УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
SURGE PROTECTION DEVICE AND METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к области передачи данных, а именно к устройству и способу защиты от перенапряжений.
Предпосылки изобретения
Терминал передачи данных по электросетям (далее - PLC-терминал) (PLC - Power Line Communication) представляет собой оконечное устройство сети для работы в помещении с использованием линий электропередач переменного тока в качестве среды передачи данных. Соответственно, порт питания переменного тока PLC-терминала одновременно является портом связи. Через этот порт PLC-терминал не только получает переменный ток с рабочей частотой 50-60 Гц, но и передает PLC-сигнал с рабочей частотой в несколько мегагерц или даже сотен мегагерц.
Как правило, перенапряжение, представляющее угрозу безопасности устройства, возникает на линии электросети после разряда молнии или изменения нагрузки в сети переменного тока. Порт питания переменного тока PLC-терминала должен быть снабжен достаточной защитой от перенапряжений, включающей защиту при синфазном и противофазном включении, чтобы предотвратить повреждение PLC-терминала из-за перенапряжения. Между тем, контур защиты от перенапряжений порта должен обеспечивать достаточную защитную способность без потери качества связи через электросеть, поскольку порт питания переменного тока PLC-терминала передает не только низкочастотный переменный ток, но и радиочастотный PLC-сигнал. Кроме того, конструкция должна предусматривать малый размер и низкую стоимость PLC-терминала, так как это оконечное устройство связи устанавливается в помещении.
В смежных технологиях, как правило, для порта питания однофазного переменного тока с заземляющим проводом (РЕ - Protection Earth) используется один или несколько варисторов, соединенных с фазой питания (L), нулевым проводом (N) и заземляющим проводом РЕ для обеспечения защиты при синфазном и противофазном включении. Между тем, прямое соединение варистора с проводом питания при предельно большой паразитной емкости значительно ослабляет PLC-сигнал, что серьезно влияет на качество передачи данных PLC-терминала, при этом не выполняется требование особой защиты порта питания переменного тока PLC-терминала.
С учетом возможностей защиты и передачи данных защитные схемы портов питания переменного тока PLC-терминалов, используемые в смежных технологиях, имеют недостатки в части сложности схем, большого количества защитных устройств, высокой стоимости, требований к большим установочным габаритам и т.д., которые снижают надежность таких схем и не удовлетворяют техническим требованиям низкой стоимости и малого размера PLC-терминалов.
В настоящее время отсутствуют эффективные решения проблемы сильного ослабления PLC-сигнала при прямом соединении варистора с проводом питания.
Сущность изобретения
Предлагаются варианты исполнения устройства и способ защиты от перенапряжений, позволяющие по меньшей мере решить проблему значительного ослабления PLC-сигнала при прямом соединении варистора с проводом питания.
Предлагаются варианты исполнения устройства защиты от перенапряжений, включающего разрядник с по меньшей мере тремя электродами, который при достижении определенного напряжения между двумя электродами из этих по меньшей мере трех электродов проводит электрический ток между двумя электродами, при этом эти по меньшей мере три электрода соответственно параллельно подключены к нулевому проводу N, заземляющему проводу РЕ и по меньшей мере одной фазе питания L сети переменного тока.
Один из вариантов выполнения устройства также включает в себя по меньшей мере один плавкий предохранитель, последовательно подключенный к по меньшей мере одной фазе питания L. При этом напряжение с по меньшей мере одной из фаз питания L передается на разрядник через по меньшей мере один плавкий предохранитель.
В одном из вариантов выполнения устройства по меньшей мере один из по меньшей мере трех электродов подключен к по меньшей мере одной фазе питания L через по меньшей мере один варистор в указанной последовательности, а другой электрод из по меньшей мере трех электродов подключен к нулевому проводу N через второй варистор. При этом параметр первого и параметр второго варистора одинаковы.
В другом варианте выполнения устройства выводы нулевого провода N включают в себя по меньшей мере два концевых провода, выводы заземляющего провода РЕ включают в себя по меньшей мере два концевых провода, выводы каждой фазы питания L (не менее одной) включают в себя по меньшей мере два концевых провода каждая соответственно. При этом по меньшей мере два концевых нулевых провода N, два концевых заземляющих провода РЕ и два концевых провода каждой из по меньшей мере одной фазы питания L образуют по меньшей мере две группы вывода.
В другом варианте выполнения устройства первая группа вывода из по меньшей мере двух групп вывода включает в себя высокочастотные ограничители, последовательно подключенные к концевым проводам каждой из по меньшей мере одной фазы питания L и концевому нулевому проводу N первой группы вывода и выполненные с возможностью ограничения высокочастотного сигнала в сети переменного тока с получением переменного тока на выходе.
В другом варианте выполнения устройства первая группа вывода дополнительно включает в себя первый ограничитель перенапряжения, параллельно подключенный по меньшей мере к концевому проводу N и концевому проводу L, передающему выходной переменный ток на первую группу вывода, и выполненный с возможностью ограничения перенапряжения, вырабатываемого в концевом проводе N и концевом проводе L, передающим выходной переменный ток.
В другом варианте выполнения устройства вторая группа вывода из по меньшей мере двух групп вывода включает в себя низкочастотные ограничители, последовательно подключенные к концевым проводам каждого из по меньшей мере одного провода L и концевому проводу N второй группы вывода и выполненные с возможностью ограничения низкочастотного сигнала в сети переменного тока с получением выходного сигнала.
В другом варианте выполнения устройства вторая группа вывода дополнительно включает в себя второй ограничитель перенапряжения, параллельно подключенный по меньшей мере к концевому проводу N и концевому проводу L, передающим выходной сигнал на вторую группу вывода, и выполненный с возможностью ограничения перенапряжения, вырабатываемого в концевом проводе N и концевом проводе L, передающим выходной сигнал.
Одним из вариантов предлагаемого изобретения является способ защиты от перенапряжений, состоящий в том, что при достижении определенного напряжения между двумя электродами из по меньшей мере трех электродов разрядника проводится электрический ток между двумя электродами. При этом данные по меньшей мере три электрода по отдельности параллельно подключены соответственно к нулевому проводу N, заземляющему проводу РЕ и по меньшей мере одной фазе питания L сети переменного тока.
Другой вариант способа также учитывает разделение выходного переменного тока и выходного сигнала на концевых проводах с защитой от разрядника, при этом защита от перенапряжения обеспечивается отдельно для выходного переменного тока и выходного сигнала.
Посредством вариантов выполнения изобретения электрический ток проводится между двумя электродами из по меньшей мере трех электродов разрядника, когда напряжение между двумя электродами достигает определенной величины. При этом по меньшей мере три электрода соответственно параллельно подключены к одному нулевому проводу N, одному заземляющему проводу РЕ и по меньшей мере одной фазе питания L в сети переменного тока. Таким образом решается проблема ослабления PLC-сигнала при прямом соединении варистора с проводом питания и гарантируется качество PLC-сигнала на проводе питания.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые к описанию чертежи позволяют лучше понять суть изобретения и являются частью заявки. Варианты выполнения изобретения, приведенные в описании и показанные на прилагаемых чертежах, раскрывают сущность изобретения, но не в коем случае его не ограничивают. Прилагаемые чертежи:
Фиг. 1 - Фазовая диаграмма устройства для защиты от перенапряжений в одном из вариантов выполнения изобретения;
Фиг. 2 - Фазовая диаграмма первого варианта выполнения устройства для защиты от перенапряжений;
Фиг. 3 - Фазовая диаграмма второго варианта выполнения устройства для защиты от перенапряжений;
Фиг. 4 - Фазовая диаграмма третьего варианта выполнения устройства для защиты от перенапряжений;
Фиг. 5 - Фазовая диаграмма контура защиты от перенапряжений в одном из вариантов выполнения изобретения.
Развернутое описание вариантов выполнения изобретения
Следует иметь в виду, что варианты выполнения изобретения и их характеристики могут совмещаться друг с другом, если это не противоречит формуле изобретения. Далее приведено развернутое описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи и в сочетании с вариантами выполнения изобретения.
Предлагается вариант выполнения изобретения устройства защиты от перенапряжений. Устройство включает в себя разрядник. Разрядник включает в себя три или более электродов, при этом данные электроды по отдельности соответственно параллельно подключаются к нулевому проводу N, заземляющему проводу РЕ и одной или более фазе питания L в сети переменного тока. В данном варианте выполнения изобретения количество электродов разрядника не должно быть меньше общего числа проводов, как указано выше, т.е. нулевой провод N, заземляющий провод РЕ и одна или более фаза питания L, что обеспечивает параллельное подключение по меньшей мере одного отдельного электрода разрядника к каждому соответствующему проводу питания соответственно.
Если межэлектродное напряжение между любыми двумя электродами из по меньшей мере трех достигает определенного уровня, между этими двумя электродами пропускается электрический ток для снижения напряжения и снятия перенапряжения с подключенного провода питания.
На Фиг. 1 изображена фазовая диаграмма устройства для защиты от перенапряжений в одном из вариантов выполнения изобретения. На Фиг. 1 показана схема подключений разрядника (10) к трем электродам в устройстве для защиты от перенапряжений и фазе питания L, нулевому проводу N и заземляющему проводу РЕ в сети однофазного переменного тока.
Отметим, что устройство защиты от перенапряжений также может включать в себя разрядник с пятью электродами для использования в сети трехфазного переменного тока по принципу подключения, аналогичному изображенному на Фиг. 1.
С помощью этого устройства можно значительно уменьшить ослабление высокочастотного PLC-сигнала путем использования разрядника, поскольку паразитная емкость между электродами разрядника значительно ниже, чем паразитная емкость между двумя выводами варистора. Кроме того, при возникновении перенапряжений перепад напряжения между фазой питания L и нулевым проводом N можно реализовать путем использования разрядника в режиме защиты противофазного включения. Также при возникновении перенапряжений используется перепад напряжения между фазой питания L и заземляющим проводом РЕ и перепад напряжения между нулевым проводом N и заземляющим проводом РЕ для одновременного обеспечения защиты при синфазном включении. В отличие от раздельной защиты синфазного и противофазного включений в смежных технологиях, в данном изобретении используется меньше устройств при реализации защиты синфазного и противофазного включений одновременно. Следовательно, проблема значительного ослабления PLC-сигнала при прямом соединении варистора с проводом питания решается путем использования устройства, при этом гарантируется качество PLC-сигнала.
В другом варианте выполнения изобретения разрядник (10) представляет собой газоразрядную трубку, также называемую воздушным разрядным устройством.
На Фиг. 2 изображена фазовая диаграмма первого варианта выполнения устройства для защиты от перенапряжений. В соответствии с Фиг. 2, этот вариант выполнения устройства также включает в себя по меньшей мере один плавкий предохранитель (20), последовательно подключенный к одной и более фазе питания L. При этом напряжение с каждой из фаз питания L передается на разрядник (10) через по меньшей мере один плавкий предохранитель (20). Здесь используется по меньшей мере один плавкий предохранитель (20) для защиты контура, подключенного к выходу сети переменного тока. В качестве примера используемый по меньшей мере один плавкий предохранитель (20) включает в себя токоограничивающий предохранитель или другие элементы для подключения к контуру, включая материалы, расплавляющиеся при высоких температурах.
На Фиг. 3 изображена фазовая диаграмма второго варианта выполнения устройства для защиты от перенапряжений. В соответствии с Фиг. 3, по меньшей мере один варистор в предпочтительном варианте выполнения последовательно подключается между фазой питания L и электродом, подключенным параллельно к фазе питания L, или между нулевым проводом N и электродом, подключенным параллельно к нулевому проводу N, для формирования стабильного снижения напряжения между фазой питания L и нулевым проводом N по нелинейной характеристике варистора. В одном из вариантов выполнения параметр варистора (42), подключенного между фазой питания L и электродом, равен параметру варистора (44), подключенного между нулевым проводом N и электродом, следовательно, падение напряжения между фазой питания L и соответствующим электродом разрядника (10) равно падению напряжения между нулевым проводом N и соответствующим ему электродом разрядника (10). Варистор представляет собой предохранительный ограничитель напряжения. Благодаря нелинейности характеристик варистора он может фиксировать напряжение на относительно постоянном уровне при возникновении перенапряжения между двумя электродами варистора и, таким образом, защищает контур после замыкания.
На Фиг. 4 изображена фазовая диаграмма третьего варианта выполнения устройства защиты от перенапряжений. В одном из вариантов выполнения выводы (412) и (414) нулевого провода N выходят через порт нулевого провода N, при этом порт параллельно подключен к электроду разрядника (10); выводы (422) и (424) заземляющего провода РЕ выходят через порт заземляющего провода РЕ, который параллельно подключен к электроду разрядника (10); выводы (432) и (434) фазы питания L выходят через порт соответствующей фазы питания L, который параллельно подключен к электроду разрядника (10). Концевые провода N, концевые провода РЕ и концевые провода L можно разделить на две группы вывода. К примеру, в сети однофазного переменного тока первая группа вывода может включать в себя один концевой провод N (412), один концевой провод РЕ (422) и один концевой провод L (432). Вторая группа вывода может включать в себя один концевой провод N (414), один концевой провод РЕ (424) и один концевой провод L (434).
Данные две группы вывода могут по отдельности использоваться для вывода переменного тока низкой частоты и PLC-сигнала высокой частоты соответственно. Отметим, что количество групп вывода не ограничивается двумя. Так, несколько групп вывода можно использовать для вывода переменных токов низкой частоты, а другие несколько групп вывода для высокочастотных PLC-сигналов. Таким образом устройства, требующие различных степеней защиты от перенапряжений, можно защитить соответствующим образом.
Группа вывода для вывода переменного тока низкой частоты и группа вывода для высокочастотного PLC-сигнала будут подробнее рассмотрены далее.
В соответствии с Фиг. 4 рассматриваемого варианта выполнения устройства первая группа вывода переменного тока низкой частоты может включать высокочастотные ограничители (44), соответственно последовательно подключенные к концевому проводу L и концевому проводу N первой группы вывода и выполненные с возможностью ограничения высокочастотного сигнала в сети переменного тока с получением переменного тока на выходе. Высокочастотный ограничитель (44) может включать в себя контур развязки с индуктором с воздушным сердечником или другими типами индукторов с низким полным сопротивлением на переменный ток и высоким полным сопротивлением на PLC-сигнал, следовательно, изолируя и ограничивая высокочастотный PLC-сигнал.
В другом варианте выполнения устройства первая группа вывода дополнительно включает в себя первый ограничитель (46) перенапряжения, параллельно подключенный по меньшей мере к нулевому проводу N и фазе питания L, передающей выходной переменный ток на первую группу вывода, и выполненный с возможностью ограничения перенапряжения, вырабатываемого в концевом проводе N и концевом проводе L, передающих выходной переменный ток. Первый ограничитель (46) перенапряжения может включать в себя по меньшей мере один из следующих элементов: варистор, ограничитель неустойчивого напряжения или тиристорный ограничитель перенапряжения. Отметим, что первый ограничитель перенапряжения может, как вариант, представлять собой потенциальный разрядник с несколькими электродами, например, разрядник (10) для обеспечения защиты при синфазном и противофазном включении на нулевом проводе N, фазе питания L и заземляющем проводе РЕ соответственно.
В другом варианте выполнения устройства вторая группа для вывода высокочастотного PLC-сигнала включает в себя низкочастотные ограничители (48), соответственно последовательно подключенные к концевому проводу каждой из по меньшей мере одной фазы питания L и концевому проводу N второй группы вывода и выполненные с возможностью ограничения низкочастотного сигнала в сети переменного тока с получением выходного сигнала. Низкочастотный ограничитель (48) включает в себя контур развязки. Контур развязки включает в себя конденсатор, например, соответствующий требованиям безопасности высоковольтный керамический конденсатор, с высоким полным сопротивлением на переменный ток и низким полным сопротивлением на PLC-сигнал, вследствие чего обеспечивается изоляция и ограничение низкочастотного переменно-токового сигнала.
В другом варианте выполнения устройства вторая группа вывода дополнительно может включать в себя второй ограничитель (49) перенапряжения, подключенный по меньшей мере к концевому проводу N и концевому проводу L, передающим выходной сигнал на вторую группу вывода, и выполненный с возможностью ограничения перенапряжения, вырабатываемого в концевом проводе N и концевом проводе L, передающим выходной сигнал. Второй ограничитель (49) перенапряжения может включать в себя ограничитель неустойчивого напряжения.
Далее предлагается вариант выполнения способа защиты от перенапряжений. Данный способ применяется для описания процесса работы упомянутых выше устройств защиты от перенапряжений, может описываться в сочетании с применением функций описанных выше устройств, при этом описание далее по тексту не повторяется.
Данный способ заключается в том, что при достижении определенного напряжения между двумя электродами из по меньшей мере трех электродов разрядника между двумя этими электродами проводится электрический ток. При этом данные по меньшей мере три электрода по отдельности соответственно параллельно подключены к нулевому проводу N, заземляющему проводу РЕ и по меньшей мере одной фазе питания L сети переменного тока.
Другой вариант способа также учитывает разделение выходного переменного тока и выходного сигнала на концевых проводах с защитой от разрядника, при этом защита от перенапряжения обеспечивается для выходного переменного тока и выходного сигнала соответственно.
Описание с иллюстрациями приводится ниже в сочетании с вариантами выполнения изобретения.
Данный вариант изобретения относится к технологиям защиты от перенапряжений, в частности, к контуру защиты от перенапряжений порта питания переменного тока PLC-терминала. Защита от перенапряжений сети однофазного переменного тока описывается для варианта выполнения изобретения.
В данном варианте изобретения предлагается контур защиты от перенапряжений порта питания переменного тока PLC-терминала. Контур защиты от перенапряжений включает в себя один общий порт, один низкочастотный порт, один высокочастотный порт, один плавкий предохранитель, одно устройство первичной защиты от перенапряжений, один контур связи/развязки, одно устройство вторичной защиты от перенапряжений низкочастотного порта и одно устройство вторичной защиты от перенапряжений высокочастотного порта.
Общий порт, включающий в себя одну фазу питания L, один нулевой провод N и один заземляющий провод РЕ, подключен к сети переменного тока и выполнен с возможностью получения сигнала переменного тока и передачи PLC-сигнала. Фаза питания L, нулевой провод N и заземляющий провод РЕ снабжены двумя проводами ответвления каждый, при этом один комплект проводов ответвления образует низкочастотный порт (равносильно первой группе вывода) для передачи переменного тока на конвертер источника питания PLC-терминала, а второй комплект проводов ответвления образует высокочастотный порт (равносильно второй группе вывода), подключаемый к контуру связи PLC-терминала для передачи PLC-сигнала.
Плавкий предохранитель последовательно подключается к фазе питания L. Один конец плавкого предохранителя подключается к точке ответвления фазы питания L, а второй - к общему порту. В одном варианте выполнения изобретения плавкий предохранитель представляет собой токоограничивающий предохранитель или элемент для подключения к контуру, включающий в себя материалы, расплавляющиеся при высоких температурах.
Устройство первичной защиты от перенапряжений (соответствует разряднику 10) параллельно соединяется с фазой питания L, нулевым проводом N и заземляющим проводом РЕ и снабжено тремя соединительными концами, два из которых подключены к точкам ответвления фазы питания L и нулевого провода N, а средний конец подключен к заземляющему проводу РЕ. В данном варианте выполнения изобретения устройство первичной защиты от перенапряжений включает в себя три устройства защиты от перенапряжений, например, два варистора и одну газоразрядную трубку с тремя электродами.
В одном варианте выполнения изобретения оба варистора имеют одинаковый параметр, а один концевой варистор подключен с двух сторон к электродам газоразрядной трубки с тремя электродами соответственно.
В одном варианте выполнения изобретения два конца устройства первичной защиты от перенапряжений являются свободными концами варисторов, а средний конец контура первичной защиты от перенапряжений является промежуточным электродом газоразрядной трубки с тремя электродами.
Контур связи/развязки включает в себя два расцепительных устройства (соответствуют высокочастотным ограничителям) и два устройства связи (соответствуют низкочастотным ограничителям). Расцепительные устройства соответственно последовательно подключены к двум проводам ответвления низкочастотного порта и затем к фазе питания L и нулевому проводу N соответственно. Один конец расцепительного устройства подключен к точке ответвления по месту расположения самого устройства, а второй - к низкочастотному порту. Устройства связи соответственно последовательно подключены к двум проводам ответвления высокочастотного порта и затем к фазе питания L и нулевому проводу N соответственно. Один конец устройства связи подключается к точке ответвления по месту расположения самого устройства, а второй - к высокочастотному порту.
В одном варианте выполнения изобретения расцепительные устройства представляют собой индукторы с воздушным сердечником или другие типы индукторов с низким полным сопротивлением на переменный ток и высоким полным сопротивлением на PLC-сигнал.
В одном варианте выполнения изобретения устройства связи представляют собой соответствующие требованиям безопасности высоковольтные керамические конденсаторы или другие высоковольтные конденсаторы того же уровня безопасности с высоким полным сопротивлением на переменный ток и низким полным сопротивлением на PLC-сигнал.
Устройство вторичной защиты от перенапряжений низкочастотного порта (соответствует первому ограничителю перенапряжения) параллельно соединяется с двумя проводами ответвления низкочастотного порта и затем к фазе питания L и нулевому проводу N, а два конца устройства вторичной защиты от перенапряжений низкочастотного порта соответственно подключены к низкочастотному порту.
В одном варианте выполнения изобретения устройство вторичной защиты от перенапряжений низкочастотного порта включает в себя одно устройство защиты от перенапряжений в одним из следующих элементов: варистором, ограничителем неустойчивого напряжения или тиристорным ограничителем перенапряжения.
Устройство вторичной защиты от перенапряжений высокочастотного порта (соответствует второму ограничителю перенапряжения) параллельно соединяется с двумя проводами ответвления высокочастотного порта и затем с фазой питания L и нулевым проводом N. Два конца устройства вторичной защиты от перенапряжений высокочастотного порта соответственно подключены к высокочастотному порту.
В одном варианте выполнения изобретения устройство вторичной защиты от перенапряжений высокочастотного порта включает в себя одно устройство защиты от перенапряжений, например, двунаправленный ограничитель неустойчивого напряжения.
Предлагается достаточный уровень защиты от перенапряжений при синфазном и противофазном включении, обеспечиваемый без ущерба качеству передачи данных PLC-терминала. Кроме того, контуры достаточно просты и требуют меньшего количества устройств, а, следовательно, сокращают затраты на защиту от перенапряжений и пространство, занимаемое защитным контуром, что способствует разработке PLC-терминалов малого размера и низкой стоимости.
Описание и соответствующие чертежи контура защиты от перенапряжений порта питания переменного тока на PLC-терминале приведены ниже.
Фиг. 5 - Фазовая диаграмма контура защиты от перенапряжений в одном из вариантов выполнения изобретения. В соответствии с Фиг. 5:
Общий порт включает в себя одну фазу питания L, один нулевой провод N и один заземляющий провод РЕ, подключается к сети переменного тока и выполнен с возможностью получения сигнала переменного тока и передачи PLC-сигнала. Фаза питания L, нулевой провод N и заземляющий провод РЕ снабжены двумя проводами ответвления каждый. При этом каждое одно ответвление образует низкочастотный порт для передачи переменного тока на конвертер источника питания PLC-терминала, а каждое второе ответвление образует высокочастотный порт, подключаемый к контуру связи PLC-терминала для передачи PLC-сигнала.
Контур связи/расцепления включает в себя расцепительные устройства, в данном варианте выполнения изобретения являющиеся индукторами L1 и L2 соответственно, последовательно подключенные к проводам ответвления фазы питания L и нулевого провода N низкочастотного порта, и устройства связи, в данном варианте выполнения изобретения являющиеся конденсаторами С1 и С2 соответственно, последовательно подключенные к проводам ответвления фазы питания L и нулевого провода N высокочастотного порта. PLC-сигнал не пропускается, если идет передача переменного тока на низкочастотный порт через индукторы путем использования низкой характеристики полного сопротивления индукторов при низкой частоте переменного тока и высокой характеристики полного сопротивления индукторов при высокой частоте PLC-сигнала. Переменный ток не пропускается, если допускается дублирование PLC-сигнала через высокочастотный порт и общий порт через конденсаторы путем использования высокой характеристики полного сопротивления конденсатора при низкой частоте переменного тока и низкой характеристики полного сопротивления при высокой частоте PLC-сигнала. Контур связи/развязки разделяет переменный ток и PLC-сигнал на низкочастотный порт и высокочастотный порт, а затем объединяет переменный ток и PLC-сигнал на общий порт.
Плавкий предохранитель F1 последовательно подключается к фазе питания L. В данном варианте выполнения изобретения плавкий предохранитель F1 предпочтительно является токоограничивающим предохранителем или элементом для подключения к контуру, состоящим из материалов, расплавляющиеся при высоких температурах. Когда ток с фазы питания L превышает определенный порог в течение установленного периода времени, происходит размыкание цепи и оплавление предохранителя F1 для реализации защиты от сверхтоков.
Устройство первичной защиты от перенапряжений является сочетанием трех устройств защиты от перенапряжений. Например, устройство первичной защиты от перенапряжений, показанное на Фиг. 5, - это набор двух варисторов RV1 и RV2 с одинаковыми техническими характеристиками и газоразрядными трубками GDT1 с тремя электродами. Один конец варистора RV1 подключается к точке ответвления фазы питания L, а второй - к электроду газоразрядной трубки GDT1 с тремя электродами, с одной стороны. Электрод с обратной стороны газоразрядной трубки GDT1 с тремя электродами подключается к одному из концов варистора RV2, а другой конец варистора RV2 подключается к точке ответвления на нулевом проводе N. Промежуточный электрод газоразрядной трубки GDT1 с тремя электродами подключается к точке ответвления на заземляющем проводе РЕ.
Устройство вторичной защиты от перенапряжений низкочастотного порта является устройством защиты от перенапряжений и представляет собой варистор RV3, показанный на Фиг. 5. Также это может быть ограничитель неустойчивого напряжения или тиристорный ограничитель перенапряжения в зависимости от основных эксплуатационных характеристик. Оба конца варистора RV3 подключены к концевым проводам, расположенным вблизи от низкочастотного порта, индукторов L1 и L2. Индукторы L1 и L2, сдерживающие PLC-сигнал, также используются для изоляции устройств первичной защиты от перенапряжений и вторичной защиты от перенапряжений, т.е. действуют как индукторы-расцепители.
Устройство вторичной защиты от перенапряжений высокочастотного порта является устройством защиты от перенапряжений. Например, устройство вторичной защиты от перенапряжений высокочастотного порта представляет собой двунаправленный ограничитель неустойчивого напряжения TVS1 (Фиг. 5). Оба конца ограничителя неустойчивого напряжения TVS1 подключены к концевым проводам, расположенным вблизи от высокочастотного порта, конденсаторов С1 и С2.
Как правило, емкость перехода варистора находится в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч пикофарад. Однако паразитная емкость между фазой питания L и нулевым проводом N после подключения в контур устройства первичной защиты от перенапряжений является последовательным подключением паразитных емкостей двух варисторов RV1 и RV2 и паразитной емкости между электродами с двух сторон газоразрядной трубки GDT1 с тремя электродами. На основании принципа последовательного подключения емкостей можно понять, что паразитная емкость между фазой питания L и нулевым проводом N меньше, чем паразитная емкость между двумя электродами с двух сторон газоразрядной трубки GDT1 с тремя электродами. Паразитная емкость между двумя электродами с двух сторон газоразрядной трубки GDT1 с тремя электродами составляет несколько пикофарад и даже меньше 1 пикофарада, следовательно, маловероятно, что устройство первичной защиты от перенапряжений заглушит высокочастотный PLC-сигнал и окажет хоть сколько-нибудь значимое влияние на качество передачи данных на PLC-терминал. Поскольку индукторы L1 и L2 препятствуют прохождению высокочастотного PLC-сигнала, паразитная емкость вторичного контура защиты от перенапряжений на концевых проводах индукторов L1 и L2 не глушит PLC-сигнал. Следовательно, устройство вторичной защиты от перенапряжений низкочастотного порта не влияет на качество передачи данных на PLC-терминал. Поскольку паразитная емкость ограничителя неустойчивого напряжения может быть менее 1 пикофарада, то данный ограничитель, действующий как устройство вторичной защиты от перенапряжений высокочастотного порта, едва ли повлияет на PLC-сигнал. Другими словами, контур защиты от перенапряжений варианта выполнения изобретения едва ли повлияет на качество передачи данных на PLC-терминал.
Если провод питания находится только под номинальным напряжением, напряжения с двух выводов варисторов и газоразрядной трубки меньше, чем действительное напряжение. Следовательно, варисторы и газораспределительная трубка не срабатывают и, соответственно, будет сохраняться высокий уровень сопротивления, что едва ли повлияет на нормальную работу контура.
Устройство первичной защиты от перенапряжений срабатывает, когда между фазой питания L и заземляющим проводом РЕ и/или между нулевым проводом N и заземляющим проводом РЕ порта питания PLC-терминала возникает синфазное перенапряжение положительной полярности. В то же время варистор RV1 и газоразрядная трубка GDT1 с тремя электродами сбрасывают напряжение с фазы питания L через промежуточный электрод трубки GDT1, а варистор RV2 и газоразрядная трубка GDT1 с тремя электродами сбрасывают напряжение с нулевого провода N через промежуточный электрод трубки GDT1.
Когда между фазой питания L и нулевым проводом N порта питания PLC-терминала возникает синфазное перенапряжение положительной полярности, устройство первичной защиты от перенапряжений срабатывает вследствие функции расцепления индукторов L1 и L2 и функции блокировки конденсаторов С1 и С2. В то же время, варистор RV1, газоразрядная трубка GDT1 с тремя электродами и варистор RV2 сбрасывают повышенное напряжение. Устройство вторичной защиты от перенапряжений будет срабатывать, если фиксирующее напряжение устройства первичной защиты от перенапряжений больше, чем управляющее напряжение устройства вторичной защиты от перенапряжений. В то же время, остаточное повышенное напряжение на низкочастотном порту сбрасывается через варистор RV3, а остаточное повышенное напряжение на высокочастотном порту сбрасывается через варистор RV1.
Как только устранено перенапряжение на порту питания PLC-терминала, варисторы переходят в режим высокого сопротивления, а газоспуск газоразрядной трубки эффективно гасится, переходит в закрытое состояние, при этом не влияя на нормальную работу контура.
Принцип сброса перенапряжения отрицательной полярности аналогичен сбросу перенапряжения положительной полярности, и поэтому подробно рассматриваться не будет.
Устройство первичной защиты от перенапряжений использует контур, в котором варисторы и газоразрядная трубка подключены последовательно, следовательно, для варистора можно выбрать относительно низкое управляющее напряжение при условии, что максимальный ток и обратный ток варистора отвечает требованиям. Поэтому фиксирующее напряжение варисторов также относительно низкое.
В синфазном режиме защиты от перенапряжений фиксирующее напряжение устройства первичной защиты от перенапряжений представляет собой сумму фиксирующего напряжения одного варистора (RV1 или RV2) и напряжения (между одним из боковых электродов и промежуточным электродом) газоразрядной трубки GDT1 после ее разрядки. Подходящий тип устройства для гарантии уровня напряжения ниже выдерживаемого на последующих устройствах легко подобрать и, следовательно, выполнить требование к уровню защиты.
В противофазном режиме защиты от перенапряжений фиксирующее напряжение устройства первичной защиты от перенапряжений представляет собой сумму фиксирующих напряжений двух варисторов (RV1 и RV2) и напряжения (между одним из боковых электродов и промежуточным электродом) газоразрядной трубки GDT1 после ее разрядки. Напряжение примерно в два раза выше фиксирующего напряжения в синфазном режиме. Защита также обеспечивается использованием устройства вторичной защиты.
Таким образом, в соответствии с основным и примерными вариантами выполнения изобретения, защита в синфазном режиме обеспечивается устройством первичной защиты от перенапряжений, а в противофазном режиме - устройством вторичной защиты от перенапряжений через контур защиты от перенапряжений порта питания PLC-терминала. Защитный контур практически не влияет на передачу данных по электросетям, достаточно прост и очень надежен при использовании меньшего количества устройств, что тем самым снижает стоимость контура и сокращает занимаемые им пространственные объемы.
Промышленная применимость
Посредством вариантов выполнения изобретения электрический ток проводится между двумя электродами из по меньшей мере трех электродов разрядника, когда напряжение между двумя электродами достигает определенной величины. Проблема сильного ослабления PLC-сигнала при прямом соединении варистора с проводом питания решается путем параллельного подключения по меньшей мере трех электродов к нулевому проводу N, заземляющему проводу РЕ и по меньшей мере одной фазе питания L сети переменного тока соответственно, что гарантирует качество PLC-сигнала в проводе питания.
Выше дано описание частных вариантов выполнения настоящего изобретения, которые ни в коем случае не ограничивают его. Специалисты в данной области могут вносить различные изменения и дополнения к предлагаемому описанию. Любые изменения, эквивалентные замены, улучшения и т.д., выполненные на основании принципов предлагаемого изобретения, входят в пределы охраны, обозначенные в формуле изобретения.