專利名稱：住宅保護(hù)服務(wù)中心的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)是1997年6月3日提交的08/868,351申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于保護(hù)交流電力線、電話線和同軸傳輸線的設(shè)備，更具體地說，涉及可為采用一共用接地件的多種線路提供保護(hù)的設(shè)備。
2.相關(guān)技術(shù)的討論如今，由于從某人家里進(jìn)行電信辦公和電子商務(wù)已變得越來越平常，所以很多家庭都采用了敏感的電子設(shè)備。除了具有昂貴視/聽設(shè)備的家庭娛樂中心之外，很多家庭現(xiàn)在都擁有了個(gè)人計(jì)算機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、電話應(yīng)答系統(tǒng)和家庭安全系統(tǒng)。這些敏感的電子設(shè)備通過電話線(語音線路和高速數(shù)據(jù)線路)、同軸傳輸線(有線電視和衛(wèi)星圓盤天線)和交流電力線等連接于外界。
已經(jīng)有了家用電纜接線標(biāo)準(zhǔn)，如EIA/TIA 570標(biāo)準(zhǔn)和用戶電子總線(CEBus)。這些標(biāo)準(zhǔn)涉及第3類和第5類的無屏蔽雙絞線電纜和同軸電纜。這些標(biāo)準(zhǔn)在“工作現(xiàn)場(chǎng)布線’96版(Cabling The Workplace’96)”一書第769頁一第800頁上有所描述。
各大公司最近已經(jīng)開始提供符合CEBus標(biāo)準(zhǔn)的完全的家用接線系統(tǒng)。其中一個(gè)例子是，由Lucent Technologies提供的HomeStar接線系統(tǒng)。按照LucentTechnologies的文獻(xiàn)，HomeStar系統(tǒng)“結(jié)合了很大范圍的通信和家庭自動(dòng)化技術(shù)—從人機(jī)對(duì)話的家庭娛樂和個(gè)人通信一直到安全和環(huán)境管理系統(tǒng)?！比欢?，HomeStar系統(tǒng)沒有為在該系統(tǒng)中采用的各種電線(RG6同軸電纜，第3類和第5類的無屏蔽雙絞線電纜)提供過電壓保護(hù)。
閃電是住宅線路的過電壓狀況的一個(gè)主要來源。過電壓狀況主要由直接的雷擊造成，或者可以由附近的雷擊而在交流傳輸電線內(nèi)感應(yīng)生成。據(jù)估計(jì)，在美國(guó)，每年有超過9千萬次的雷擊。當(dāng)然，只有很小一部分會(huì)擊中建筑物，但每年仍有數(shù)以千計(jì)的家庭和企業(yè)由于雷擊而遭受損害或破壞。在1990年，據(jù)稱住宅雷擊的損失超過1億美元。這個(gè)數(shù)字會(huì)隨著家庭購買更高級(jí)的電子設(shè)備而增加。
過電壓狀況還可以由于電力線交叉而產(chǎn)生，例如因車輛撞上一電線桿(utility pole)而造成。瞬變電壓(電壓峰值)是在電力公司使電容器組切換成在線或離線以修正功率因數(shù)時(shí)產(chǎn)生的。瞬變電壓也可以在例如電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)載切換時(shí)在家庭住宅內(nèi)產(chǎn)生。瞬變電壓還可以由于非電感負(fù)載的切換而產(chǎn)生，并且可以在家庭線路中感應(yīng)生成。
對(duì)電話線的主要過電壓保護(hù)是由安裝在家庭住宅外側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口裝置內(nèi)的電涌放電器來提供的。請(qǐng)參見1990年12月19日授予Collins等人的美國(guó)專利4,979,209的圖3中的裝置73。這些過電壓保護(hù)裝置的接地工作是通過將接地線在安裝時(shí)引入罩殼內(nèi)并在端子71A處附連于接地母線71而實(shí)現(xiàn)的。
攜帶有線電視信號(hào)的同軸傳輸電線也可以通過安裝在家庭住宅外的網(wǎng)絡(luò)接口裝置來引入一家庭住宅。請(qǐng)參見1995年2月28日授予Schneider等人的美國(guó)專利3,394,466。如該專利的圖1所示，同軸電纜是這樣接地的，即，將一接地條228從模塊220連接至接地母線71，該接地母線連接于接地線。請(qǐng)參見第4欄，第50-54行。用于保護(hù)同軸傳輸線免遭過電壓狀況的同軸電涌放電器也是已知的。請(qǐng)參見在1986年10月7日授予Guichard的美國(guó)專利4,616,155和在1996年10月15日授予Chaudhry的美國(guó)專利5,566,056。
很多家庭主人試圖借助插接式電涌抑制器來保護(hù)他們昂貴的電子設(shè)備。雖然這些設(shè)備可以對(duì)家庭住宅內(nèi)產(chǎn)生的低能量的瞬變提供某些保護(hù)，但它們不能保護(hù)設(shè)備免遭由雷擊引起的較大幅度的脈沖。另外，插接式的電涌抑制器通常遠(yuǎn)離供電線引入建筑物處的接地線。電涌抑制器實(shí)際上只是和與其連接的接地件起一樣的作用。1984年3月20日授予Cawley的美國(guó)專利4,438,477中示出了一種能保護(hù)交流電力線和電話線的插接式電涌抑制器。
發(fā)明概要本發(fā)明提供了一種綜合的住宅保護(hù)服務(wù)中心，它能為交流電力線提供過電壓保護(hù)，能為電話語音線路提供過電壓和過電流的保護(hù)，能為高速數(shù)據(jù)線提供過電壓和過電流的保護(hù)，并且能為同軸傳輸線提供過電壓保護(hù)。還可以包括一交流電度表的這種住宅保護(hù)中心將所有保護(hù)裝置連接于一共用接地件。結(jié)果是，可以獲得一個(gè)其保護(hù)裝置使用起來更有效、并且所有保護(hù)裝置都連接于一共用接地件的保護(hù)系統(tǒng)。結(jié)合該住宅保護(hù)服務(wù)中心，還可以利用插接式的過電壓保護(hù)裝置。
我們?cè)谡f明書后面的權(quán)利要求書中更特別指出了本發(fā)明要求保護(hù)的內(nèi)容。通過以下結(jié)合附圖所作的說明，可以更清楚地了解本發(fā)明，包括其操作方法以及各種優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)識(shí)相同的構(gòu)件。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一個(gè)外裝式住宅保護(hù)服務(wù)中心的平面圖，其中檢修蓋處于閉合位置；圖2是圖1所示住宅服務(wù)保護(hù)中心的平面圖，其中檢修蓋已被去除；圖3是圖1之住宅服務(wù)保護(hù)中心的第一接地配置的示意框圖；圖4是圖1之住宅服務(wù)保護(hù)中心的第二接地配置的示意框圖；圖5是圖1之住宅服務(wù)保護(hù)中心的第三接地配置的示意框圖；圖6是用于本發(fā)明的一個(gè)同軸電涌放電器的剖視圖；圖7是用于本發(fā)明的一個(gè)用戶橋接模塊的可切換電插座的示意圖；圖8是用于圖7所示可切換電插座的一組電觸片的立體圖；圖9是與圖8所示的那組電觸片立體圖，但是這些電觸片處于其測(cè)試位置；圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的一個(gè)內(nèi)裝式住宅服務(wù)保護(hù)中心的立體圖；圖11是圖10所示住宅服務(wù)保護(hù)中心的示意框圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的一個(gè)內(nèi)裝式住宅服務(wù)保護(hù)中心的立體圖；圖13是圖12所示住宅服務(wù)保護(hù)中心的示意框圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的一個(gè)內(nèi)裝式住宅服務(wù)保護(hù)中心的立體圖；圖15是圖14所示住宅服務(wù)保護(hù)中心的示意框圖；圖16A是用于本發(fā)明的一個(gè)高速數(shù)據(jù)線的過電壓/過電流保護(hù)電路的示意圖；圖16B是用于本發(fā)明的另一個(gè)高速數(shù)據(jù)線的過電壓/過電流保護(hù)電路的示意圖；圖17A是用于本發(fā)明的一個(gè)電話語音線的過電壓/過電流保護(hù)電路的示意圖；圖17B是用于本發(fā)明的另一個(gè)電話語音線的過電壓/過電流保護(hù)電路的示意圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的一個(gè)外裝式住宅保護(hù)服務(wù)中心的立體圖，其中檢修蓋處于閉合位置；圖19是圖18所示住宅服務(wù)保護(hù)中心的立體圖，其中檢修蓋已被去除，而且網(wǎng)絡(luò)接口裝置上的蓋子處于閉合位置；圖20是圖18所示住宅服務(wù)保護(hù)中心的立體圖，其中檢修蓋已被去除，而且網(wǎng)絡(luò)接口裝置上的蓋子處于開啟位置；圖21是用于圖2、10、12和18的所示住宅服務(wù)保護(hù)中心的交流電力線的過電壓保護(hù)器之示意圖。
對(duì)較佳實(shí)施例的描述圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)外裝式住宅服務(wù)保護(hù)中心。它包括一具有一交流電度表12的罩殼10。該罩殼具有一客戶檢修蓋18、一公用事業(yè)公司的檢修蓋14和一由用戶和公司共享的蓋子16。
圖2示出了圖1所示的住宅服務(wù)保護(hù)中心，其中公用事業(yè)公司和客戶檢修蓋被去除。罩殼10可接納一包含交流電力線20a和20b以及連接于交流電度表底盤22的輸入側(cè)的中性線20c。還有一個(gè)可作為共用接地件的接地導(dǎo)體32連接于交流電度表底盤22。中性線20c和20f連接于接地導(dǎo)體32。在安裝時(shí)，把一接地線30引入罩殼，并通過一合適的電連接件40將其連接于接地導(dǎo)體32。電線20d和20e將交流電度表底盤22的輸出側(cè)連接于客戶ON/OF開關(guān)50的輸入側(cè)，開關(guān)50可允許客戶切斷對(duì)住宅的電力供應(yīng)。開關(guān)50的輸出側(cè)通過一斷路器面板或保險(xiǎn)絲盒而連接于客戶電力分配網(wǎng)絡(luò)。
罩殼10還可以包含一用于保護(hù)交流電力線免遭過電壓狀況的交流過電壓保護(hù)器48。過電壓保護(hù)器48通過一接地導(dǎo)體34連接于電度表12的住宅側(cè)以及接地導(dǎo)體32。交流過電壓保護(hù)器48可以例如是由N.Y.Copiague的TII工業(yè)股份有限公司制造的EMC 240A型或EMC 240B型的電涌抑制器。交流過電壓保護(hù)器48可以包含發(fā)光二極管指示器48a、48b，它們可以在對(duì)各交流電線保護(hù)失效時(shí)發(fā)出指示信號(hào)。
除了交流電力線之外，罩殼10還可以接納包含能攜帶語音和/或數(shù)據(jù)信號(hào)的電話公司(“telco”)線的電纜24。該電話公司線連接于可保護(hù)電話公司線的過電壓保護(hù)裝置42(它還可以提供過電流保護(hù))。合適的過電壓保護(hù)裝置可以是由N.Y.，Copiague的TII工業(yè)股份有限公司制造的MSP 350型的裝置。合適的過電壓和過電流保護(hù)裝置可以是由N.Y.，Copiague的TII工業(yè)股份有限公司制造的356 M3型的裝置。電話公司線還連接于客戶橋接模塊44，該模塊將電話公司線和客戶線相互連接。客戶橋接模塊44最好包括一個(gè)RJ-11型插座60，如下文詳細(xì)描述的那樣，該插座可以在電話公司線和客戶線之間提供一分隔點(diǎn)。該過電壓保護(hù)裝置42連接于一接地導(dǎo)體36，該導(dǎo)體連接于共用接地導(dǎo)體32。
罩殼10還可接納一同軸傳輸線26，該傳輸線可攜帶來自有線電視公司或衛(wèi)星圓盤天線的視頻信號(hào)。同軸傳輸線連接于一同軸連接器52，該連接器最好包括一同軸電涌放電器，例如由N.Y.，Copiague的TII工業(yè)股份有限公司制造的E210型放電器。該同軸電涌放電器將在下文中詳細(xì)描述。同軸連接器安裝在一個(gè)接地導(dǎo)體38上，該導(dǎo)體可以采取如圖2所示的接地板形式。同軸接地導(dǎo)體38在點(diǎn)40處連接于接地導(dǎo)體32，接地導(dǎo)體32在點(diǎn)40處連接于接地線30。在接地導(dǎo)體38上還安裝了一個(gè)同軸分路器54，它將輸入的同軸傳輸線分成四股輸出的同軸傳輸線。同軸分路器54可以包括一放大器，以便補(bǔ)償由于信號(hào)分路而造成的信號(hào)衰減和/或與輸入和輸出的同軸傳輸線的阻抗相匹配。
圖3至圖5示出了可用于本發(fā)明之住宅保護(hù)服務(wù)中心的各種接地配置。由于圖3至圖5的重點(diǎn)在于接地，所以罩殼10內(nèi)的各種構(gòu)件在圖3至圖5中用實(shí)線或虛線表示。其中，交流電度表底盤22、交流電涌抑制器48和同軸接地導(dǎo)體38用實(shí)線表示，而電話線電涌放電器42和同軸連接器52用虛線表示。
在圖3中，接地導(dǎo)體32是主接地母線，它連接在交流電度表底盤22和接地線30之間。接地導(dǎo)體34連接在接地母線32和交流電涌抑制器之間，接地導(dǎo)體36連接在接地導(dǎo)體32和電話線電涌放電器42之間，而顯示為一跨接線的接地導(dǎo)體56則將同軸接地板38連接于接地線30與接地母線32的連接點(diǎn)40。于是，同軸接地板直接連接于接地線，不是通過用于接地電話線電涌放電器42的接地導(dǎo)體36連接于接地線。
在圖4中，接地導(dǎo)體32是主接地母線，它連接在交流電度表底盤22和接地線30之間。接地導(dǎo)體34連接在接地母線32和交流電涌抑制器48之間，而接地導(dǎo)體36連接在接地母線32與電話線電涌放電器42和同軸接地板38之間。在圖4中，同軸接地板通過和用于接地電話線電涌放電器42相同的接地母線36連接于接地線。
在圖5中，接地導(dǎo)體32是主接地母線，它連接在交流電度表底盤22與接地線30之間。接地導(dǎo)體34連接在接地母線32和交流電涌抑制器48之間，接地導(dǎo)體36連接在接地母線32和電話線電涌放電器42之間，而同軸接地板38連接在接地線30與接地母線32的接點(diǎn)40和接地母線32與交流電度表底盤22的接點(diǎn)之間。在圖5和圖3中，同軸接地板38都不是通過用于將電話線電涌放電器42接地的接地母線36來接地的。只有在圖4的接地配置中，同軸接地板38是借助接地母線36接地的。
圖6是1996年10月15日授予Chauhry的美國(guó)專利5,566,056的圖14的復(fù)制品。圖6示出了一個(gè)可用于圖2之同軸電纜連接器52的同軸電涌放電器。如美國(guó)專利5,566,056的第6欄，第54行至第7欄，第51行所述，導(dǎo)電殼體202的內(nèi)表面的一部分和中心導(dǎo)體216的外表面的一部分可例如借助螺紋或其它形式的鋸齒紋來加以粗糙化，以便集中電場(chǎng)并提高氣體放電管作業(yè)的可靠性。此外，由于具有傳統(tǒng)的氣體放電管，最好在表面214和216上涂覆有低逸出功的材料，以便降低擊穿電壓，并加強(qiáng)氣體放電管的著火性能。氣體放電發(fā)生在表面214和216之間的區(qū)域“G”。區(qū)域“G”是可激活氣體放電的區(qū)域。
還是如圖6所示，導(dǎo)電殼體202的內(nèi)表面與中心導(dǎo)體206的外表面之間的距離沿著中心導(dǎo)體的長(zhǎng)度方向變化。換言之，殼體202的內(nèi)直徑D與中心導(dǎo)體206的外直徑d的比值是沿著中心導(dǎo)體的長(zhǎng)度方向變化的。沿著中心導(dǎo)體206的長(zhǎng)度方向的直徑比D/d可以是2或3或更大。直徑比D/d的變化可以用來調(diào)節(jié)氣體放電管的阻抗，并且可以使該氣體放電管所在的電涌放電器的阻抗匹配于和電涌放電器相連的同軸傳輸線的阻抗。
同軸傳輸線的阻抗與(D/K)/d的對(duì)數(shù)成正比，這里的“D”是外導(dǎo)體的內(nèi)直徑，“d”是內(nèi)導(dǎo)體的外直徑，“K”是內(nèi)、外導(dǎo)體之間的介質(zhì)的介電常數(shù)。在如圖6所示的氣體放電管的情況下，介質(zhì)是介電常數(shù)大約為1的惰性氣體。因此，氣體放電管的阻抗在兩絕緣端之間隨比值D/d的對(duì)數(shù)而變化。兩絕緣端204最好是陶瓷的，陶瓷的介電常數(shù)是大約8。通過使比值D/d沿中心導(dǎo)體206的長(zhǎng)度變化，就可以補(bǔ)償尤其是因絕緣端204的介電常數(shù)而產(chǎn)生的阻抗變化。氣體放電管200的用于阻抗匹配的那個(gè)部分用字母“I”表示，以便與活性放電區(qū)域“G”相區(qū)別。請(qǐng)參見美國(guó)專利5,566,056的圖14。
除了調(diào)節(jié)氣體放電管內(nèi)的直徑比D/d之外，還可以調(diào)節(jié)活性氣體放電區(qū)域“G”的長(zhǎng)度相對(duì)于阻抗匹配區(qū)域“I”的長(zhǎng)度，以使氣體放電管的阻抗匹配于同軸傳輸線的阻抗。因此，對(duì)一個(gè)50歐姆的同軸傳輸線而言，區(qū)域“G”相對(duì)于區(qū)域“I”的比值可以是1∶1，對(duì)一個(gè)75歐姆的同軸傳輸線而言，區(qū)域“G”相對(duì)于區(qū)域“I”的比值可以是1至2的范圍。
圖7示出了一個(gè)由插頭激活的可切換RJ-11型插座，它可以用于圖2所示的客戶橋接模塊44。在正常操作時(shí)(在可切換插座內(nèi)沒有插頭)，電話公司線62a、62b連接于客戶線64a、64b。當(dāng)把一插頭插入插座時(shí)，電話公司線與客戶線脫開連接，它們連接于電線66a、66b，隨后再連接至測(cè)試用電話機(jī)70。這種布置可以在電話公司線和客戶線之間提供一分隔點(diǎn)。
圖8和圖9是1996年9月3日授予Meyerhoefer等人的美國(guó)專利5,553,136的圖17和18的復(fù)制品。如圖8和9所示，由插頭激活的可切換插座60具有一用于連接客戶線的客戶觸片78、一用于連接電話公司線的電話公司觸片80和一用于連接插頭的測(cè)試觸片82。測(cè)試觸片82不處在客戶觸片78和電話公司觸片80所在的平面內(nèi)。應(yīng)注意的是，客戶觸片78和電話公司觸片80是用比測(cè)試觸片82更重的材料(因而具有較大的電流攜帶能力)制成的。這樣就能加強(qiáng)可切換插座作為電話公司線和客戶線的連接機(jī)構(gòu)的可靠性。
圖8和圖9還示出了客戶觸片、電話公司觸片和測(cè)試觸片的相互作用情況。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員應(yīng)該理解，雖然圖8和9只示出了一組客戶、電話公司和測(cè)試觸片，但可切換插座60實(shí)際上具有兩組這樣的觸片，以便接納成對(duì)的電話公司線和客戶線。
當(dāng)插頭沒有被插入可切換插座60時(shí)，電話公司觸片80(進(jìn)而是電話公司線)連接于客戶觸片78(進(jìn)而是客戶線)，測(cè)試觸片82處于電路之外。但把插頭插入插座60時(shí)，客戶觸片78(進(jìn)而是客戶線)與電話公司觸片80(進(jìn)而是電話公司線)脫開連接，電話公司觸片和電話公司線連接于插座60內(nèi)的測(cè)試觸片82，該觸片與RJ-11型測(cè)試插頭內(nèi)的觸片相配。還是請(qǐng)參見美國(guó)專利5,553,136的圖14-16，其中示出了測(cè)試插頭與可切換插座之間的機(jī)械作用。圖14-16可援引在此以作參考。
圖10是根據(jù)部分地面另一個(gè)住宅保護(hù)服務(wù)中心的立體圖。該保護(hù)中心100是設(shè)計(jì)成位于一住宅內(nèi)，并包括一具有交流電力線保護(hù)器、電話語音線保護(hù)器、高速數(shù)據(jù)線保護(hù)器和同軸傳輸線保護(hù)器的罩殼。交流電力線保護(hù)器可以是N.Y.，Copiague的TII工業(yè)股份有限公司制造的EMC 240A型或EMC 240B型電涌抑制器，在圖2中由數(shù)字48表示。交流電力線電涌抑制器具有當(dāng)對(duì)各交流線的保護(hù)失效時(shí)可以發(fā)出指示信號(hào)的指示器48a、48b。
保護(hù)中心100還可為一具有輸入端104和輸出端106的同軸傳輸線、一具有輸入端108和輸出端110的電話語音線和一具有輸入端112和輸出端114的高速數(shù)據(jù)線提供保護(hù)。如圖所示，電話語音線108、110通過RJ型插頭和插座116(最好是RJ-11型插頭和插座)連接于保護(hù)中心。高速數(shù)據(jù)線112、114通過RJ型插頭和插座118(最好是RJ-45型插頭和插座)連接于保護(hù)中心。
雖然圖10中只示出了一根同軸傳輸線，但也可以有例如來自有線電視和衛(wèi)星圓盤天線的多根同軸傳輸線。類似地，雖然圖中只示出了一根電話語音線和一根高速數(shù)據(jù)線，但也可以有多根電話語音線和/或多根高速數(shù)據(jù)線。圖10僅僅是為了描述可以利用一共用接地線來保護(hù)的不同類型的通信線。
同軸傳輸線最好是受到前述同軸電涌抑制器的保護(hù)。請(qǐng)參見圖2中的同軸電涌抑制器52、圖6中的同軸電涌抑制器200、以及美國(guó)專利5,566,056。圖16A和16B示出了用于高速數(shù)據(jù)線112、114的較理想的過電壓/過電流保護(hù)電路，這將在下文中詳細(xì)描述。圖17A和17B中示出了用于電話語音線的較理想的過電壓/過電流保護(hù)電路，這將在下文中詳細(xì)描述。用于電話語音線的過電壓/過電流保護(hù)電路連接在安裝在罩殼102上的RJ-11型插座之間，而用于高速數(shù)據(jù)線的過電壓/過電流保護(hù)電路則連接在安裝在罩殼102上的RJ-45型插座之間。
圖11是圖10之住宅保護(hù)服務(wù)中心的示意框圖。圖11示出了同軸傳輸線104、106以及可保護(hù)同軸傳輸線免遭過電壓狀況的同軸電涌抑制器52。圖11還示出了電話語音線108、110以及可保護(hù)這些電線免遭過電壓和過電流狀況的過電壓和過電流保護(hù)電路109。圖11還示出了高速數(shù)據(jù)線112、114以及可保護(hù)這些電線免遭過電壓和過電流狀況的過電壓和過電流保護(hù)電路113。
圖11還示出了該保護(hù)中心連接到一斷路器面板或配電板的方式。還是如圖11所示，在保護(hù)中心和所屬面板之間連接了四根電線電線124連接于一交流線，電線126連接于一第二交流線，電線128連接于交流中性線，而電線130連接于一共用接地件。在TII EMC 140裝置中，電線124和126是黑色的，電線128是白色的，電線130是綠色的。在該保護(hù)中心100中，用于交流保護(hù)、同軸保護(hù)、電話語音保護(hù)和高速數(shù)據(jù)線保護(hù)的接地件最好都連接起來。
圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)住宅保護(hù)服務(wù)中心的立體圖。圖12示出了一個(gè)被設(shè)計(jì)成位于一住宅內(nèi)的保護(hù)中心150，它包括一具有一基殼152和一蓋板154的罩殼。在罩殼內(nèi)安裝有一具有指示器48a和48b的交流電力線保護(hù)器48(最好是如前所述的)。在罩殼內(nèi)還安裝了一個(gè)不間斷電源(UPS)156，它具有一ON/OF開關(guān)158和一指示燈160。交流電力線保護(hù)器48和UPS 156通過一端接塊162連接。來自交流電力線保護(hù)器48的四根電線(124、1265、128、130)如圖11所示的那樣編號(hào)。
圖13是圖12所示住宅保護(hù)服務(wù)中心的示意圖。UPS的輸入端156a通過端接塊162連接于交流電源，而UPS 156的輸出端156b通過端接塊162連接于負(fù)載。UPS 156和交流保護(hù)器48連接于一共用接地線164，該接地線連接于配電板上的接地母線132。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)住宅保護(hù)服務(wù)中心的立體圖。保護(hù)中心22是設(shè)計(jì)成位于住宅內(nèi)，并且包括一具有一基殼222和一蓋板224的罩殼。該罩殼可容納用于電話語音線、高速數(shù)據(jù)線和同軸傳輸線的保護(hù)器。同軸電涌放電器52(如前所述)連接于一可攜帶有線電視或衛(wèi)星電視信號(hào)的外部同軸傳輸線226。同軸電涌放電器52的輸出端連接于FR放大器230的輸入端。RF放大器230的輸出端連接于一個(gè)1×3的同軸分路器232，該分路器的一個(gè)輸出端連接于一個(gè)1×4的同軸分路器54(參見圖2)。接著，將來自分路器54的輸出端228a至228d根據(jù)需要分配到住宅內(nèi)。電力是由交流電力變壓器234供給至RF放大器230。
該保護(hù)中心220還能處理例如用于住宅內(nèi)局域網(wǎng)(LAN)的內(nèi)部同軸傳輸線的分配。同軸傳輸線236是一例如來自路由器的內(nèi)部同軸傳輸線。它連接于一個(gè)塊轉(zhuǎn)換器240、a/k/a配電裝置(DD)的輸入端。塊轉(zhuǎn)換器240的輸出端連接于一個(gè)1×4的同軸分路器54，該分路器能產(chǎn)生238a至238d輸出端，它們可以根據(jù)需要分布在住宅內(nèi)。
保護(hù)中心220還能利用包含適當(dāng)保護(hù)電路的模塊分路器來為電話語音線和高速數(shù)據(jù)線提供保護(hù)。如圖14所示，保護(hù)中心220包含模塊242和244，它們適于連接電話語音線，并且包含用于電話語音線的過電壓和過電流保護(hù)電路。模塊242包含一個(gè)輸出插座242A和四個(gè)輸出插座242b至242e，而模塊244包含一個(gè)輸入插座244a和四個(gè)輸出插座244b至244e。每個(gè)模塊242、244可將一輸入電話語音線分成四個(gè)輸出電話語音線，同時(shí)可以保護(hù)電話語音線免遭過電壓和過電流狀況。圖17A和17B示出了用于電話語音線的實(shí)際保護(hù)電路，這將在下文中詳細(xì)描述。
保護(hù)中心220還包含模塊246和248，它們適于連接高速數(shù)據(jù)線，并且包含用于高速數(shù)據(jù)線的過電壓和過電流保護(hù)電路。模塊246包含一個(gè)輸入插座246a和四個(gè)輸出插座246b至246e，而模塊248包含一個(gè)輸入插座248a和四個(gè)輸出插座248b至248e。每個(gè)模塊246、248將一輸入的高速數(shù)據(jù)線分成四根輸出的高速數(shù)據(jù)線，同時(shí)可以保護(hù)高速數(shù)據(jù)線免遭過電壓和過電流狀況。圖16A和16B示出了用于高速數(shù)據(jù)線的實(shí)際保護(hù)電路，這將在下文中詳細(xì)描述。
如圖14所示，模塊244至248內(nèi)的插座最好是RJ型插座，保護(hù)電路連接在輸入和輸出插座之間。最好將RJ-11型插座用于電話語音線模塊，而將R.J-45型插座用于高速數(shù)據(jù)線模塊。
圖15是圖14之住宅保護(hù)服務(wù)中心220的示意圖。圖15只使出了保護(hù)中心220的保護(hù)部分。圖15沒有示出不受同軸電涌抑制器保護(hù)的內(nèi)部同軸傳輸線。該保護(hù)中心220連接于配電板內(nèi)的接地母線132，從而提供一個(gè)共用接地件。配電板也向電力變壓器234提供交流電力。在保護(hù)中心220中，所有保護(hù)電路和裝置都聯(lián)系于一個(gè)共用接地件。因此，保護(hù)中心220包含一個(gè)接地母線250，該母線連接于電話語音線保護(hù)模塊242、244和高速數(shù)據(jù)線保護(hù)模塊246、248。同軸電涌抑制器52通過接地導(dǎo)體252連接于接地母線250。
應(yīng)該注意的是，雖然在圖12和14中交流電力線的保護(hù)模塊和UPS在一個(gè)罩殼內(nèi)而高速數(shù)據(jù)線和同軸傳輸線是在另一個(gè)罩殼內(nèi)，但也可以將所有的保護(hù)模塊都包括在一個(gè)罩殼內(nèi)。至于保護(hù)模塊在罩殼內(nèi)實(shí)際上是如何分路的，則是可以選擇的。因此，可以將所有的或部分的保護(hù)模塊都包括在包含斷路器面板的同一個(gè)罩殼內(nèi)。無論實(shí)際上是如何分離的，保護(hù)裝置最好還是聯(lián)系于一共用接地件。
共用接地件可以這樣來提供，即，例如位于斷路器面板內(nèi)的接地母線，或者是將單根的接地線連接于一處于住宅外的接地線，或者是上述情況的組合。當(dāng)所有接地件都相互連接成非常靠近時(shí)，可以獲得最佳的保護(hù)。
圖16A是一個(gè)過電壓和過電流保護(hù)電路300的示意圖，它適于串聯(lián)一個(gè)無屏蔽的、可攜帶以太網(wǎng)絡(luò)或“X”DSL(包括各種形式的數(shù)字式用戶線技術(shù))中的輸入數(shù)字信號(hào)的雙絞線。電路300具有一輸入(接收)側(cè)和一輸出(接收)側(cè)。輸入側(cè)適于在端子312和314處連接一個(gè)數(shù)字信號(hào)源。該信號(hào)源可以是例如來自光纖網(wǎng)絡(luò)裝置(ONU)、集中器、計(jì)算機(jī)、局域網(wǎng)(LAN)或廣域網(wǎng)(WAN)的輸出信號(hào)。電路300的輸出側(cè)適于在端子340和342處連接一個(gè)數(shù)字信號(hào)目的地。目的地可以是例如計(jì)算機(jī)或LAN以及一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器，一臺(tái)或多臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)可以連接于LAN。
電路300可以提供第一級(jí)和第二級(jí)的過電壓保護(hù)以及過電流保護(hù)。過電流保護(hù)是由正溫度系數(shù)電阻器(PTCR)316和318提供的，這兩個(gè)電阻器串聯(lián)于可攜帶輸入數(shù)字信號(hào)的無屏蔽雙絞線。PTCR可以是能從CA.Menlo Park的Raychem公司購得的TR600-150型電阻器。第一級(jí)過電壓保護(hù)部分包括一個(gè)三電極氣體放電管320，它連接在攜帶輸入數(shù)字信號(hào)的雙絞線的兩端。當(dāng)任何一根雙絞線上的電壓超過一閾值時(shí)，氣體放電管320動(dòng)作。擊穿電壓可以在大約150至300伏之間，大約250伏的擊穿電壓是較理想的。Napiorkowski的美國(guó)專利4,212,047揭示了一種合適的三電極氣體放電管。合適的三電極氣體放電管還可以從N.Y.，Copiague的TII工業(yè)股份有限公司購得，如擊穿電壓150-300伏的TII 71型或73/75型。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員將會(huì)理解，可以用兩個(gè)二電極氣體放電管來代替單個(gè)的三電極氣體放電管，采用兩個(gè)二電極氣體放電管完全等同于采用一個(gè)三電極氣體放電管。在本發(fā)明中，三電極氣體放電管比二電極氣體放電管好，因而圖16A和16B示出了三電極氣體放電管。
電路300的第二級(jí)過電壓保護(hù)部分包括二極管326至336和雪崩二極管338。二極管326至332形成了一個(gè)二極管電橋，雪崩二極管338跨接在二極管電橋上。二極管電橋連接在可攜帶輸入數(shù)字信號(hào)的雙絞線的兩端，并且當(dāng)電壓大大超過正常的數(shù)字信號(hào)水平時(shí)對(duì)電線上的電壓加以限制。典型的數(shù)字信號(hào)水平是加或減5伏。二極管326至332可以是IN4007型、1安培、1000伏反向峰值電壓(PIV)的二極管。二極管334至336可以是RL204G型、2安培、1000伏PIV的二極管。二極管238可以是1.5KE12型、12伏雪崩二極管?；蛘?，二極管338可以是由CA 91320，Newbury Park，Mitchell Road的Samtech公司制造的、元件型號(hào)為L(zhǎng)C01-6的兩個(gè)串聯(lián)的低電容、6伏、1500瓦的二極管。
采用兩個(gè)串聯(lián)的雪崩二極管有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)保護(hù)器的電涌能量處理能力加倍，以及(2)提供給二極管電橋的電容減半。兩個(gè)并聯(lián)的雪崩二極管也可以使電涌處理能力加倍，但是二極管的擊穿電壓不同，所以不同等量地享有能量。此外，采用兩個(gè)并聯(lián)的雪崩二極管可導(dǎo)致二極管電橋的電容加倍，這樣就會(huì)大大衰減數(shù)字信號(hào)。
出現(xiàn)在端子340處的過高正電壓受到二極管326和336以及雪崩二極管338的箝制。出現(xiàn)在端子340出的過高負(fù)電壓受到二極管328和334以及雪崩二極管338的箝制。端子342上的過高正電壓受到二極管332和336以及雪崩二極管338的箝制。端子242上的過高負(fù)電壓受到二極管330和334以及雪崩二極管338的箝制。如果二極管338是一個(gè)12伏的雪崩二極管，那么超過大約正負(fù)15伏的電壓將受到第二級(jí)保護(hù)電路的箝制。如果二極管338是兩個(gè)串聯(lián)的12伏特雪崩二極管，那么超過大約35伏的電壓將受到第二級(jí)保護(hù)電路的箝制?？梢垣@得具有不同擊穿電壓的雪崩二極管，箝位電壓可以通過選擇合適的雪崩二極管來進(jìn)行選擇。
圖16B是一過電壓和過電流保護(hù)電路350的示意圖，該電路與電路300相同，并且以相同的方式工作。端子352和354連接于可攜帶從目的地返回源頭的高速數(shù)字信號(hào)的無屏蔽雙絞線，而端子356和358連接于和源頭相連的無屏蔽雙絞線。
圖17A是一個(gè)用于電話語音線的過電壓和過電流保護(hù)電路370的示意圖。電路370連接在RJ-11插座372和374之間。電路包括熔絲375和376，它們可以是由Littelfuse制造并且元件型號(hào)為220-003的250伏、350毫安的熔絲。這些熔絲可以防止過電流狀況。電路370還包括10歐姆、5瓦的電阻器377和378。萬一發(fā)生過電壓狀況，這些電阻器可對(duì)流過電路的電流加以限制。電路370還包括可以從Harris半導(dǎo)體公司購得的元件型號(hào)為V180ZA10的金屬氧化物變阻器(MOV)379和380。MOV可以在大約200伏時(shí)開始箝位，最大箝位電壓是大約300伏。導(dǎo)體382連接于接地線和接地的MOV 379和380。
圖17a是用于電話語音線的又一個(gè)過電壓和過電流保護(hù)電路390。電路370和390的唯一區(qū)別在于，電路370采用了一對(duì)MOV，而電路390采用了一個(gè)三電極氣體管。在此情況下，三電極氣體管等同于一對(duì)背對(duì)背連接的MOV。除了三電極氣體管之外，還可以采用一對(duì)背對(duì)背連接的二電極氣體管。合適的三電極氣體管可以是由紐約Copiague的TII工業(yè)股份有限公司制造的TII 11氣體管。
圖18是根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的住宅保護(hù)服務(wù)中心400。如圖18所示，該保護(hù)中心是設(shè)計(jì)成安裝在住宅的外側(cè)。交流電力線20a、20b和交流中性線20c借助一管道402被引入一具有基殼404和檢修蓋406的罩殼內(nèi)。罩殼還保護(hù)交流電度表12。在罩殼內(nèi)連接有一個(gè)具有指示器48a和48b的交流過電壓保護(hù)電路48(如前所述)。
由基殼408和檢修蓋410構(gòu)成的第二罩殼位于第一罩殼下方。該第二罩殼可接納若干電話線(未示)和一同軸傳輸線26。圖19示出了檢修蓋被去除的第二罩殼。如圖19所示，第二罩殼包含網(wǎng)絡(luò)接口裝置(NID)412和414以及用戶橋接模塊44。NID 412可處理電話線，而NID 414可處理同軸傳輸線。一接地導(dǎo)體32連接在第一和第二罩殼之間，以建立一個(gè)共用接地件。雖然這是一種較佳的配置，但可以采用單獨(dú)的接地導(dǎo)體從每個(gè)罩殼連接至接地線。
圖20示出了檢修蓋被去除的第二罩殼，而且NID 412和414的蓋子也處在打開位置。如圖20所示，NID 412包含可為電話線提供第一級(jí)過電壓保護(hù)的過電壓保護(hù)裝置42。NID 414包含一可為同軸傳輸線提供第一級(jí)過電壓保護(hù)的同軸電涌放電器52(如前所述)。一個(gè)1×4的同軸分路器54連接于同軸電涌放電器的輸出端，它將輸入的同軸線26分成四股輸出的同軸線26a至26d。
圖21是可用于圖2、10、12和18所示的任何一個(gè)住宅保護(hù)服務(wù)中心的一交流過電壓保護(hù)電路420的示意圖，該保護(hù)電路可代替EMC 240裝置。電路420在端子422和424處連接于交流電力線，并在端子426處連接于交流中性線。電路420包括溫敏熔絲428和430。合適的熔絲可以是由Microtemp公司制造的、元件型號(hào)為4178A1的產(chǎn)品。將來自Harris半導(dǎo)體公司(元件型號(hào)為V131A40)的MOV 432和434分別連接于熔絲428和430。將一個(gè)三電極氣體管436(可以是由紐約Copiague的TII工業(yè)股份有限公司制造的TII 11氣體管)連接在兩個(gè)MOV之間，并連接于交流中性線。MOV 432和434可以在大約200伏時(shí)開始箝位，其最大的箝位電壓是大約350伏，而氣體管436的擊穿電壓是260至600伏。雖然在圖21中示出了單個(gè)的三電極氣體管，但也可以采用背對(duì)背連接的一對(duì)二電極氣體管，在此情況下，它們等同于一個(gè)三電極的氣體管。發(fā)光二極管(LED)438和串聯(lián)電阻器442連接在一根交流線和交流中性線之間。一第二LED 440和一第二電阻器444連接在另一根交流線與交流中性線之間。LED 438和444可以是綠色的，能從Dial Light公司買到，電阻器442和440可以是10K歐姆、1.5瓦的電阻器。當(dāng)實(shí)施過電壓保護(hù)時(shí)，LED發(fā)光。請(qǐng)參見圖2中的指示器48a和48b。
如上所述，熔絲428和430是溫敏熔絲。因此，隨著熔絲溫度的升高，其攜帶電流的能力下降。熔絲428和430布置得非常靠近MOV 432和434和氣體管436。如果沒有過電壓狀況，氣體放電管436代表開路(基本上無限的阻抗)，因而沒有電流流過MOV 432和434。當(dāng)存在過電壓狀況時(shí)，氣體放電管436導(dǎo)通(呈現(xiàn)低阻抗)，MOV將交流線箝制為低壓，從而防止能量進(jìn)入住宅。采用氣體放電管與MOV相結(jié)合有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，由于在非過電壓狀況時(shí)沒有泄漏的電流通過MOV，因而能延長(zhǎng)MOV的使用壽命。其次，由于MOV只在過電壓狀況下傳導(dǎo)，因而可采用低壓MOV，與不采用氣體放電管的情況相比，可以將交流線箝制在較低的電壓。這樣就可以加強(qiáng)由過電壓保護(hù)電路所提供的保護(hù)。
雖然上面已經(jīng)結(jié)合各較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員應(yīng)該理解，在不偏離本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的情況下，還可以對(duì)這些較佳實(shí)施例作出很多變型和改動(dòng)。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于所述的較佳實(shí)施例，其保護(hù)范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.住宅保護(hù)服務(wù)中心設(shè)備，包括(a)一罩殼；(b)一位于所述罩殼內(nèi)、用于保護(hù)交流電力線免遭過電壓狀況的交流過電壓保護(hù)電路，該交流過電壓保護(hù)電路具有至少三個(gè)導(dǎo)體，即，一適于連接一第一交流電力線的第一導(dǎo)體、一適于連接一第二交流電力線的第二導(dǎo)體、以及一適于連接一交流中性線的第三導(dǎo)體，所述電路還包括(1)一串聯(lián)于所述第一導(dǎo)體的第一溫敏熔絲，(2)一串聯(lián)于所述第二導(dǎo)體的第二溫敏熔絲，(3)一個(gè)三電極氣體放電管，第一電極連接于所述交流中性線，(4)一連接在所述第一熔絲和所述氣體管的第二電極之間的第一金屬氧化物變阻器，以及(5)一連接在所述第二熔絲和所述氣體管的第三電極之間的第二金屬氧化物變阻器，所述第一和第二熔絲非常靠近所述氣體管和金屬氧化物變阻器。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括一指示器，它聯(lián)系于每根交流線，以提供表示過電壓保護(hù)是否存在的指示信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括一位于所述罩殼內(nèi)的過電壓和過電流保護(hù)電路，它適于和一電話語音線串聯(lián)，并連接至一共用接地件，以便保護(hù)電話語音線免遭過電壓和過電流狀況。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括位于所述罩殼內(nèi)的第一和第二過電壓和過電流保護(hù)電路，它們適于和一高速數(shù)據(jù)線串聯(lián)，并連接至一共同的接地件，以便保護(hù)高速數(shù)據(jù)線免遭過電壓和過電流狀況。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括一位于所述罩殼內(nèi)的同軸電涌放電器，它適于和一同軸傳輸線串聯(lián)，并連接至一共用接地件，以便保護(hù)同軸傳輸線免遭過電壓狀況。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括(a)一位于所述罩殼內(nèi)的過電壓和過電流保護(hù)電路，它適于和一電話語音線串聯(lián)，并連接至一共用接地件，以便保護(hù)電話語音線免遭過電壓和過電流狀況；以及(b)一位于所述罩殼內(nèi)的同軸電涌放電器，它適于和一同軸傳輸線串聯(lián)，并連接至一共用接地件，以便保護(hù)同軸傳輸線免遭過電壓狀況。
7.如權(quán)利要求3或6所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括第一和第二RJ型連接器，它們適于連接電話語音線，可保護(hù)電話語音線的過電壓和過電流保護(hù)電路連接在第一和第二RJ型連接器之間。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括一不間斷電源，它具有至少兩個(gè)導(dǎo)體，其中一個(gè)導(dǎo)體適于連接至一交流電力線，另一個(gè)導(dǎo)體適于連接至交流中性線。
9.如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備，其特征在于，所述同軸電涌放電器包括(a)一中空導(dǎo)電殼體；(b)適于密封該殼體的絕緣端；(c)密封在殼體內(nèi)的惰性氣體；(d)一延伸穿過所述殼體的導(dǎo)體，該導(dǎo)體具有一沿著平行于信號(hào)傳輸方向的縱軸線；以及(e)導(dǎo)體的直徑沿著殼體內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)度方向的至少一部分變化，以便使電涌放電器的阻抗與同軸傳輸線的阻抗相匹配。
10.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，第一過電壓及過電流保護(hù)電路和第二過電壓及過電流保護(hù)電路包括一氣體放電管和一個(gè)二極管電橋，有一雪崩二極管跨接在二極管電橋上。
11.如權(quán)利要求3或6所述的設(shè)備，其特征在于，所述可保護(hù)電話語音線免遭過電壓和過電流狀況的過電壓和過電流保護(hù)電路包括(a)串聯(lián)在第一輸入電話線導(dǎo)體和共用接地件之間的一第一熔絲、一第一電阻器和一第一金屬氧化物變阻器，連接在第一電阻器和第一金屬氧化物變阻器之間的第一輸出電話線導(dǎo)體；以及(b)串聯(lián)在第二輸入電話線導(dǎo)體和共用接地件之間的一第二熔絲、一第二電阻器和一第二金屬氧化物變阻器，連接在第二電阻器和第二金屬氧化物變阻器之間的第二輸出電話線導(dǎo)體。
12.如權(quán)利要求3或6所述的設(shè)備，其特征在于，所述可保護(hù)電話語音線免遭過電壓和過電流狀況的過電壓和過電流保護(hù)電路包括(a)串聯(lián)的一第一熔絲和一第一電阻器，第一熔絲連接于一第一輸入電話線導(dǎo)體；(b)串聯(lián)的一第二熔絲和一第二電阻器，第二熔絲連接于一第二輸入電話線導(dǎo)體；以及(c)一個(gè)三電極氣體放電管，其第一電極連接于第一電阻器，第二電極連接于第二電阻器，第三電極連接于共用接地件，一第一輸出電話線導(dǎo)體連接于第一電極，一第二輸出電話線導(dǎo)體連接于第二電極。
全文摘要
住宅保護(hù)服務(wù)中心設(shè)備可提供:交流電力線的過電壓保護(hù)、電話語音線的過電壓和過電流保護(hù)、高速數(shù)據(jù)線的過電壓和過電流保護(hù)和同軸傳輸線的過電壓保護(hù),所有保護(hù)裝置都連接于一共用接地件。
文檔編號(hào)H04M11/00GK1259256SQ98805684
公開日2000年7月5日 申請(qǐng)日期1998年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月3日
發(fā)明者C·H·邁耶霍夫, N·A·喬德里, T·J·史密斯 申請(qǐng)人:Tii工業(yè)股份有限公司