RU23531U1 - Устройство для защиты от перенапряжений оборудования связи - Google Patents

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к схемам защиты оборудования связи от избыточного напряжения, реагирующим на напряжение выше нормального, без отключения защищаемого оборудования от линий связи.

Известны устройства защиты оборудования связи от избыточного напряжения, описанные в книге: Ю. Н. Корнышев, А. Я. Маркович, М. Н. Пискер, В. М. Романцов Стационарное оборудование сельской телефонной связи, Москва, Радио и связь, 1990 г., стр.280, рис. 15.1 в) - схема защиты соединительных кабельных линий. Для защиты оборудования от токов высокого напряжения устройство содержит трехэлектродный газонаполненный разрядник, два вывода которого соединены с входными выводами устройства, предназначенными для подключения к линии связи, а третий вывод соединен с заземлением. Его недостатком является недостаточно высокое быстродействие.

Известно также устройство защиты оборудования связи от избыточного напряжения, заявка №94000893 - Устройство для защиты двухпроводных линий от перенапряжений. Это устройство содержит разрядник и полупроводниковые приборы варисторы, терморезисторы. Его недостатком является недостаточно высокое быстродействие.

Известно также устройство для защиты от перенапряжений - изобретение по патенту РФ №2050663 - Устройство защиты от грозовых импульсов перенапряжений двухпроводной линии связи. Это устройство содержит включенные в каждый из проводов разрядник, который соединен с каждым из входных выводов и контуром заземления, электрические сопротивления, выполненные в виде дросселей, включенных последовательно в каждый из проводов, двусторонние полупроводниковые ограничители напряжения, подсоединенные между выходными клеммами и заземляющим контуром.

2001130641

яишррррррр

Н02Н9/043 . о

Данное устройство защиты от перенапряжений является наиболее близким к заявляемой полезной модели по своей сущности и техническому результату.

Однако такое техническое решение имеет следующие недостатки.

При таком техническом решении пороговое напряжение срабатывания защиты оборудования от импульсных дифферециальных перенапряжений, т.е. от перенапряжений, непосредственно между двумя проводами линии связи, при котором срабатывают два последовательно соединенных ограничителя напряжения, больше, чем пороговое напряжение, при котором срабатывает защита от синфазных перенапряжений, т. е. перенапряжений между заземлением и одним или обоими проводами линии связи, при которых может срабатывать один из ограничителей или оба. Это обусловлено использованием одних и тех же двух ограничителей для выполнения защиты как от дифферециальных, так и от синфазных перенапряжений, хотя пороговые напряжения для этих перенапряжений в общем случае могут быть независимыми, и могут значительно различаться по величине.

Во многих случаях величина допустимых для оборудования синфазных напряжений больше, чем для дифферециальных. Однако в данном техническом решении при выбранном оптимальном пороге срабатывания защиты от дифферециальных перенапряжений, определяемого параметрами двух последовательно соединенных ограничителей напряжения, порог срабатывания от синфазных перенапряжений автоматически оказывается меньшим, чем от дифферециальных, поскольку в последнем случае при перенапряжениях включаются не два последовательно соединенных ограничителя, а лишь по одному из них, и порог срабатывания устройства определяется параметрами лишь одного из ограничителей, а не двух. Это приводит к ухудшению качества связи вследствие вносимых устройством дополнительных помех при ложных срабатываниях защиты, когда эта защита могла бы и не включаться без опасности для оборудования.

защиты оборудования от импульсных синфазных перенапряжений для такой схемы не является оптимальным. Защита может срабатывать при синфазных напряжениях, амплитуда которых допустима и безопасна для оборудования, т. е. фактически такие напряжения не являются перенапряжениями, что увеличивает общее время протекания токов через ограничители и их нагрев, и создает дополнительные помехи связи. Если допустимая амплитуда синфазных напряжений для оборудования выше, чем дифференциальных, то данное решение не позволяет реализовать устройство с соответствующими порогами срабатывания защиты, которое могло бы удовлетворять таким требованиям. При такой схеме оптимальные пороговые напряжения срабатывания защиты задать невозможно.

В качестве ограничителей напряжения в таких устройствах преимущественно используют стабилитроны, которые имеют значительную паразитную емкость, что увеличивает затухание полезного сигнала на линии связи; это также является недостатком. Кроме того, при длительных воздействиях перенапряжений, например, при серии импульсов большой длительности и больших перенапряжениях, в частности, вследствие воздействия грозовых импульсов перенапряжения, ограничители напряжения из-за их высокого напряжения стабилизации могут выйти из строя вследствие перегрева.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в устранении указанных недостатков, в улучшении качества связи за счет исключения ложных срабатываний защиты и уменьшения вносимых устройством дополнительных помех, в повышении надежности устройства защиты за счет снижения перегрева деталей устройства протекающим при перенапряжениях током.

Технический результат, достигаемый при этом, заключается в следующем: в повышении надежности устройства защиты за счет оптимизации его пороговых напряжений срабатывания защиты от перенапряжений на линии связи, в зависимости от допустимых величин синфазных и дифференциальных напряжений на подключаемых к линии связи выводах оборудования, благодаря этому исключаются ложные срабатывания защиты; в повышении надежности устройства защиты за счет уменьшения вероятности

перегрева и выхода из строя полупроводниковых ограничителей напряжения при импульсных перегрузках; и, кроме того, в уменьшении вносимого устройством затухания сигнала в линии связи за счет уменьшения паразитной емкости деталей устройства.

Для достижения указанного технического результата при данной решаемой задаче устройство для защиты от перенапряжений оборудования связи, содержащее: трехэлектродный газонаполненный разрядник, два вывода которого соединены с входными выводами устройства, предназначенными для подключения к линии связи, а третий вывод соединен с выводом заземления; двусторонние полупроводниковые ограничители напряжения, соединенные с выходными выводами устройства, предназначенными для подключения защищаемого оборудования; два электрических сопротивления, у каждого из которых один вывод соединен с входным выводом, а второй вывод соединен с соответствующим выходным выводом устройства; - выполнено следующим образом;

количество упомянутых двусторонних полупроводниковых ограничителей напряжения по меньшей мере равно трем, они соединены между собой в виде трехлучевой звезды, два конца которой соединены с двумя выходными выводами устройства, а третий конец - с выводом заземления; ограничители напряжения выполнены на полупроводниковых приборах с характеристиками симметричных диодных тиристоров, и с временем задержки их включения меньшим, чем время задержки срабатывания упомянутого трехэлектродного газонаполненного разрядника; причем полупроводниковые приборы, принадлежащие тем двум лучам звезды, концы которых соединены с двумя выходными выводами устройства, имеют одинаковые параметры; а в качестве электрических сопротивлений применены элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления.

На чертеже изображена схема электрическая устройства, где обозначены: 1,2- входные выводы, предназначенные для подключения к линии связи;

5, 6 - элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления;

7,8- выходные выводы устройства, предназначенные для подключения защищаемого

оборудования;

9, 10, 11 - симметричные диодные тиристоры или аналогичные полупроводниковые

приборы с характеристиками симметричных диодных тиристоров.

Выводы 1, 2, предназначенные для подключения к линии связи, являются входными для перенапряжений, поступающих из линии связи на устройство защиты. Выводы 7, 8 - выходные выводы устройства защиты, однако они могут быть подключены как на вход защищаемого оборудования, так и на его выход.

Входные выводы 1, 2 устройства защиты соединены с двумя выводами трехэлектродного газонаполненного разрядника 3, третий вывод которого соединен с выводом заземления 4. Выводы 1, 2 также соединены с первыми выводами двух электрических сопротивлений 5, 6, вторые выводы которых соединены с соответствующими выходными выводами 7, 8 устройства, предназначенными для подключения защищаемого оборудования. В качестве электрических сопротивлений 5, 6 применены элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления.

Симметричные диодные тиристоры 9, 10, 11 или аналогичные полупроводниковые приборы с характеристиками симметричных диодных тиристоров, соединены между собой в виде трехлучевой звезды, два конца которой соединены с двумя выходными выводам 7, 8 устройства, а третий конец - с выводом заземления 4. Напряжения включения симметричных диодных тиристоров 10 и 11 выбираются с учетом допустимых для оборудования дифференциальных напряжений, а симметричного диодного тиристора 9 совместно с 10 и 11 - с учетом допустимых для оборудования синфазных напряжений.

Симметричные диодные тиристоры 10 и 11 имеют одинаковые параметры, вследствие чего обеспечиваются равные условия защиты для перенапряжений, возникающих либо между выводами 1 и 4, либо между выводами 2 и 4, либо одновременно между выводом 4 и выводами 1, 2.

Между входными выводами 1, 2 и выходными выводами 7, 8 подсоединены элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления 5, 6, у которых при нагреве протекающим через них током увеличивается сопротивление и растет падение напряжения на них, вследствие чего снижается ток через последовательно соединенные с ними элементы схемы.

Падение напряжения на симметричных диодных тиристорах 9, 10, 11 во включенном состоянии значительно меньше, чем у стабилитронов, обычно используемых в качестве ограничителей напряжения; соответственно меньше разогрев симметричных диодных тиристоров протекающим током.

Кроме того, электрическая емкость симметричных диодных тиристоров 9, 10, 11 значительно ниже емкости обычных двусторонних полупроводниковых ограничителей, выполненных на стабилитронах. Поэтому меньше вносимое ими затухание на верхних частотах полезного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

При нормальных условиях работы и отсутствии перенапряжений на входе 1, 2, подключенном к линии связи, полезный сигнал проходит через элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления 5, 6 на выход 7, 8. Газонаполненный разрядник 3 и симметричные диодные тиристоры 9, 10, 11 не срабатывают, так как амплитуда напряжения полезного сигнала недостаточна для их срабатывания.

При появлении на входе 1, 2, подключенном к линии связи, импульса дифференциального перенапряжения, величина которого превышает пороговое напряжение включения симметричных диодных тиристоров 10, 11 и напряжение срабатывания разрядника 3, сначала включаются имеющие малое время задержки вкпючения симметричные диодные тиристоры 10, 11. Затем суммарное падение напряжения на элементах 5, 6 и на симметричных диодных тиристорах 10, 11 постепенно превышает напряжение срабатывания разрядника 3, и разрядник срабатывает. Время задержки срабатывания разрядника 3 больше, чем у симметричных диодных тиристоров.

поэтому всегда сначала срабатывает защита на симметричных диодных тиристорах, а затем - на разряднике. Импульсы перенапряжения не проходят на выходные выводы 7, 8 устройства и защищаемое оборудование. Если бы элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления 5, 6 отсутствовали, т.е. входные выводы 1, 2 были бы соединены с выходными выводами 7, 8, разрядник 3 мог бы сработать только после перегорания шунтирующих его симметричных диодных тиристоров. Допустимый ток через разрядник 3 значительно превышает допустимый ток через симметричные диодные тиристоры, и срабатывание разрядника защищает симметричные диодные тиристоры от перегрузок по току.

При длительном воздействии перенапряжения включаются симметричные диодные тиристоры, ток через них и элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления 5, 6 приводит к нагреву последних и значительному увеличению их сопротивления. В результате ток уменьшается до безопасного уровня. После прекращения воздействия перенапряжения ток через элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления уменьшается, он остывает и его сопротивление возвращается к исходной величине.

Напряжение на выходе устройства при этом имеет следующий вид. Сначала появляется кратковременный импульс, длительность которого определяется суммой времени нарастания входного напряжения до величины порогового напряжения включения симметричного диодного тиристора и времени задержки включения симметричных диодных тиристоров 10, 11; амплитуда выходного импульса равна динамическому пороговому напряжению включения симметричного диодного тиристора. После включения симметричных диодных тиристоров 10, 11 напряжение на выходе устройства спадает до величины падения напряжения на этих симметричных диодных тиристорах. Через промежуток времени, равный сумме времени нарастания входного напряжения до величины порогового напряжения разрядника 3 и времени задержки его срабатывания, разрядник 3 переходит в проводящее состояние.

в проводящем состоянии падение напряжения на разряднике 3 мало; при этом ток импульса перенапряжения протекает по двум параллельным цепям - через разрядник 3, а также через симметричные диодные тиристоры 10, 11 и элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления 5, 6, а напряжение на выводах 7, 8 определяется падением напряжения на симметричных диодных тиристорах 10, 11. При снижении входного напряжения снижается ток через разрядник 3 и симметричные диодные тиристоры 10, 11. Далее ток уменьшается до уровня, при котором разрядник отключается, а ток продолжает некоторое время протекать через элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления 5, 6 и через симметричные диодные тиристоры 10, 11. Дальнейшее уменьшение тока через симметричные диодные тиристоры 10, 11 приводит к их отключению.

При появлении на входе между выводом 1, подключенном к линии связи, и выводом заземления 4 импульса перенапряжения, амплитуда которого превышает пороговое напряжение включения симметричных диодных тиристоров 9, 10 и напряжение срабатывания разрядника 3, сначала включаются симметричные диодные тиристоры 9, 10, затем срабатывает разрядник 3, защищая от перенапряжения участок электрической цепи межу выводом заземления 4 и выходным выводом 7 устройства, и подключенное к устройству защищаемое оборудование. В остальном работа устройства сходна с описанной выше работой при дифференциальных перенапряжениях.

При появлении импульса перенапряжения на входе между выводом 2, подключенном к линии связи, и выводом заземления 4, сначала включаются имеющие вьюокое бьютродействие симметричные диодные тиристоры 9, 11, а затем, вследствие падения напряжения на элементе с положительным температурным коэффициентом сопротивления 6 и на симметричных диодных тиристорах 9, 11, срабатывает разрядник 3, защищая от перенапряжения участок электрической цепи межу выводом заземления 4 и выходным выводом 8 устройства, и подключенное к устройству защищаемое оборудование. В остальном работа устройства сходна с описанной выше работой при дифференциальных перенапряжениях.

Дед/ W/

При появлении импульса синфазного перенапряжения между выводом 2, подключенном к линии связи, и выводом заземления 4, и одновременно между выводом 1, подключенном к линии связи, и выводом заземления 4, сначала, из-за разброса параметров симметричных диодных тиристоров 10, 11, включаются имеющие более вьюокое быстродействие симметричные диодные тиристоры одной какой-либо пары - 9, 10 или 9, 11, а затем включается третий симметричный диодный тиристор -10 или 11 и все симметричные диодные тиристоры 9, 10 и 11 оказываются во включенном состоянии. Вследствие падения напряжения на элементах с положительным температурным коэффициентом сопротивления 5, 6 и на симметричных диодных тиристорах 9, 10, 11, срабатывает разрядник 3, защищая от перенапряжения участок электрической цепи межу выводом заземления 4 и выходными выводами 7, 8 устройства, и подключенное к устройству защищаемое оборудование. В остальном работа устройства сходна с описанной выше работой при дифференциальных перенапряжениях.

Близкое к оптимальному соотношение между порогами срабатывания защиты при различных синфазных и дифференциальных перенапряжениях задается соответствующим выбором напряжений срабатывания симметричных диодных тиристоров 10, 11 - для дифференциальных напряжений, а также 9, 10 и 9, 11 - для синфазных.

Вместо одного симметричного диодного тиристора 9, а также и вместо 10, 11 могут быть применены несколько соединенных последовательно симметричных диодных тиристоров.

Вместо симметричных диодных тиристоров могут быть применены модули или микросхемы с такими же характеристиками и сложными электрическими схемами, например, на тиристорах с цепями управления их работой.

Вместо всех или части соединенных звездой полупроводниковых приборов могут быть применены содержащие их модули или микросхемы, в том числе и такие, в которых выполнены соответствующие соединения этих полупроводниковых приборов.

в качестве элементов с положительным температурным коэффициентом сопротивления могут быть использованы позисторы - резисторы из керамических полупроводниковых материалов; резисторы с положительным температурным коэффициентом из специальных полимерных материалов; другие элементы со сходными обратимыми характеристиками.

Газонаполненный разрядник может быть с термозащитой.

Устройство повышает надежность защиты оборудования и обслуживающего персонала от опасных перенапряжений и токов, возникающих на линии связи при грозовых разрядах, при опасном влиянии линий электропередачи идругих длительных или кратковременных импульсных воздействиях. Устройство позволяет выполнять защиту оборудования от перенапряжений с оптимальными порогами срабатывания защиты как при синфазных, так и при дифференциальных перенапряжениях на линии связи без ложных срабатываний защиты в случае возникновении на линии связи допустимых и безопасных для оборудования и обслуживающего персонала напряжений. Может применяться для защиты оборудования на необслуживаемых регенераторных пунктах с питанием по фантомным цепям.

Источники информации

1.Ю. Н. Корнышев, А. Я. Маркович, М. Н. Пискер, В. М. Романцов Стационарное оборудование сельской телефонной связи, Москва, Радио и связь, 1990 г., стр.280, рис. 15.1-в.

2.Заявка РФ №94000893 - Устройство для защиты двухпроводных линий от перенапряжений.

3.Патент РФ №2050663 - Устройство защиты от грозовых импульсов перенапряжений двухпроводной линии связи.

Claims (1)

1. Устройство для защиты от перенапряжений оборудования связи, содержащее трехэлектродный газонаполненный разрядник, два вывода которого соединены с входными выводами устройства, предназначенными для подключения к линии связи, а третий вывод соединен с выводом заземления, двусторонние полупроводниковые ограничители напряжения, соединенные с выходными выводами устройства, предназначенными для подключения защищаемого оборудования, два электрических сопротивления, у каждого из которых один вывод соединен с входным выводом, а второй вывод соединен с соответствующим выходным выводом устройства, отличающееся тем, что количество упомянутых двусторонних полупроводниковых ограничителей напряжения по меньшей мере равно трем, они соединены между собой в виде трехлучевой звезды, два конца которой соединены с двумя выходными выводами устройства, а третий конец - с выводом заземления, ограничители напряжения выполнены на полупроводниковых приборах с характеристиками симметричных диодных тиристоров и с временем задержки их включения меньшим, чем время задержки срабатывания упомянутого трехэлектродного газонаполненного разрядника, причем полупроводниковые приборы, принадлежащие тем двум лучам звезды, концы которых соединены с двумя выходными выводами устройства, имеют одинаковые параметры, а в качестве электрических сопротивлений применены элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления.