¿Por qué los pararrayos telefónicos modernos son menos propensos a los problemas de RFI (rectificación) que los antiguos?

Question

Estaba leyendo sobre pararrayos telefónicos en mi ARRL RFI Book (primera edición, copyright 1998), en el capítulo 9 "Telephone RFI" (por Pete Krieger, antes WA8KZH, ahora K8COM) y en la página 9.6, se dice lo siguiente (el énfasis es mío):

El pararrayos

T situado en el exterior en el extremo de la casa de la compañía telefónica caída. Años de exposición a la intemperie o a la humedad pueden causar corrosión o decoloración (aparición de corrosión) de cables, cajas de conexión o componentes dentro de la carcasa del pararrayos. Si el pararrayos es accesible, una buena inspección visual puede revelar po L veces, pueden volverse no lineales, actuando como un diodo, rectificando cualquier presente en las líneas telefónicas (al igual que las radios de cristal muchos radioaficionados construyeron en sus primeros años). I está creando RFI, el hecho de que está rectificando RF es uno indicio de que, de todos modos, ¡había que cambiarlo! Descargadores modernos son menos propensos a los problemas de RFI que los antiguos.

Sólo algunas notas sobre esta cita... Se trata de la sección completa (pequeña), por lo que es probable que sea toda la información que hay detrás de mi pregunta. Además, el contexto indica que el pararrayos es un equipo estándar del servicio telefónico y, por lo tanto, forma parte de una instalación telefónica fija estándar. mayo limitarse únicamente a los equipos estándar de las compañías telefónicas. Es muy posible que se trate de una generalización más amplia, pero no lo sé.

Esa última frase es la que ha despertado mi interés. ¿Por qué, exactamente, los pararrayos modernos son menos propensos a los problemas de RFI? ¿Se "desgasta" más uniformemente para que no se convierta en un diodo? ¿Está mejor diseñado para que dure más y falle con más facilidad?

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EDITAR:

He insistido un poco más en el aspecto "diodo" de la cita del libro para preparar la siguiente petición:

Me gustaría argumentar que para que yo acepte una respuesta, tu respuesta tiene que mostrar o bien cómo la semiconducción ocurría más frecuentemente con el viejo estilo, o alternativamente mostrar cómo la semiconducción ocurre menos frecuentemente con el nuevo estilo. Esto es porque realmente no puedo decidir entre las dos grandes respuestas ya dadas. ¿Cómo hizo un rayo (o la humedad, o el tiempo) que los bloques de carbono (del estilo antiguo) se semiconductasen?

Answer 1

Hay muchos tipos distintos de pararrayos, y todos funcionan de forma diferente, envejecen de forma diferente y fallan de forma diferente.

Un pararrayos desvía a tierra el golpe de alta tensión del alumbrado en lugar de permitir que la tensión pase a través de su equipo de radio.

Algunos son simples dispositivos que básicamente son bujías. La alta tensión salta a través de los electrodos y va a tierra, mientras que la baja tensión no lo hace. Otros consisten en tubos llenos de gas que se ionizan a alta tensión y conducen mientras permanecen inertes y no conductivos a tensiones más bajas. En la actualidad, muchos son dispositivos de estado sólido, como una serie de MOV.

Tras recibir un impacto de luz, los electrodos pueden dañarse o fundirse. El gas puede calentarse, expandirse y crear una fuga debido a la presión. Las uniones de los dispositivos de estado sólido pueden resultar dañadas.

Se puede argumentar que el fallo más peligroso es que ya no envían alta tensión a tierra, pero ciertamente hay modos de fallo que pueden hacer que tengan alta impedancia, bloqueando la RF y, en algunos casos, rectificándola como un diodo mientras conducen parte de la forma de onda a tierra.

Muchos aconsejan sustituir el pararrayos después de cada impacto. Algunos también tienen una vida útil estimada tras la cual deben sustituirse.

No sé si estoy de acuerdo con la afirmación general de que los nuevos diseños de pararrayos son mejores que los diseños más antiguos, pero sí estaría de acuerdo en que un pararrayos de nueva fabricación va a ser mejor que uno que ha estado en uso durante muchos años.

Answer 2

Este es el aspecto de un antiguo pararrayos de línea telefónica.
Los modernos varistores de óxido metálico sellados (MOV) los han sustituido, ya que son un diseño superior y más fiable.

Se ha retirado la cubierta protectora de la parte superior, dejando al descubierto los dos bloques de carbono separados por una tira de latón (que creo que es o bien un varistor o un vía de chispas de bloque de carbón ). Probablemente, la tira de latón está conectada a una barra de tierra, y los contactos exteriores de cada bloque están conectados respectivamente a cada cable.

Esos bloques mayo no ser carbono puro, y no sé qué son los dos cilindros rojos.

El de la antigua casa de mis padres tenía una base de porcelana en lugar de baquelita. En algún momento, vi a un técnico de Bell System desenroscar la tapa del varistor y atornillar lo que parecía ser un martillo deslizante, que bombeó arriba y abajo durante varios segundos. A día de hoy, no sé por qué lo hizo.

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En Wikipedia :

La vía de chispas es una de las tecnologías eléctricas de protección más antiguas que aún se encuentran en los circuitos telefónicos, ya que se desarrolló en el siglo XIX. Un electrodo de varilla de carbono se sujeta con un aislante a una distancia específica de un segundo electrodo. La dimensión de la separación determina la tensión a la que una chispa saltará entre las dos partes y cortocircuitará a tierra. La separación típica para aplicaciones telefónicas en Norteamérica es de 0,076 mm (0,003 pulgadas). Los supresores de bloque de carbón son similares a los supresores de gas (GDT) pero con los dos electrodos expuestos al aire, por lo que su comportamiento se ve afectado por la atmósfera circundante, especialmente la humedad . Dado que su funcionamiento produce una chispa abierta, estos dispositivos nunca deben instalarse en lugares donde pueda formarse una atmósfera explosiva.

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Hay otra foto de un tipo diferente en esa página.

Answer 3

El bloque de carbono se convierte exactamente como un TRIAC de alta potencia (con una tensión de disparo (<250V), cuando existe suficiente tensión y duración de tiempo para la ionización.

Existe una resistencia negativa incremental cuando se dispara (efecto avalancha) y es inversamente proporcional a la corriente.

La inductancia de la línea limita la EMI retransmitida, ya que lanza un impulso de baja corriente pero muy extendido en la línea Telco. La IEM de banda ancha es de aproximadamente L/-ESR = omega -3 dB en dirección radial a lo largo de la OC. (Oficina central)

El tiempo de subida dI/dt=V/L es de aproximadamente 0,35/f de ancho de banda utilizando el 80% del tiempo de subida.(10~90%)

Esta brecha paralela está más cerca de 3K/mm frente a un borde afilado o punta =< 1kV/min de aire seco. Este umbral de BVD también se degrada con la calidad del aire y una mayor humedad y contaminación superficial del carbono pulverizado.

• lo anterior contribuye a un umbral de BDV mucho más bajo.
• Cuando hay contaminantes implicados, siempre se produce un efecto llamado descarga parcial, que suena como un rayo estático cuando no lo hay. Esto también tiene un efecto de oscilador de relajación con intervalos aleatorios debido a la ionización y los efectos del ozono. Así que puede sonar como un contador Geiger con autodescargas en lugar de un efecto lineal de rectificación de emisiones de RF AM, pero este efecto de rectificación de diodos también es posible.
• Así, los grandes varistores de óxido metálico revestidos de epoxi son mejores, pero también tienen una vida útil limitada de conducciones, por lo que los floridanos pueden necesitar que les cambien los suyos de forma rutinaria. Esto se basa en la experiencia pasada leyendo especificaciones que no están a mano en este momento.

Usando los datos de @Mike 0.076 mm = 76V para 1kV/mm y 228 V @ 3kV/mm cuando es nuevo para el voltaje de -48 a -54V telco DC. para mi es un buen valor de diseño para un descargador y también para un TVS pero para un hueco de carbón expuesto no tan fiable a largo plazo. Los pulsos de relajación pueden no ocurrir cuando el teléfono está descolgado de baja impedancia, pero sólo cuando la impedancia alta por lo que la carga de capacitancia puede acumularse a partir de la entrada de un rayo, a continuación, la salida de descarga parcial en las líneas telefónicas recogidos por AM y radios HAM, además de los rayos reales EMI cientos de kilómetros de distancia que sería mucho más fuerte cuando cerca y débil lejos. (Pérdida Friis)

Si la descarga de la corona en el buje de la línea eléctrica húmeda es decir 100kV desencadena la humedad creapage y el polvo a niveles más bajos, de modo que cuando usted camina cerca de las líneas eléctricas de alta tensión y transformadores, se puede escuchar esto en la mañana con el rocío, como chasquido crujido pop que son inofensivos superficie Descargas Parciales (PD) Pero cuando se acumula suficiente suciedad, puede conducir a un fallo al igual que los descargadores de brecha de carbono si no auto-limpieza de la lluvia. He oído crujir líneas de calefacción, ventilación y aire acondicionado en campos de golf y en callejuelas de apartamentos. Cuando controlan esto con circuitos y determinan que una línea HVDC o de calefacción, ventilación y aire acondicionado está en peligro, vuelan helicópteros y técnicos con trajes de jaula de Faraday para limpiar los casquillos aislantes.

Answer 4

La tecnología de los pararrayos de las líneas telefónicas puede haber progresado desde las unidades de bloques de carbono hasta los tubos de descarga de gas y, ahora, descansar en los varistores de óxido metálico.

Las unidades de bloques de carbono, con una separación inferior a 0,1 mm entre los bloques de carbono y un electrodo metálico de tierra, podrían haber causado interferencias de las emisiones locales de AM si la separación se hubiera cubierto con depósitos metálicos causados por la formación de arcos durante un período de tiempo. En otras palabras, podrían haber funcionado como detectores de radio de trinchera de "hoja de afeitar/plomo de lápiz".

La "mejora" de las unidades de descarga de gases también puede haber contribuido al problema. Las unidades "mejoradas" tenían una construcción similar a los arrancadores de tubos fluorescentes. El calor de una descarga de gas sostenida deformaba lo suficiente una tira bimetálica para cortocircuitar los electrodos del tubo y apagar la descarga. La tira recuperaba su forma al enfriarse. Si no se recuperaba, podía producirse un contacto metálico inadecuado entre los electrodos para formar una unión rectificadora.

Aunque los varistores de óxido metálico son dispositivos semiconductores de alta tensión, presentan características de diodos Zener conectados en serie espalda con espalda y no causarían interferencias de las emisiones locales de AM.