УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ С РЕГИСТРАЦИЕЙ КОЛИЧЕСТВА СРАБАТЫВАНИЙ И КОНТРОЛЕМ ПАРАМЕТРОВ В СЕТИ ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
DEVICE OF OVERVOLTAGE PROTECTION WITH RECORDING OF ACTUATIONS NUMBER AND MONITORING OF PARAMETERS IN DC LOAD POWER SUPPLY GRID

Изобретение относится к области электротехники, электроники, может быть использовано для защиты электроустановок и сетей постоянного тока от перенапряжений.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты от перенапряжений сетей постоянного тока (патент RU №2022437 от 1991 г.).
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.
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.
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.
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.
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.
Следовательно, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».
Поиск технических решений в смежных и других областях техники выявил уникальность отличительных признаков заявленного технического решения, что соответствует критерию "изобретательский уровень".
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".
На чертеже представлена структурная схема устройства защиты от перенапряжений в сети питания с постоянным напряжением, с фиксацией его работы, где обозначено:
1 - полупроводниковое защитное устройство - варистор;
2 - датчик тока;
3 - кондесатор;
4 - элемент, поглощающий энергию импульса перенапряжения;
5 - трансформатор;
6 - первичная обмотка трансформатора;
7 - вторичная обмотка трансформатора;
8 - конденсатор;
9 - резистор;
10 - резистор;
11 - датчик напряжения;
12 - микроконтроллер;
13 - датчик напряжения;
14 - регистр результата.
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.
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.
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.
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.