(57)【要約】過電圧過渡電流から電子機器を保護することに加えて、過渡電流が接地不良に関連するインピーダンスのために生じたのかどうかを示す指示を提供することができる保護装置を提供する。一実施の形態では、保護装置は、入力端子と、出力端子と、破壊的過渡電圧に反応して、出力端子を絶縁するように配置された過渡電圧阻止ユニットを備えた接地基準端子とを備える。気体放電管が設けられ、破壊的過渡電圧に関連する過渡電流を接地基準接続点に伝える。ヒューズ又はブレーカ等の指示器が過渡電圧阻止ユニットと直列に配置され、過渡電流と接地インピーダンスとの相互作用から生じる電圧の存在を示す。
2005532022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの保護回路を備える保護装置であって、前記保護回路は入力接続点と、出力接続点と、入力点における破壊的過渡電圧から、出力点に接続可能な電子機器を保護するための接地基準接続点とを備え、前記回路は更に、
破壊的過渡電圧に反応して前記出力接続点を絶縁するように配置されるアイソレータと；
破壊的過渡電圧に関連する過渡電流を接地基準接続点に伝導するために配置されるサージ防止装置と；
接地インピーダンスと過渡電流との相互作用から生じる電圧の存在を示すために配置される指示器とを備えることを特徴とする保護装置。
【請求項２】
前記アイソレータは、入力接続点と出力接続点間に接続される直列保護デバイスを備えることを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
【請求項３】
前記サージ防止装置は、入力接続点と共通のノードと、直列保護デバイスの側部に接続されることを特徴とする請求項２に記載の保護装置。
【請求項４】
前記指示器はヒューズを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の保護装置。
【請求項５】
前記指示器は更に、前記直列保護デバイスに並列に配置された多数の直列接続された高電圧破壊装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の保護装置。
【請求項６】
前記高電圧破壊装置は金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）を備えることを特徴とする請求項５に記載の保護装置。
【請求項７】
前記ヒューズは、少なくとも１つの直列接続されたＭＯＶを横切って並列接続されることを特徴とする請求項６に記載の保護装置。
【請求項８】
前記サージ防止装置は気体放電管を備えることを特徴とする請求項３に記載の保護装置。
【請求項９】
多数の回線のために別個の保護を提供するように適合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの保護回路を備える保護装置であって、前記保護回路は入力接続点と、出力接続点と、入力点における破壊的過渡電圧から、出力点に接続可能な電子機器を保護するための接地基準接続点とを備え、前記回路は更に、
前記入力接続点において破壊的過渡電圧から出力端子を絶縁する絶縁手段と；
破壊的過渡電圧に関連する過渡電流を接地基準接続点に伝導する過渡電流伝導手段と；
接地インピーダンスと過渡電流との相互作用から生じる電圧の存在を示す指示器手段とを備えることを特徴とする保護装置。
【請求項１１】
前記絶縁手段は直列保護手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の保護装置。
【請求項１２】
前記過渡電流伝導手段は気体防止装置を備えることを特徴とする請求項１０に記載の保護装置。
【請求項１３】
前記指示器手段はヒューズを備えることを特徴とする請求項１０に記載の保護装置。
【請求項１４】
前記指示器手段はブレーカを備えることを特徴とする請求項１０に記載の保護装置。
【請求項１５】
破壊的過渡電圧から電気機器を保護する方法であって、前記方法は、
破壊的過渡電圧から機器を絶縁するステップと；
破壊的過渡電圧に関連する過渡電流を接地ネットワークに方向転換させるステップと；
接地ネットワークのインピーダンスと過渡電流との相互作用から生じる電圧の存在を示すステップとを備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は保護指示装置に関する。該装置は特定の故障状態が発生したことを示す、特に可視指示を提供する。
【背景技術】
【０００２】
落雷等によって引き起こされるような潜在的に有害な過渡電流から機器を保護するという状況において、本発明を例を挙げて説明する。落雷により生じる過渡電流からの保護についての説明は一例にすぎず、本発明の実施の形態を他の目的のためにも使用できることはもちろんである。
【０００３】
図１は回線２と４の過電圧過渡電流からの損傷を受けやすい電子機器６、例えば、電話のスイッチ又は無線送受信機を示している。機器６は、通常関連する接地インピーダンス８を有する接地ネットワークによって、地点１０において接地されている。インピーダンス８は典型的に誘導性であるが、本質的に抵抗性又は容量性であってもよい。
【０００４】
回線２と４と機器６との間に直列に挿入された保護モジュールによって、機器６を保護することが一般的に行われている。このようなモジュールは典型的に、回線と接地間の接続のために気体放電管（ＧＤＴ）や金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）等の高電圧破壊成分を含んでいる。落雷又は他の過渡電流が回線２や４に発生した場合、保護モジュールは過渡電流を接地へと分流させ、それによって機器を保護する。しかしこのような先行技術のモジュールには問題があり、この問題について、図２に示すような典型的な先行技術保護モジュール２４を例に挙げて説明する。
【０００５】
図２において、保護モジュール２４は第１と第２の入力端子１２と１４、及び図３に示すように、回線２と４と機器６との間で直列にモジュールを接続するために、第１と第２の出力端子２６と２８とを備える。１本だけの回線又は２本以上の回線を保護するために構成された保護モジュールも利用可能である。内部的に、保護モジュール２４は、第１の入力端子１２と第１の出力端子２６の間に接続される第１の制限抵抗器１８を備える。第１の出力端子２６と保護接地基準端子２２との間にＭＯＶ３０が接続される。同様に、保護モジュール２４は、第２の入力端子１４と第２の出力端子２８の間に接続される第２の制限抵抗器２０を備える。第２の出力端子２８と保護接地基準端子２２との間に第２のＭＯＶ３２が接続される。最後に、気体放電管（ＧＤＴ）１６の形態の気体防止装置が、第１と第２の入力端子１２と１４から接地基準端子２２へと接続される。
【０００６】
図３は使用中の保護モジュール２４を示し、抵抗とキャパシタンスとインダクタンスとの組み合わせであってよい接地インピーダンスの或るレベルを示す結線部によって、保護モジュール２４と機器６とが等電位接地３７と境を接している。説明目的のために、接地インピーダンスをインダクタ３６と３４によって表している。前述したように、保護モジュール２４と機器６とがシステムの対地電位と適切に又は正しく境を接していない場合、接地インピーダンス３６と３４とが実質的なものであってよい。
【０００７】
等電位接地３７は、インダクタ３８によって表されるインピーダンスを示す接地導体によって、真の又は本当の接地４０に接続される。
接地用結線部が良好であり、インピーダンス３６が無視できるほど僅かなレベルである場合、また回線２及び／又は４に発生する過渡電流がある場合、ＧＤＴ１６とＭＯＶ３０と３２は機器６に対する保護手段を提供する。しかしながら、接地結線部が良好でない場合、あるいはこれらの結線部を提供するために使用されるケーブルが比較的長い場合、インピーダンス３６はかなりのレベルになりがちである。この場合、もし回線２と４に過渡過電圧が発生した場合、保護モジュール２４はそれに反応して、ＭＯＶ３０・３２とＧＤＴ１６を介して関連する電流を接地へと分流させるであろう。しかしながら、接地インピーダンス３６に向けて電流を分流し始めると、端子２２における保護接地基準電圧が上昇するであろう。モジュール２４によって提供されるような従来の保護システムでは、保護接地基準電圧の上昇は、端子２６・２８を通して不可避的に終端装置６に反映される。従って、過渡電流が機器６を通って流れ、損傷の原因となるかもしれない。
【０００８】
図２に示した先行技術の回路では、内部分流器成分と、ＭＯＶ３０・３２と、ＧＤＴ１６とが操作し始める時点は、端子２２における保護接地基準電圧に対する回線２・４の電圧に依存する。上述した原因を含む何らかの理由で保護接地基準電圧が上昇した場合、その上昇は終端装置６に反映されるであろう。つまり、回線２・４の過渡電流が機器６に損傷を与えた場合、機器が適切に保護されていなかったということに気づかされることになる。機器を保護できなかったのは、接地不良によるのか、モジュール２４内の分流器成分が不適当であったことによるのか、あるいは機器６に直接サージ又は過渡電流が印加され、保護モジュール２４を迂回したことによるのかを知る方法はない。
【０００９】
以上のことから、図２のモジュールによって代表されるタイプの先行技術の保護装置には問題があることが解るであろう。すなわち、図２のタイプの保護モジュールは、保護接地基準電圧が上昇した場合、適切な保護を提供することができない。更に、このような上昇が発生し、過渡電流が終端装置に損傷を与えた場合、損傷の原因を突き止めるために、かなりの調査努力を必要とするという点に問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
１つ又は複数の上述の問題を重点的に取り上げる保護装置を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、少なくとも１つの保護回路を備える保護装置が提供され、保護回路は入力接続点と、出力接続点と、入力点における破壊的過渡電圧から、出力点に接続可能な電子機器を保護するための接地基準接続点とを備える。該回路は更に、
破壊的過渡電圧に反応して前記出力接続点を絶縁するように配置されるアイソレータと；
破壊的過渡電圧に関連する過渡電流を接地基準接続点に伝導するために配置されるサージ防止装置と；
接地インピーダンスと過渡電流との相互作用から生じる電圧の存在を示すために配置される指示器とを備える。
【００１２】
アイソレータは、入力接続点と出力接続点間に接続される直列保護デバイスを備えることが好ましい。
【００１３】
直列保護デバイスは、過渡電流阻止ユニット（ＴＢＵ）を備えていてもよい。
【００１４】
好適な実施の形態では、サージ防止装置は入力接続点と共通のノードと、直列保護デバイスの側部に接続される。
【００１５】
指示器はヒューズ又はブレーカを備える。
【００１６】
指示器は、直列保護デバイスに並列に配置された多数の直列接続された高電圧破壊装置を備えることが好ましい。
【００１７】
高電圧破壊装置は金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）を備えることができる。
【００１８】
好適な実施の形態では、ヒューズは、少なくとも１つの直列接続されたＭＯＶを横切って並列接続される。
【００１９】
サージ防止装置は気体放電管を備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の別の態様によれば、少なくとも１つの保護回路を備える保護装置であって、前記保護回路は入力接続点と、出力接続点と、入力点における破壊的過渡電圧から、出力点に接続可能な電子機器を保護するための接地基準接続点とを備え、前記回路は更に、
入力接続点において破壊的過渡電圧から出力接続点を絶縁する絶縁手段と；
破壊的過渡電圧に関連する過渡電流を接地基準接続点に伝導する過渡電流伝導手段と；
接地インピーダンスと過渡電流との相互作用から生じる電圧の存在を示す指示器手段とを備える。
【００２１】
絶縁手段は、過渡電流阻止ユニット（ＴＢＵ）等の直列保護手段を備えていてもよい。
【００２２】
好適な実施の形態では、過渡電流伝導手段は、気体放電管（ＧＤＴ）等の気体防止装置を備える。
【００２３】
指示器手段はヒューズ又はブレーカを備える。
【００２４】
本発明の最後の態様によれば、破壊的過渡電圧から電気機器を保護する方法が提供され、前記方法は、
破壊的過渡電圧から機器を絶縁するステップと；
破壊的過渡電圧に関連する過渡電流を接地ネットワークに方向転換させるステップと；
接地ネットワークのインピーダンスと過渡電流との相互作用から生じる電圧の存在を示すステップとを備える。
【００２５】
更に、本発明の様々な態様の好適な特徴は、多数の図に関連して為される好適な実施の形態の説明から自明となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図４は、本発明の好適な一実施の形態による保護装置４８の回路図である。モジュール４８は、１本の回線を保護するように構成されているが、後述するように、１本以上の回線を保護するために保護指示モジュールを提供するように本発明を適合させることは簡単なことである。モジュール４８は、過渡電流阻止ユニット（ＴＢＵ）５０である直列保護装置の形態で、１つの絶縁手段を含む。ＴＢＵ５０は、端子４２の形態の入力接続点と、端子６０の形態の出力接続点との間に接続される。
【００２７】
ＴＢＵは、それを通過する電流が一旦或る所定のトリガーレベルに到達すると、回路を開くように構成された装置である。ＴＢＵを横切る電圧が上昇を続ける場合、最終的には破壊電圧に達し、その時点でＴＢＵが再び伝導を始める。適当なＴＢＵは、オーストラリアのブリスベン（101 Hyde Rd, Yeronga,
Brisbane, QLD 4104, Australia）にあるフルテックプロプリエタリー  リミテッド社（Fultec Pty Ltd）から購入できる。適当なＴＢＵを実装する回路は、米国特許第５，７４２，４６３号明細書と、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ０３／００１７５に記載されており、いずれも本発明者によるものである。米国特許第５，７４２，４６３号とＰＣＴ／ＡＵ０３／００１７５の説明を、相互参照として茲に取り込むものとする。
【００２８】
ＴＢＵ５０と並列接続されるのは、２つの直列接続されるＭＯＶ５２と５６を含む指示器回路である。ＭＯＶ５２は、ＴＢＵ５０のかなりの破壊電圧（又は最大阻止電圧）で操作し始めるように選択される。現在説明している実施の形態では、ＭＯＶ５２は、ＴＢＵ５０の破壊電圧の９４％で操作し始めるように選択される。対照的に、ＭＯＶ５６は、ＴＢＵ５０のごくわずかな破壊電圧で操作し始めるように選択される。ＭＯＶの操作点は、使用に際して、指示器のヒューズが切れる前後で、ＴＢＵと並列したＭＯＶのバイパス効果がごくわずかしか変化しないように選択されることが好ましい。
【００２９】
現在説明している実施の形態では、ＭＯＶ５６は、ＴＢＵ５０の破壊電圧の約５％で操作し始めるように選択される。ＭＯＶ５２とＭＯＶ５６の破壊電圧の合計が、ＴＢＵ５０の破壊電圧より低くなるように選択される。ヒューズ５８の形態の指示器は、ＭＯＶ５６に並列接続される。ＧＤＴ４６の形態のサージ保護装置は、端子４２からの過電圧過渡電流を、端子６２の形態の接地基準接続点に伝導するように配置される。
【００３０】
ＴＢＵ５０は、保護モジュール４８を横切る過電圧によって直接過電流が発生されるか、あるいは不良な接地状態又は他の原因によってそれに続いて発生されるかに関わりなく、端子４２の過電圧に関連する過電流を阻止するように操作する。
【００３１】
次に図５において、保護モジュールと機器５とが無視できるほどわずかな接地インピーダンスで十分に接地されている場合に、保護モジュール４８が機器５を保護するために接続されている様子が示されている。回線３、また従って端子４２に過渡過電圧が発生した場合、ＴＢＵ５０を通る電流がＴＢＵのトリガ値に達し、それによってＴＢＵが傾いて回路を開く。開回路ＴＢＵ５０は、過渡電流が更に終端装置５へと流れるのを防止し、入力端子４２における電圧が上昇を速め、ＧＤＴ４６を発火させる。ＧＤＴ４６が発火すると同時に、ＴＢＵ５０は端子６２を介して回線３を接地に短絡させ、それによって過渡電流を安全に接地へと方向転換させ、機器６を保護する。一旦過渡電流がＧＤＴ４６を通過すると、ＴＢＵ５０は通常の状態に戻る。
【００３２】
図５と対照的に、図６は、インダクタンス３４・３６・３８で表される無視できないレベルの接地インピーダンスがある場合に、機器６を保護するために接続される保護モジュール４８を示している。図５の場合と同様に、端子４２に過渡過電圧が発生した場合、ＴＢＵ５０を通る電流がＴＢＵのトリガ値に達し、それによってＴＢＵが傾いて回路を開く。開回路ＴＢＵ５０は、過渡電流が更に終端装置５へと流れるのを防止するので、端子６０における電圧が事実上ゼロに低下する。ＴＢＵの回路を開くことで、入力端子４２における電圧が上昇を速め、ＧＤＴ４６を発火させる。しかしながら、ＧＤＴ４６が発火すると、過渡電流が接地へと下がり始め、接地インピーダンスが降下した過渡電流と相互作用して、端子６２において、またＴＢＵ５０の入力端子側において電圧を発生させる。接地インピーダンスが大きいと、この電圧はＴＢＵの破壊電圧に近づき得る。一旦これが発生すると、ＴＢＵを横切るＭＯＶ装置が伝導を始め、出力端子６０を通る電流の一部を再び終端装置６へと送り始める。十分な電流が流れてヒューズ５８が切れるまで、初めに９４％のＭＯＶ５２が電気を伝える。一旦ヒューズが切れると、５％のＭＯＶ５６が伝導性になる。接地不良によるＭＯＶを通る電流のバイパスが、切れた指示器ヒューズ５８によって永久的に記録される。続いて終端装置に損傷が生じたか否かに関わらず、システム管理者はヒューズ５８の状態によって、機器６を保護できなかったのは、保護アース接地不良のためであると診断することができる。
【００３３】
使用中の保護モジュールの上述の説明から、保護モジュールの操作は以下の一連のステップを含む方法を繰り返すことが解る。すなわち、まず始めに、ＴＢＵ５０によって入力端子４２における破壊的過渡電圧から機器６を絶縁する。次に、ＴＢＵ５０の回路を開くことで、破壊的過渡電圧に関連する過渡電流が、関連するインピーダンス３６・３８を有する接地ネットワークへと方向転換されるのを促進する。
【００３４】
最後に、ヒューズ５８が切れることによって、接地不良による関連するインピーダンスと過渡電流との相互作用から生じた実質的な電圧の存在が示される
【００３５】
保護モジュール４８の操作に対する制限的な要素は、保護アースインダクタンスが非常に大きくて、保護アース基準が特に高いレベルにまで上昇する場合、不良設備に発生した電圧をＴＢＵ５０が阻止できないことであることに気づくであろう。
【００３６】
しかしながら、上述したように、ＴＢＵ阻止電圧をほぼ超えた状況では、ＭＯＶがトリガする。ＭＯＶのトリガは、過度の電圧が終端装置に印加されるのを許し、損傷が発生するかもしれない。しかし、ＴＢＵ／ＭＯＶの組み合わせが、保護アースにより発生される電圧の大きさをほぼＴＢＵ５０の阻止容量分だけ縮小させることに気づくべきである。これは、このような事象を防止又は軽減するために何もしない図１〜３に示した先行技術の保護に優る明らかな利点を提供する。
【００３７】
図４・５・６に関連して説明した本発明の好適な実施の形態では、これらの図に示した保護指示装置は、ＧＤＴ４６と、ＴＢＵ５０と、ＭＯＶ５２・５６と、ヒューズ５８より成る単一の保護回路を含む。明らかに、この保護指示装置は、付加的な保護回路を追加することによって、１つ以上の回線を保護するように簡単に適合できる。例えば、図７は本発明の更なる実施の形態による保護指示モジュール６６を示しており、それは２つの保護回路６８と７０によって一対の回線を保護するように特に設計されている。成分の総計を最小にするために、図８は図７のモジュールの一種の変形を示しており、この場合、図７に示した一対の２端子ＧＤＴの代わりに、両方の回線に対してサージ阻止を提供するために３端子ＧＤＴ７２が使用される。
【００３８】
本発明を好適な実施の形態によって説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に制限されない。当業者にとって自明であるような同等の方法や、構造・配置・工程・ステップ・他の修正も以下の請求の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、電気過渡電流からの保護を必要とする電気機器の概略図である。
【図２】図２は、電気機器を保護するための、先行技術の保護モジュールの回路図である。
【図３】図３は、使用中の図２に示した先行技術の保護モジュールの概略図である。
【図４】図４は、本発明の好適な一実施の形態による保護指示モジュールの概略図である。
【図５】図５は、良好な接地が提供される状況で使用される、図４の保護指示モジュールの概略図である。
【図６】図６は、良好な接地が提供されない状況で使用される、図４の保護指示モジュールの概略図である。
【図７】図７は、本発明の別の実施の形態による保護指示モジュールの概略図である。
【図８】図８は、図７の保護指示モジュールの一種の変形を示す図である。
【図１】
2005532022.tif 000003
【図２】
2005532022.tif 000004
【図３】
2005532022.tif 000005
【図４】
2005532022.tif 000006
【図５】
2005532022.tif 000007
【図６】
2005532022.tif 000008
【図７】
2005532022.tif 000009
【図８】
2005532022.tif 000010
【国際調査報告】
2005532022.tif 000011
2005532022.tif 000012
2005532022.tif 000013