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Internet Message Format  |  1991-08-18  |  13KB

  1. From @delta.eecs.nwu.edu:telecom@eecs.nwu.edu Sun Aug 18 04:49:48 1991
  2. Received: from MINTAKA.LCS.MIT.EDU by gaak.LCS.MIT.EDU via TCP with SMTP
  3.     id AA19131; Sun, 18 Aug 91 04:48:56 EDT
  4. Resent-Message-Id: <9108180848.AA19131@gaak.LCS.MIT.EDU>
  5. Received: from delta.eecs.nwu.edu by mintaka.lcs.mit.edu id aa22807;
  6.           18 Aug 91 4:48 EDT
  7. Received: from [147.28.0.33] by delta.eecs.nwu.edu id aa32447;
  8.           17 Aug 91 2:47 CDT
  9. Received: by m2xenix.psg.com (/\==/\ Smail3.1.22.1 #22.2)
  10.     id <m0kBLBz-00000GC@m2xenix.psg.com>; Sat, 17 Aug 91 00:35 PDT
  11. Received: by puddle.fidonet.org (mailout1.26); Sat, 17 Aug 91 00:03:12 PDT
  12. Date: Fri, 16 Aug 91 19:36:00 PDT
  13. Message-Id: <7752.28ACCA30@puddle.fidonet.org>
  14. From: Pat Verner <Pat.Verner@p6.f22.n7101.z5.fidonet.org>
  15. Subject: Lightening Surge Protection
  16. To: telecom@eecs.nwu.edu
  17. X-Mailer: mailout v1.26 released
  18. Resent-Date:  Sun, 18 Aug 91 3:51:11 CDT
  19. Resent-From: telecom@eecs.nwu.edu
  20. Resent-To: ptownson@gaak.LCS.MIT.EDU
  21. Status: RO
  22.  
  23.  
  24. Hi Pat,
  25.  
  26. The South African Highveld has one of the highest lightening
  27. occurences in the world, and to operate equipment without protection
  28. can be very costly.  The following article was written a short while
  29. ago, and I am forwarding it to you with the authors permission after 
  30. seeing several complaints in your newsgroup!  It is a bit long, and I
  31. have shortened it a little, but you may still find it of general 
  32. interest!
  33. --------------- > Cut here <-------------------
  34.  
  35.                   TELEPHONE LINE SURGE ARRESTOR
  36.                      (C) 1990   Tim Jackson
  37.  
  38.                            P.O. Box 199
  39.                               Cresta, RSA
  40.                                 2118
  41.  
  42.                         Tel: +27-11-476-1346
  43.                           Fido: 5:7101/1.17
  44.  
  45.  
  46. What follows is a bit on why most lightning protection schemes
  47. for modems and other such devices (cordless phones, answering
  48. machines, fax machines etc.) fail at what they were intended to
  49. do and how you can build a circuit yourself that will work as
  50. well as any circuit for the purpose can.
  51.  
  52. Firstly let me say that the circuit itself is not unique at all.
  53. There are a number of people such as the manufacturers of PABX
  54. equipment and others who use either the same circuit or a
  55. variation thereof.
  56.  
  57. The important point is that this circuit WORKS! There are
  58. others, some very similar, that don't work nearly as well.
  59.  
  60. Also it is critically important to understand HOW lightning
  61. causes the damage it does. Once you get this you'll see why most
  62. protection schemes fail and you'll have a good idea of how to
  63. avoid damage.
  64.  
  65. There are schemes for protecting your equipment such as Ken
  66. Burke's patented Spark Gap (R) system. This is a system whereby
  67. the modem is unplugged from the phone line and the modem's
  68. telephone jack is left lying on the desk or floor thus creating
  69. a spark gap between itself and the wall socket of about half a
  70. metre.
  71.  
  72. There is no doubt that this system is very effective although it
  73. won't give much protection against a raving lunatic with a
  74. fourteen pound hammer. Neither will my circuit but I'm working
  75. on it........
  76.  
  77. The problem with the Spark Gap (R) system is that it is manually
  78. activated and thus subject to Murphy's law. Murphy's law of
  79. Spark Gap (R) systems is that you'll remember to unplug your
  80. modem ninety nine times when there is actually no need to and on
  81. the hundredth time, when you rush out in a helluva hurry and
  82. forget to unplug it lightning will zap the blasted thing.
  83.  
  84. There was another system written about on this board a while
  85. back which was designed to automatically disconnect your modem
  86. from the line by means of a relay powered by your PC's PSU so
  87. that when you switched off your PC your modem would be
  88. automatically disconnected.
  89.  
  90. This is a good system for those who do switch their PC's off
  91. when not in use provided you follow the instructions carefully
  92. regarding earthing and use a relay with well-spaced contacts.
  93. The details are available on Golden City Opus (and other boards,
  94. I'm sure) under the name of TRANZORB.ZIP. The problem is that
  95. while it does have surge arrestors in it, these would only give
  96. limited protection.  I have three phone lines (I work from home)
  97. which between them have a fax machine, a modem, an answering
  98. machine, a recording unit and several "fancy" phones connected
  99. to them.
  100.  
  101. Clearly, it would be tedious to unplug this lot every time Annie
  102. hid in the cupboard.
  103.  
  104. Annie is one of my cats who is scared to death of thunder and
  105. hides away when she detects a rumble five hundred kays away.
  106.  
  107. A couple of years ago I stayed in Kyalami where the telephone
  108. lines are strung up on poles for miles and miles just inviting
  109. lightning to zap them.
  110.  
  111. Every time there was a storm I would quickly set up my stuff and
  112. experiment on various methods of "taming" the phone line.
  113.  
  114. I can honestly say from practical experience and as a result of
  115. many incinerated attempts that the circuit presented here works
  116. and works well.
  117.  
  118. Before we get to the circuit itself let me squash a few myths
  119. and establish a few facts:
  120.  
  121. I assume that anyone reading this is at least slightly
  122. technical.
  123.  
  124. There is no difference, for practical purposes, between internal
  125. and external modems when it comes to lightning damage. Most
  126. people are under the impression that if your modem is external
  127. the lightning is somehow contained. Bongggg. You provided a
  128. wonderful path right into your PC when you connected your
  129. external modem to your serial port. The fact that part of the
  130. package (the modem) is outside your PC and part (serial card) is
  131. inside means zilch. As far as lightning is concerned there is no
  132. difference.
  133.  
  134. It is true that SOME external modems have better lightning
  135. protection circuitry than their internal counterparts but that
  136. is incidental.
  137.  
  138. Now for the part that most people (and I'm talking about
  139. suppliers here too) don't realise.
  140.  
  141. Your phone line consists of a pair of wires across which a
  142. fairly wide voltage range appears depending on exactly what's
  143. happening. The voltage will typically be between about 10 Volts
  144. (when you're using the line) and a maximum peak voltage of
  145. around 200 Volts (when it's ringing).
  146.  
  147. The voltage ACROSS the line is one thing. The voltage between
  148. the line and earth is another thing altogether.
  149.  
  150. The problem is that most people provide protection for a voltage
  151. surge across the line, such as the gas arrestor found in SAPO
  152. plugs, but almost no-one worries about the voltage between the
  153. line and earth and this is what does the real damage.
  154.  
  155. In Telcospeak the two wires of a phone line are referred to as
  156. the "A" and "B" wire.
  157.  
  158. If you are running a bog standard phone (that doesn't mean a
  159. bathroom phone) then protection against surges across A and B is
  160. adequate. Hence the gas arrestor in SAPO telephone plugs.
  161.  
  162. Problem is, as soon as you connect a device to the phone system
  163. that is also connected to your electrical mains you are
  164. introducing a third "line" and that is EARTH.
  165.  
  166. Devices in this category include fax machines, modems (internal
  167. modems are connected to mains by virtue of being in your PC),
  168. answering machines, some fancy telephones, cordless phones etc.
  169.  
  170. What happens is that although the modem (I'm not going to list
  171. all the other devices each time) is not connected directly to
  172. 220 Volts it is fed power via a transformer which IS connected
  173. to mains.
  174.  
  175. Now the transformer has a certain insulation between the primary
  176. and secondary windings but if you force the secondary to a
  177. potential a few thousand Volts higher than earth potential then
  178. the insulation will break down and suddenly your modem IS
  179. connected directly to 220 Volts, even if it's just briefly.
  180.  
  181. Although your phone line is at earth potential at the exchange
  182. end it is ripped up to several thousand volts at your end if
  183. lightning strikes nearby. This high voltage, although not
  184. necessarily between the A and B wires, is certainly felt between
  185. A and B as a unit, and earth. In other words a high voltage is
  186. induced into the line pair pulling the line way above earth
  187. potential.
  188.  
  189. What happens is that this voltage finds its way through your
  190. modem to earth by one of many possible routes often with
  191. catastrophic results.
  192.  
  193. The way to prevent this happening is to provide a path from your
  194. phoneline to earth for the surge to follow without going via
  195. your modem.
  196.  
  197. The circuit at the end of this blurb does just that. It uses a
  198. chip from Texas Instruments which was designed for just that
  199. purpose. It is essentially transparent when the line is at
  200. normal working voltages (up to about 200 Volts) but above that
  201. voltage it shorts your line to earth for as long as the surge
  202. lasts.
  203.  
  204. The trick is to install the unit in the line between the
  205. telephone jack and your modem (ie: not too far from the modem,
  206. like in another room) and connect the earth lead from the
  207. circuit to the earth pin on the SAME PLUG that feeds your PC.
  208. You can connect it to the chassis of your PC if you find that
  209. easier.  Just check that the chassis is connected to earth. I've
  210. yet to find a PC where it wasn't but just check anyway.
  211. ==================================================================
  212.  
  213.                      10 ohm 5 Watt
  214.       >----------+-----/\/\/\/------------------+------------->
  215. Phone Line A     |                              |
  216.                 <=>300V Gas Arrester        ____|_____      To Modem
  217.                  |                          |   A    |
  218.                  |                          |TISP2290|
  219.         |--------+--------------------------|C       |
  220.       Earth      |                          |   B    |
  221.                  |                          ----+-----
  222.                 <=>300V Gas Arrester            |
  223.                  |                              |
  224.                  |                              |           To Modem
  225. Phone Line B     |                              |
  226.       >----------+-----/\/\/\/------------------+------------->  
  227.                      10 ohm 5 Watt
  228.  
  229. Circuit drawn as best as possible with ASCII by Pat Verner.
  230. =====================================================================
  231.  
  232.  
  233. The telephone line enters the circuit on the left of the diagram
  234. and the feed to your modem is on the right of the diagram.
  235.  
  236. What happens in between is this:
  237.  
  238. The phone line has a gas arrestor from each leg to earth. In
  239. other words, two gas arrestors. One from A to earth and one from
  240. B to earth.
  241.  
  242. The line then has a resistor in series with each leg (A and B)
  243. before being connected to the TISP2290 (the Texas Instruments
  244. chip mentioned earlier). This chip has three pins. The outer two
  245. (A and B in the diagram) are connected to the resistors while
  246. the centre one (C) is connected to earth. The metal tag of this
  247. component is internally connected to the earth pin (C), just for
  248. the record.
  249.  
  250. The modem is fed from the outer two pins of the TISP2290.
  251.  
  252. The way the circuit works is as follows.
  253.  
  254. The bulk of the energy involved in a surge is dissipated by
  255. trusted (and slow as treacle) gas arrestors.
  256.  
  257. The TISP2290 absorbs the high speed spike that the gas arrestors
  258. miss and is itself protected by the two resistors which provide
  259. a little current limiting.
  260.  
  261. The modem, being fed from the same point as the TISP2290 is
  262. protected by the whole circuit.
  263.  
  264. For those who have to know, the TISP2290 works in a manner
  265. similar to a zener array connected between the A and B wire and
  266. earth so as to limit the voltage between any of three points to
  267. about 200 Volts. As you know this is not entirely effective and
  268. so if the voltage rises to 290 Volts (hence TISP2*290*) then
  269. this crafty critter cuts in triacs to crowbar the offending
  270. points to earth until the surge has passed.
  271.  
  272. This all happens superfast so as to afford the best possible
  273. protection.
  274.  
  275.  
  276.  
  277. Just a bit about the individual parts.
  278.  
  279. The Gas arrestors SHOULD be available from most electronics
  280. hobbyist shops.  Anything in the range 250 Volts to 400 Volts
  281. will do.
  282.  
  283. The resistors are 5 Watt wire wound jobbies of 10 Ohms although
  284. any power rating will do (be prepared to change them every
  285. lightning strike if you use quarter watt jobs :-) I recommend
  286. you use 5 Watt wire wounds) and the value of 10 Ohms can
  287. actually be anything from 10 to 47 Ohms.
  288.  
  289. The TISP2290 may be hard to find. It comes in a TO220 package
  290. (looks like a 78 series voltage regulator) in case you have to
  291. explain it to anyone. The agents in JHB are Multikomponent (Tel:
  292. (011) 974-1521) and I'm sure they will send you one COD (I'm not
  293. sure about this) or tell you where you can get one if your local
  294. electronics shop dude goes blank when you ask him. I buy
  295. directly from them but then I'm in JHB and you might not be.
  296.  
  297. Assembling the unit is piece of cake. I have supplied the
  298. artwork for a printed circuit board and, while not essential
  299. that you use it, it makes life easier.
  300. **********************************************************************
  301. --------------------> End Cut <--------------------
  302. --  
  303. uucp: uunet!m2xenix!puddle!5!7101!22.6!Pat.Verner
  304. Internet: Pat.Verner@p6.f22.n7101.z5.fidonet.org
  305.  
  306.