專利名稱：光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種通信設備的安全防護技術，更確切地說是涉及一種防護保安單元，應用于通信線路的總配線架上，連接于進線電纜與電話交換設備之間，對電話交換設備進行防雷擊、防過電壓、防過電流以及維修操作人員安全的防護與告警等。
背景技術：
保安單元是配線架一類電信設備用于過壓、過流、防雷擊等的防護器件。
早期使用的防護保安單元，其防護元件由一個氣體放電管和一個熱線圈構成，分別對線路上出現(xiàn)的過電壓、過電流以及雷擊等進行防護。當雷擊發(fā)生時，沖擊電流經氣體放電管排放入地。當外線與工頻220V等電力線碰觸時，氣體放電管放電，利用氣體放電管因高功耗產生的熱量，熔化與其接觸的錫塊，再用彈簧推動一金屬外殼將外線接地，保護交換設備不受高電壓的危害。如果電力線的碰觸點距離較遠，氣體放電管不能放電，則入侵電流流過熱線圈，電流使熱線圈發(fā)熱，最后使線圈軸上的低熔點焊錫熔化，同樣也是利用彈簧的推力，使外線接地并告警。
隨著性能好、壽命長、響應快的新型防護元件的問世，自1990年后，在防護保安單元中已逐漸用半導體過電壓保護器件代替氣體放電管，用正溫度系數(shù)的熱敏電阻(PTCR)替代發(fā)熱線圈。2000年以后，一種以CLP一類集成塊為核心的保安單元開始有產品供應，這種集成塊通常由電壓比較器、防護控制器和告警控制電路組成。
以上介紹的保安單元各有特點，但在電路結構及控制方式上，除CLP集成塊外，都基本沿用傳統(tǒng)的老方式，只是以新元件代替老元件，并沒有充分發(fā)揮新型防護元件的特點及效用。
首先在防護模式上，基本采用“短路保護模式”或“短路加開路保護模式”。前者是在異常電流入侵時使外線短路入地；后者是在小電流入侵時使外線對地短接，而在大電流入侵時使外線與內線斷開，從而使交換設備得到保護。
在如何實現(xiàn)保護功能及發(fā)出告警信號方面，現(xiàn)有的保安單元，包括使用CLP集成塊的大電流保護及告警，全未脫離錫塊(作為熔接片)加彈簧(產生推動力)的機械控制方式。即，利用電子元件通電時產生的熱量來熔化錫塊，再利用彈簧推力驅動動作機構，將外線對地短接或使外線與內線斷開，同時接通告警單元發(fā)出告警信號。這種錫塊加彈簧的控制方式，自其誕生數(shù)十年以來一直沿用至今，不僅結構復雜，且可靠性差。
實用新型內容本實用新型的目的是設計一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，通過采用光控告警、多重防護和“開路”保護模式，可充分發(fā)揮新型防護元件的特性，徹底改變現(xiàn)有防護保安單元的以電子元件作為熱源、以彈簧力作為動力的機械驅動方式，以“光”代“熱”、以電子開關代機械觸點進行控制，實現(xiàn)防護保安單元的全電子、無動作觸點，大幅度提高保護及告警的可靠性。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案是這樣的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，連接在電話電纜進線與電信交換設備間，包括防護電路和告警電路，其特征在于所述的防護電路包括分別由熔絲串接熱敏元件構成的aa’線雙重過電流防護電路及bb’線雙重過電流防護電路，各串接在兩電話電纜進線與電信交換設備的兩電話進線間；所述的告警電路包括分別由限流電阻串接發(fā)光元件構成的aa’線光取樣電路及bb’線光取樣電路，和光控告警電路；aa’線、bb’線光取樣電路分別并接在所述aa”線、bb’線雙重過電流防護電路上，所述的發(fā)光元件設置在光控告警電路的光接收元件側。
所述的防護電路還包括有由前、后級半導體管構成的兩級過電壓防護電路，前、后級半導體管一端分別與所述的熱敏元件兩端連接，前、后級半導體管另一端接地，前級半導體管的不動作電壓高于后級半導體管。
所述的告警電路還包括分別由發(fā)光元件串接限流電阻構成的aa’線高壓危險指示電路和bb’線高壓危險指示電路；aa’線、bb’線高壓危險指示電路分別并接在所述的aa’線、bb’線雙重過電流防護電路上。
所述的光控告警電路是可控硅光觸發(fā)電路，所述的光接收器件連接在可控硅的控制極上。
所述的可控硅光觸發(fā)電路還包括有由電阻、電容、穩(wěn)壓二極管并聯(lián)連接構成的延時記憶電路，延時記憶電路并聯(lián)連接在所述可控硅的觸發(fā)控制極與陰極間。
所述的可控硅光觸發(fā)電路還包括有由發(fā)光二極管構成的告警指示電路，連接在可控硅光觸發(fā)電路的輸出端上。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案還可以是這樣的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，連接在電話電纜進線與電信交換設備間，包括防護電路、告警電路和CLP一類集成電路，其特征在于所述的防護電路包括分別由熔絲構成的aa’線過電流防護電路及bb’線過電流防護電路，各串接在兩電話電纜進線與CLP一類集成電路的兩進線端間；所述的告警電路包括分別由限流電阻串接發(fā)光元件構成的aa’線光取樣電路及bb’線光取樣電路，和光控告警電路；aa’線、bb’線光取樣電路分別并接在所述aa’線、bb’線過電流防護電路上，所述的發(fā)光元件設置在光控告警電路的光接收元件側。
還包括分別由發(fā)光元件串接限流電阻構成的aa’線高壓危險指示電路和bb’線高壓危險指示電路；aa’線、bb’線高壓危險指示電路分別并接在所述的aa’線、bb’線過電流防護電路上，所述的發(fā)光元件設置在光控告警電路的光接收元件側。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術方案還是這樣的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，連接在電話電纜進線與電信交換設備間，包括防護電路、告警電路和CLP一類集成電路，其特征在于所述的防護電路包括分別由熔絲串接熱敏元件構成的aa’線雙重過電流防護電路及bb’線雙重過電流防護電路，各串接在兩電話電纜進線與CLP一類集成電路的兩進線端間；所述的防護電路還包括由半導體管構成的過電壓防護電路，半導體管一端與所述的熱敏元件與熔絲的連接點連接，半導體管另一端接地；所述的告警電路包括分別由發(fā)光元件串接限流電阻構成的aa’線高壓危險指示電路和bb’線高壓危險指示電路；aa’線、bb’線高壓危險指示電路分別并接在所述的aa’線、bb’線雙重過電流防護電路上。
本實用新型的光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，設置的兩級(前、后級)過電壓防護、雙重過電流防護、雙重告警指示及開路保護模式，可靈活地應用于現(xiàn)有的各種防護保安單元中，產生良好的效果。
本實用新型的aa’線、bb’線雙重過電流防護電路對過電流進行防護，利用熱敏元件的正溫度系數(shù)(PTC)特性進行外線端(a、b)與內線端(a’、b’)間的電路隔斷，實現(xiàn)開路保護模式；在aa’線、bb’線過電壓防護電路中各設置了前級過電壓防護半導體管及后級過電壓防護半導體管，對雷擊、工頻、220V及高于220V(比如600V的電車電壓)的過電壓提供泄流通路，進行兩級過電壓防護(兩級保護可使雷擊波輸出電壓進一步降低，兩級過電壓防護又均可單獨防雷擊，可互為備用，后級過電壓防護半導體管還為過電流防護的一級防護/二級防護的切換提供通路)；光控告警電路由取樣與顯示兩部分組成，光取樣電路用高阻值電阻串接發(fā)光元件并接于過電流防護電路兩端，利用aa’線、bb’線光取樣電路對兩條電話電纜線上的過電流進行采樣，并通過發(fā)光元件進行光控，用光敏元件控制一個自鎖(記憶)或隨機的可控硅光觸發(fā)電路發(fā)出告警指示。利用aa’線、bb’線高壓指示電路對過電壓進行“高壓危險”光指示，受a線端或b線端上高電壓觸發(fā)，指示外線端存在高壓，提醒維修人員注意。
上述各種電路可單一地或組合地應用于現(xiàn)有的防護保安單元上，增加功能和提高可靠性。由于熱敏元件的限流特性，電路中的熔絲只在高于工頻220V電壓入侵而前級過電壓防護電路中的半導體管對地短路時才起作用，一般不會熔斷，因此保安單元在極大多數(shù)情況下是能自復的。
本實用新型的光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，采用統(tǒng)一的“開路保護模式”，比現(xiàn)有的“短路”或“短路加開路保護模式”(需兩套控制電路和兩套動作機構)簡單、可靠、有效。
本實用新型由此實現(xiàn)了全電子化、無動作觸點和無驅動機構，特別是將光電控制技術應用于保安單元中，不論過流大小，統(tǒng)一取樣、統(tǒng)一控制，發(fā)出可靠的告警信號，大幅度提高了可靠程度。
本實用新型的光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，保持與現(xiàn)有配線架保安單元的外形尺寸不變，可方便的在現(xiàn)有的配線架上安裝。


圖1是本實用新型光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元采用分立元件時的原理性結構框圖；圖2是按圖1原理設計的光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元的第一實施例電路結構圖；圖3是按圖1原理設計的光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元的第二實施例電路結構圖；圖4是按本實用新型技術方案設計的開路保護模式集成電路保安單元的電原理圖；圖5是按本實用新型技術方案設計的大電流光控告警集成電路保安單元的電原理圖。
具體實施方式
參見圖1，光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，連接在電話電纜進線端a、b與電信交換設備電話進線端a’、b’及告警系統(tǒng)端子S、E(地端)間。主要包括防護電路和告警電路兩個部分。防護電路包括分別串接在a、a’及b、b’線中的aa’線、bb’線防護電路11、12；告警電路包括分別與aa’線、bb’線防護電路11、12并聯(lián)連接的aa’線、bb’線光取樣電路15、16，和與電信交換設備的告警系統(tǒng)端子S、E連接的光控告警電路17。分別與aa’線、bb’線防護電路11、12并聯(lián)連接的aa”線、bb’線高壓危險指示電路13、14，用作高壓危險指示。aa”線、bb’線取樣電路15、16中的發(fā)光元件均設置于光控告警電路17中的光接收元件側，用于實施光觸發(fā)告警。光控告警電路17受光取樣電路15、16中的光源激發(fā)而導通，告警燈亮并向S端輸出告警信號。
參見圖2，是根據(jù)圖1原理設計的光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元第一種實施電路結構。熔絲FU1串接正溫度系數(shù)(PTC)的熱敏電阻R5構成aa’線過電流防護電路，串接在a、a’間；熔絲FU2串接正溫度系數(shù)(PTC)的熱敏電阻R6構成bb’線過電流防護電路，串接在b、b’間。電阻R1串接發(fā)光元件(如氖燈)H1構成aa’線光取樣電路，并接在aa’線過電流防護電路上，電阻R2串接發(fā)光元件(如氖燈)H2構成bb’線光取樣電路，并接在bb’線過電流防護電路上。電阻R3串接發(fā)光元件(如氖燈)H3構成aa’線高壓危險指示電路，也并接在aa”線過電流防護電路上，電阻R4串接發(fā)光元件(如氖燈)H4構成bb’線高壓危險指示電路，也并接在bb’線過電流防護電路上，aa’線、bb’線高壓危險指示電路實施試電筆功能。光控告警電路是由電阻R8、光敏電阻R7、單向可控硅BG1、三極管BG2及發(fā)光二極管D5連接構成的可控硅光觸發(fā)電路。
半導體過電壓保護元件D1、D2、D3、D4在正常情況下呈千兆歐的高阻狀態(tài)，對電信傳輸不會產生實質性的介入衰耗，但當其被過壓擊穿時，在納秒級的時間內迅速變成低電阻，有強大的電流排放能力，因此當通信線遭雷擊或高電壓碰觸時，能保護交換設備。
由不動作電壓較高的D1、D2構成前級過電壓防護電路，分別連接在aa’線、bb’線過電流防護電路的FU1和FU2與熱敏電阻R5和R6的連接處，另一端接地，在常見的工頻220V碰觸時不起作用，但當更高的電壓入侵或雷擊時，則導通為低電阻，對交換設備起到保護作用。由不動作電壓較低的D3、D4構成后級過電壓防護電路，并接在aa’線、bb’線過電流防護電路的熱敏電阻另一端，利用D3、D4放電時的短路效應(殘壓5V左右)，為交換設備提供直接保護。
aa’線、bb’線防護電路的過電流防護功能在正常情況下主要由熱敏電阻R5、R6承擔，限制異常電流進入交換設備，熔絲FU1、FU2只在220V以上電力線碰觸而D1、D2被擊穿時熔斷，對交換設備進行開路保護。具有正溫度系數(shù)特性的熱敏電阻R5、R6，本身就是良好的開路保護元件，當入侵電流增大時，PTC阻值升高達到數(shù)十千歐甚至數(shù)百千歐，而D3、D4殘壓維持在5V左右，顯然交換設備已完全受到保護，達到了開路保護的效果。D1、D2的防雷擊泄流為PTC提供了分流通道。本開路保護模式的實施，不另增加任何動作機構，且能自復，還能可靠的發(fā)出告警信號。
aa’線、bb’線取樣電路當入侵電流達到一定數(shù)值時，發(fā)光元件(如氖燈)H1、H2導電發(fā)光，完成光源取樣。光敏電阻R7受到光照后阻值迅速降低，增大的電流流入基極使BG2飽和，同時觸發(fā)可控硅管BG1導通，發(fā)光二極管D5亮，發(fā)出告警指示，并通過S端輸出告警信號，使排、列等告警指示元件發(fā)出可視、可聽信號(S端經過限流電阻等連接交換設備的-48V電源)。圖中所示光控告警電路產生的告警信號是隨機的，有入侵電流時就有告警，入侵電流消失時，因R7阻值增大，BG2退出飽和，BG1截止，D5熄滅，告警即停止。
aa’線、bb’線高壓危險指示電路只要外線端a、b上存在220V高電壓，發(fā)光元件(如氖燈)H3、H4就會發(fā)光，提醒維修人員注意。高壓危險指示電路獨立于主告警電路的光取樣電路及光控告警電路之外，萬一主告警電路有故障，高壓指示也能發(fā)光，從而提供第二重告警保證，為維修人員在排除外線端的高電壓故障時，提供了一種簡單、明顯、有效的指示。
參見圖3，是根據(jù)圖1原理設計的光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元第二種實施電路結構。與圖2所示實施電路的不同之處是在光控告警電路部分增加了由電阻R9、電容C和穩(wěn)壓二極管D6組成的延遲告警電路，此外還去掉了BG2，將BG1的陽極和電阻R8一端直接接地(E端)，使保安單元具有延時及自鎖(記憶)功能。BG1一旦導通，無論入侵電流是否消失，其導通狀態(tài)即保持不變，D5一直發(fā)光，直到維修人員處理；穩(wěn)壓管D6經時延(R9、C)后才導通，可防止因雷擊、強電感應等產生瞬間過電壓造成的誤告警。
參見圖4，將本實用新型開路保護模式的電路設計應用于采用集成電路的防護保安單元，不論過電壓、過電流，也不管大電流還是小電流入侵，統(tǒng)一實現(xiàn)開路保護模式。
圖中右側虛線框41所示是CLP一類集成電路。左側虛線框42是新增的開路保護電路，包括由R3(R4)、H3(H4)串接構成的aa’線、bb’線高壓危險指示電路，由熔絲串接熱敏電阻PTCR構成的過電流保護電路，和由一端接地的D1(D2)構成的過壓保護電路。該應用電路可顯著提高對大電流防護的可靠性，可改變現(xiàn)有的“錫塊加彈簧”的機械式開路與告警，實現(xiàn)無動作觸點的開路保護模式。D1(D2)的不動作電壓大于工頻350V。
參見圖5，將本實用新型大電流光控告警的電路設計應用于現(xiàn)有的采用集成電路的防護保安單元中，從而形成大電流光控告警集成電路保安單元，以取代現(xiàn)有集成塊保安單元大電流失效保護的機械控制方式。圖中右側虛線框51所示是CLP一類集成電路。左側虛線框52是新增的大電流光控告警電路，包括由R1(R2)、H1(H2)串接構成的aa’線、bb’線光取樣電路，由R3(R4)、H3(H4)串接構成的aa’線、bb’線高壓危險指示電路，由熔絲構成的過電流保護電路，和由R7、R8、R9、BG1、D5、D6、C連接構成的光控告警電路。
本實用新型涉及的是光控告警全電子防護技術在保安單元上的應用，所采用的兩級過電壓防護、雙重過電流防護、雙重告警指示及開路保護模式，可部分或全部地應用于現(xiàn)有的各種保安單元中，增加保安單元的防護能力，提高動作可靠程度。
權利要求1.一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，連接在電話電纜進線與電信交換設備間，包括防護電路和告警電路，其特征在于所述的防護電路包括分別由熔絲串接熱敏元件構成的aa’線雙重過電流防護電路及bb’線雙重過電流防護電路，各串接在兩電話電纜進線與電信交換設備的兩電話進線間；所述的告警電路包括分別由限流電阻串接發(fā)光元件構成的aa’線光取樣電路及bb’線光取樣電路，和光控告警電路；aa’線、bb’線光取樣電路分別并接在所述aa’線、bb’線雙重過電流防護電路上，所述的發(fā)光元件設置在光控告警電路的光接收元件側。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，其特征在于所述的防護電路還包括有由前、后級半導體管構成的兩級過電壓防護電路，前、后級半導體管一端分別與所述的熱敏元件兩端連接，前、后級半導體管另一端接地，前級半導體管的不動作電壓高于后級半導體管。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，其特征在于所述的告警電路還包括分別由發(fā)光元件串接限流電阻構成的aa’線高壓危險指示電路和bb’線高壓危險指示電路；aa’線、bb’線高壓危險指示電路分別并接在所述的aa’線、bb’線雙重過電流防護電路上。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，其特征在于所述的防護電路還包括有由前、后級半導體管構成的兩級過電壓防護電路，前、后級半導體管一端分別與所述的熱敏元件兩端連接，前、后級半導體管另一端接地，前級半導體管的不動作電壓高于后級半導體管；所述的告警電路還包括分別由發(fā)光元件串接限流電阻構成的aa’線高壓危險指示電路和bb’線高壓危險指示電路；aa’線、bb’線高壓危險指示電路分別并接在所述的aa’線、bb’線雙重過電流防護電路上。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，其特征在于所述的光控告警電路是可控硅光觸發(fā)電路，所述的光接收器件連接在可控硅的控制極上。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，其特征在于所述的可控硅光觸發(fā)電路還包括有由電阻、電容、穩(wěn)壓二極管并聯(lián)連接構成的延時記憶電路，延時記憶電路并聯(lián)連接在所述可控硅的觸發(fā)控制極與陰極間。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，其特征在于所述的可控硅光觸發(fā)電路還包括有由發(fā)光二極管構成的告警指示電路，連接在可控硅光觸發(fā)電路的輸出端上。
8.一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，連接在電話電纜進線與電信交換設備間，包括防護電路、告警電路和CLP一類集成電路，其特征在于所述的防護電路包括分別由熔絲構成的aa’線過電流防護電路及bb’線過電流防護電路，各串接在兩電話電纜進線與CLP一類集成電路的兩進線端間；所述的告警電路包括分別由限流電阻串接發(fā)光元件構成的aa’線光取樣電路及bb’線光取樣電路，和光控告警電路；aa’線、bb’線光取樣電路分別并接在所述aa’線、bb’線過電流防護電路上，所述的發(fā)光元件設置在光控告警電路的光接收元件側。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，其特征在于還包括分別由發(fā)光元件串接限流電阻構成的aa’線高壓危險指示電路和bb’線高壓危險指示電路；aa’線、bb’線高壓危險指示電路分別并接在所述的aa’線、bb’線過電流防護電路上，所述的發(fā)光元件設置在光控告警電路的光接收元件側。
10.一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，連接在電話電纜進線與電信交換設備間，包括防護電路、告警電路和CLP一類集成電路，其特征在于所述的防護電路包括分別由熔絲串接熱敏元件構成的aa’線雙重過電流防護電路及bb’線雙重過電流防護電路，各串接在兩電話電纜進線與CLP一類集成電路的兩進線端間；所述的防護電路還包括由半導體管構成的過電壓防護電路，半導體管一端與所述熱敏元件與熔絲的連接點連接，半導體管另一端接地；所述的告警電路包括分別由發(fā)光元件串接限流電阻構成的aa’線高壓危險指示電路和bb’線高壓危險指示電路；aa’線、bb’線高壓危險指示電路分別并接在所述的aa’線、bb’線雙重過電流防護電路上。
專利摘要本實用新型涉及一種光控告警全電子過電壓、過電流防護保安單元，應用于通信部門的總配線架上，防護雷擊、強電感應、工頻電力線碰觸等對交換設備可能造成的危害，和對維修人員提供安全防護。包括防護電路和告警電路。防護電路包括由熔絲連接熱敏元件構成的aa’線、bb’線雙重過電流防護電路，和由分別在熱敏元件兩端對地連接半導體管構成的前、后級過電壓防護電路。告警電路包括由電阻連接發(fā)光元件構成的aa’線、bb’線高壓危險指示電路，分別并接在aa’線、bb’線過電流防護電路上，受高壓觸發(fā)；由發(fā)光元件連接限流電阻構成的aa’線、bb’線光取樣電路，分別并接在aa’線、bb’線過電流防護電路上；告警電路受aa’線、bb’線光取樣電路的光源觸發(fā)，發(fā)出告警信號。
文檔編號H02H3/08GK2612136SQ03244810
公開日2004年4月14日 申請日期2003年4月8日 優(yōu)先權日2003年4月8日
發(fā)明者郭世忠, 衛(wèi)其昌 申請人:郭世忠, 衛(wèi)其昌