RU2432655C2

RU2432655C2 - Device of overvoltage protection with recording of actuations number and monitoring of parameters in dc load power supply grid

Info

Publication number: RU2432655C2
Application number: RU2009119602/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Сучков (RU); Владимир Петрович Сучков; Петр Александрович Шульга (RU); Петр Александрович Шульга; Артем Александрович Ковалев (RU); Артем Александрович Ковалев
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2009-05-26
Publication date: 2011-10-27
Also published as: RU2009119602A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: overvoltage protection device with recording of actuations number and monitoring of parameters in the DC load power supply grid comprises a semiconductor protective device - a varistor, which is connected to a protected object with it its inlet, and with its outlet - to a current sensor, a current sensor - the second outlet of which is connected to a capacitor and the first voltage sensor, two voltage sensors - the first voltage sensor connected to the current sensor and to the second outlet of the element, which absorbs impulse energy, the second voltage sensor connected to the protected device, a microcontroller with its own source of supply - to which information channels are connected from two voltage sensors and the current sensor, a results register - connected to the microcontroller outlet.

EFFECT: increased reliability, accuracy and informative value of monitoring.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, электроники, может быть использовано для защиты электроустановок и сетей постоянного тока от перенапряжений.The invention relates to the field of electrical engineering, electronics, can be used to protect electrical installations and DC networks from overvoltage.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты от перенапряжений сетей постоянного тока (патент RU №2022437 от 1991 г.).The closest in technical essence is a device for surge protection of DC networks (patent RU No. 2022437 from 1991).

Устройство содержит искровой промежуток, один из электродов которого соединен с защищаемым объектом, а второй подключен к одному из выводов первого конденсатора. Второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения, второй вывод которого заземлен. В качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения, использован трансформатор с первичной и вторичной обмотками, нагрузкой которого является второй конденсатор. Параллельно первичной обмотке трансформатора включен первый резистор, а параллельно второму конденсатору на вторичную обмотку трансформатора подключен второй резистор, однако, оно не обладает надежностью, точностью и информативностью.The device contains a spark gap, one of the electrodes of which is connected to the protected object, and the second is connected to one of the terminals of the first capacitor. The second terminal of the first capacitor is connected to the first terminal of the element absorbing the energy of the overvoltage pulse, the second terminal of which is grounded. As an element that absorbs overvoltage energy, a transformer with primary and secondary windings, the load of which is a second capacitor, is used. In parallel with the primary winding of the transformer, the first resistor is connected, and in parallel with the second capacitor, a second resistor is connected to the secondary winding of the transformer, however, it does not have reliability, accuracy and information content.

Целью изобретения является создание устройства защиты от перенапряжений для повышения надежности защиты радиоэлектронной аппаратуры, расширение области его применения за счет введения в устройство блока индикации исправности и выхода устройства защиты из строя, а также контроля количества срабатываний этого устройства.The aim of the invention is the creation of a surge protection device to increase the reliability of protection of electronic equipment, expanding its scope by introducing into the device an indication unit of serviceability and failure of the protection device, as well as controlling the number of trips of this device.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве защиты от перенапряжений дополнительно осуществляется контроль исправности и выхода из строя устройства защиты, после варистора установлен датчик тока, который регистрирует ток при срабатывании устройства и регистрирует токи утечки при неисправности его. Датчики напряжения контролируют величину перенапряжения при срабатывании защитного устройства, а также осуществляют контроль наличия напряжения сети. Контроль величин, воздействующих на устройство перенапряжений и тока, осуществляет микроконтроллер, который производит количественную оценку срабатываний данного устройства.The technical result is achieved by the fact that in the proposed device surge protection is additionally monitored for serviceability and failure of the protection device, after the varistor a current sensor is installed, which detects the current when the device is triggered and detects leakage currents when it malfunctions. Voltage sensors monitor the amount of overvoltage when the protective device is activated, and also monitor the presence of mains voltage. The values that affect the overvoltage and current device are controlled by a microcontroller that quantifies the operation of this device.

Как показали исследования, с ухудшением технического состояния защитного устройства возрастает риск прохождения импульсов перенапряжения к потребителям электроэнергии, что приводит к сбою в работе или отказу радиоэлектронной аппаратуры и аппаратуры управления, так как требуется обеспечить надежную работу потребителей, то необходимо знать достоверную информацию о работоспособности защитного устройства, что позволит заблаговременно производить его ремонт или замену.Studies have shown that with the deterioration of the technical condition of the protective device, the risk of passing overvoltage pulses to consumers of electricity increases, which leads to a malfunction or failure of electronic and control equipment, since it is necessary to ensure reliable operation of consumers, it is necessary to know reliable information about the health of the protective device that will allow in advance to repair or replace it.

Заявляемое решение отличается от прототипа наличием микроконтроллера с собственным источником питания, датчиков напряжения, датчика тока, полупроводникового защитного устройства - варистора, регистра результатов. Проведение оценки технического состояния устройства защиты, со своими связями между собой, функции контроля срабатывания устройства и его технического состояния выполняет программа микроконтроллера путем сравнения напряжений.The claimed solution differs from the prototype by the presence of a microcontroller with its own power source, voltage sensors, current sensor, semiconductor protective device - varistor, results register. Assessment of the technical condition of the protection device, with its connections among themselves, the function of controlling the operation of the device and its technical condition is performed by the microcontroller program by comparing the voltages.

Следовательно, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».Therefore, these differences allow us to conclude that the proposed solutions meet the criterion of "novelty."

Поиск технических решений в смежных и других областях техники выявил уникальность отличительных признаков заявленного технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень".The search for technical solutions in related and other fields of technology has revealed the uniqueness of the distinguishing features of the claimed technical solution, which meets the criterion of "inventive step".

Сравнение заявляемого решения с указанным устройством показывает, что совокупность устройств, блоков в указанном устройстве отсутствует и не связана между собой так, как в предложенном устройстве с введенными и исключенными элементами, что не позволяет в указанном устройстве достичь необходимый технический результат. Заявляемое устройство содержит в своем составе стандартные блоки вычислительной и измерительной техники. Следовательно, изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".Comparison of the proposed solution with the specified device shows that the set of devices, blocks in the specified device is absent and not interconnected, as in the proposed device with inserted and excluded elements, which does not allow to achieve the required technical result in the specified device. The inventive device contains in its composition the standard blocks of computing and measuring equipment. Therefore, the invention meets the criterion of "industrial applicability".

На чертеже представлена структурная схема устройства защиты от перенапряжений в сети питания с постоянным напряжением, с фиксацией его работы, где обозначено:The drawing shows a structural diagram of a device for overvoltage protection in a power supply with a constant voltage, with the fixation of its work, where it is indicated:

1 - полупроводниковое защитное устройство - варистор;1 - semiconductor protective device - varistor;

2 - датчик тока;2 - current sensor;

3 - кондесатор;3 - condenser;

4 - элемент, поглощающий энергию импульса перенапряжения;4 - element that absorbs the energy of the overvoltage pulse;

5 - трансформатор;5 - transformer;

6 - первичная обмотка трансформатора;6 - primary winding of the transformer;

7 - вторичная обмотка трансформатора;7 - secondary winding of the transformer;

8 - конденсатор;8 - capacitor;

9 - резистор;9 - resistor;

10 - резистор;10 - resistor;

11 - датчик напряжения;11 - voltage sensor;

12 - микроконтроллер;12 - microcontroller;

13 - датчик напряжения;13 - voltage sensor;

14 - регистр результата.14 - result register.

Элементы устройства защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров в сети питания потребителей постоянного тока связаны следующим образом, полупроводниковое защитное устройство - варистор 1 входом подключено к защищаемому объекту, а выходом - к одному из выводов датчика тока 2. Второй вывод датчика тока 2 соединен с выводом первого конденсатора 3 и с выводом первого датчика напряжения 11, а информационный канал датчика тока 2 подключен к входу микроконтроллера 12. Второй вывод первого конденсатора 3 соединен с первым выводом элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения 4, второй вывод которого заземлен. Второй вывод первого датчика напряжения 11 соединен со вторым выводом элемента, поглощающего энергию 4, а информационный канал первого датчика напряжения 11 подключен к входу микроконтроллера 12. В качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения 4, использован трансформатор 5 с первичной 6 и вторичной 7 обмотками, нагрузкой которого является второй конденсатор 8. Параллельно первичной обмотке 6 трансформатора включен первый резистор 9, а параллельно второму конденсатору 8 на вторичную обмотку трансформатора подключен второй резистор 10. Второй датчик напряжения 13 одним выводом подключен к защищаемому устройству, а вторым выводом - к входу микроконтроллера 12. Выход микроконтроллера 12 соединен с регистром результатов 14.Elements of a surge protection device with recording the number of trips and monitoring parameters in the DC power supply network are connected as follows, a semiconductor protective device - varistor 1 is connected to the protected object by the input, and by the output to one of the terminals of the current sensor 2. Second output of the current sensor 2 connected to the output of the first capacitor 3 and to the output of the first voltage sensor 11, and the information channel of the current sensor 2 is connected to the input of the microcontroller 12. The second output of the first capacitor 3 s one with a first terminal of the energy absorbing member overvoltage pulse 4, the second terminal of which is grounded. The second output of the first voltage sensor 11 is connected to the second output of the element absorbing energy 4, and the information channel of the first voltage sensor 11 is connected to the input of the microcontroller 12. As an element absorbing the energy of the overvoltage 4, a transformer 5 with primary 6 and secondary 7 windings, a load is used which is the second capacitor 8. In parallel with the primary winding 6 of the transformer, the first resistor 9 is connected, and in parallel with the second capacitor 8, a second resistor 1 is connected to the secondary winding of the transformer 0. The second voltage sensor 13 is connected with one terminal to the protected device, and the second terminal is connected to the input of the microcontroller 12. The output of the microcontroller 12 is connected to the result register 14.

Ограничители перенапряжения на базе металлооксидных варисторов имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными разрядниками. Они обладают значительно большей энергопоглощающей способностью, чем разрядники обычного типа, и могут быть использованы для защиты оборудования от прямых ударов молнии, когда расстояние до защищаемого объекта не превышает одного километра и возникающие перенапряжения имеют более крутой фронт волны. Преимущество металлооксидных варисторов состоит так же в более высоком быстродействии, надежности, отсутствии послеразрядного тока. Кроме того, они имеют малые габариты, вес и длительный срок службы. Исходя из приведенных выше преимуществ, в данном устройстве разрядник заменен варистором, учитывая, что разрядник и варистор имеют определенное число срабатываний, то для контроля технического состояния и регистрации срабатывания устройства были введены микроконтроллер с собственным источником питания, датчик тока, датчики напряжения, регистратор результата.Surge arresters based on metal oxide varistors have several advantages over traditional surge arresters. They have a significantly higher energy absorption capacity than conventional type arresters, and can be used to protect equipment from direct lightning strikes, when the distance to the protected object does not exceed one kilometer and the resulting overvoltage has a steeper wavefront. The advantage of metal oxide varistors also consists in higher speed, reliability, and the absence of post-discharge current. In addition, they have small dimensions, weight and a long service life. Based on the above advantages, in this device the arrester is replaced by a varistor, given that the arrester and varistor have a certain number of trips, a microcontroller with its own power source, current sensor, voltage sensors, and a result recorder were introduced to monitor the technical condition and register the operation of the device.

Устройство работает следующим образом. При появлении импульса перенапряжения полупроводниковое защитное устройство - варистор 1 пробивается, и в цепи, состоящей из последовательно включенных первого конденсатора 3 и элемента 4, поглощающего энергию перенапряжения, возникает ток, который фиксирует датчик тока 2. Возникающий потенциал напряжения фиксирует датчик напряжения 11. Данные с датчика тока 2 и датчика напряжения 11 поступают на микроконтроллер 12, который обрабатывает их и выдает на регистр результатов 14 величину воздействующего тока и напряжения при срабатывании полупроводникового защитного устройства - варистора 1. Микроконтроллер 12 считает количество срабатываний защитного устройства 1 путем сравнения напряжений, а также осуществляет контроль его исправности, контролируя ток утечки. В случае выхода из строя защитного устройства 1 или ухудшения его характеристик увеличивается ток утечки, который фиксирует датчик тока 2 и выдает его величину на микроконтроллер 12, а тот в свою очередь - на регистр результатов 14. Путем сравнения величины тока утечки микроконтроллер 12 выдает заключение о его исправности. С помощью датчика напряжения 13 осуществляется контроль наличия напряжения в сети, а также величины отклонения напряжения от номинального значения и выдает его величину на микроконтроллер 12. Микроконтроллер 12 фиксирует величину отклонения напряжения, его значение в цифровом коде передается на регистр результатов 14 для визуального отображения и сохранения.The device operates as follows. When an overvoltage pulse appears, a semiconductor protective device - varistor 1 breaks through, and in the circuit consisting of a series-connected first capacitor 3 and an element 4 that absorbs overvoltage energy, a current arises which detects the current sensor 2. The emerging voltage potential detects the voltage sensor 11. Data with current sensor 2 and voltage sensor 11 are fed to the microcontroller 12, which processes them and provides the result register 14 with the magnitude of the acting current and voltage when half water protection device - varistor 1. Microcontroller 12 counts the number of trips of the protective device 1 by comparing the voltages, and also monitors its health by monitoring the leakage current. In the event of failure of the protective device 1 or a deterioration in its characteristics, the leakage current increases, which fixes the current sensor 2 and gives its value to the microcontroller 12, and that in turn - to the results register 14. By comparing the value of the leakage current, the microcontroller 12 gives a conclusion about its serviceability. Using the voltage sensor 13 monitors the presence of voltage in the network, as well as the magnitude of the voltage deviation from the nominal value and gives its value to the microcontroller 12. The microcontroller 12 captures the magnitude of the voltage deviation, its value in a digital code is transmitted to the results register 14 for visual display and storage .

Таким образом, осуществляется постоянный контроль исправности полупроводникового защитного устройства - варистора и наличия напряжения в сети питания защищаемого объекта. В связи с тем, что датчики тока и напряжения зафиксируют соответствующие импульсы, программа микроконтроллера зафиксирует срабатывание устройства защиты, обеспечивая ему более высокую надежность и информативность.Thus, the health of a semiconductor protective device - a varistor and the presence of voltage in the power supply network of the protected object is constantly monitored. Due to the fact that current and voltage sensors record the corresponding pulses, the microcontroller program will record the operation of the protection device, providing it with higher reliability and information content.

Claims

An overvoltage protection device with recording the number of trips and monitoring parameters in the DC power supply network, containing a capacitor, a resistor and an element that absorbs pulse energy, characterized in that it also includes a semiconductor protective device - a varistor, connected to the protected object by an input, and an output to a current sensor, a current sensor - the second output of which is connected to the capacitor and the first voltage sensor, two voltage sensors - the first voltage sensor, attached connected to the current sensor and to the second output of the energy-absorbing pulse element, a second voltage sensor connected to the protected device, a microcontroller with its own power source, to which information channels of two voltage sensors and a current sensor are connected, a result register connected to the output of the microcontroller.