet dla napięć, które nie wywołują zadziałania ani tłumika 1 przepięć, ani diod 4, 5. Te same standardowe rezystory PTC 2, 3 można używać jako urządzenie zabezpieczania linii odporne na udary prądowe i odwracalne. Przy zastosowaniu tych urządzeń w przypadku zwarcia linii telekomunikacyjnej z linią zasilania 230Vsk nie działa odporny na uszkodzenia styk tłumika 1 przepięć. Uzyskuje się rozwiązanie zabezpieczania odwracalnego i w wysokim stopniu nie wymagającego konserwacji. Zastosowanie układu zabezpieczania jest możliwe także w znanych obudowach wtyków bezpieczeństwa.

176 734

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zabezpieczania, zwłaszcza układów telekomunikacyjnych, przed przepięciami i przetężeniami przy pomocy tłumika przepięć, rezystorów PTC i elementów ograniczających napięcie, znamienny tym, że stosuje się napięcie zadziałania tłumika przepięć większe od wartości szczytowej napięcia zasilania i napięcie zadziałania diod tyrystorowych wybiera się jako nieznacznie większe od maksymalnych wartości napięcia roboczego linii zabezpieczanej oraz rezystory PTC stosuje się jako człon rozłączający i blokuje się maksymalne amplitudy napięcia zasilania.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się napięcie zadziałania tłumika przepięć większe od obciążenia napięciem przemiennym o wartości 230 Vsk i przy pomocy rezystorów PTC (2, 3) blokuje się maksymalne amplitudy napięcia zasilania 230 Vsk.

3. Układ zabezpieczania, zwłaszcza układów telekomunikacyjnych, zawierający tłumik przepięć, rezystory PTC i elementy ograniczające napięcie, znamienny tym, że rezystory PTC (2,3) w torach (a-a', b-b') są każdy włączony, względem kierunku strona linii - strona układu (L i S), przed elementem (4, 5) ograniczającym napięcie i tłumik (1) przepięć jest włączony, względem kierunku strona linii - strona układu (L - S), jako tor poprzeczny (c - d) przed rezystorami PTC (2, 3) i ma, wraz z dołączonymi równolegle do niego elementami (4, 5) ograniczającymi napięcie, wspólną linię uziemiającą (E).

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że elementy (4, 5) ograniczające napięcie są półprzewodnikowymi diodami tyrystorowymi.

5. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że element (4,5) zabezpieczający dokładnie układu zabezpieczania szeregowego, składającego się z układu (1) zabezpieczania zgrubnego i układu (4, 5) zabezpieczania dokładnego, jest włączony w linię.

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że w każdą linię, za układem zabezpieczania szeregowego, jest włączone stanowisko pomiarowe i rozłączające (6, 7).