УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ ЦЕПЕЙ ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (УЗК-ЦПТ)

Настоящее техническое решение относится к устройствам защиты оборудования, работающего в цепях питания постоянного тока, от импульсных помех и контроля потребляемого оборудованием тока. Устройство непосредственно реагирует на недопустимое отклонение от нормальных электрических рабочих параметров и осуществляет автоматическое отключение с последующим восстановлением соединения, а также обеспечивает после отключения подачу контрольного и предупредительного сигналов.
Из существующего уровня техники известно устройство контроля внешнего освещения, предназначенное для проверки работоспособности ламп внешнего освещения, расположенных на мачтах и выдачи аварийного сигнала при неисправности (http://www.byte.sp.ru/control.htm). Устройство представляет собой пластиковый корпус, внутри которого расположена система микропроцессорного управления, контакты для подключения индикаторов, кнопки калибровки и контакты для калибровки по напряжению. Устройство имеет кнопку калибровки для выставления контролируемой мощности. Метод измерения тока - с помощью встроенного в устройство шунта. Производится ООО "Пауэр сервис инжиниринг", сертификат соответствия № РОСС RU.МЛ02.A00033 от 25.07.2005 г. Предназначено для стационарного использования в производственном, офисном или ином помещении.
В современных системах освещения используют светодиодные источники (например, система светоограждения мачт базовых станций операторов связи). Они, в отличие от ламп накаливания, потребляют в десять раз меньше электроэнергии при той же освещенности и имеют в пятьдесят раз больший срок службы. Но светодиодам необходим источник постоянного напряжения. Также в связи с многократно большим значением внутреннего сопротивления по сравнению с лампами накаливания светодиоды подвержены влиянию импульсных помех. И, в частности, электромагнитных полей от разрядов электрических молний. Поэтому светодиодным источникам необходима защита как по току, так и от импульсных помех. Существующие источники питания светодиодных ламп, к сожалению, осуществляют защиту только по току. К тому же им требуется дополнительный источник первичного питания.
Предлагаемое устройство решает задачи защиты по току, защиты от импульсных помех и работает непосредственно от источника питания светодиодных ламп.
Техническим результатом является повышение надежности защиты и обеспечение надежного энергоснабжения и надежной защиты цепей электропитания оборудования от импульсных перенапряжений, обеспечение безаварийной работы электропитающей установки в условиях воздействий ударов молний и коротких замыканий, повышение надежности устройства контроля оборудования за счет применения аналоговых схем при проектировании.
Технический результат достигаются за счет того, что заявленное устройство защиты и контроля цепей питания постоянного тока включает в себя корпус, в котором располагаются два независимых модуля: узел защиты от избыточного тока и короткого замыкания (УКПТ), осуществляющий многократное увеличение проходного сопротивление электрическому току, контроль и сигнализацию отклонений тока от номинального значения, и быстродействующий узел защиты цепей питания от импульсных помех, регулирования и контроля порогового значения напряжения (УЗЦП), осуществляющий также подключение высокоамперного разрядного канала к заземляющему устройству, включенный в цепь последовательно с УКПТ.
Причем в УЗЦП реализована двухкаскадная схема защиты с дроссельной развязкой, обеспечивающей быстродействие и защиту от высокомощных импульсов тока. Номинальный импульсный разрядный ток не менее 10 кА. Максимальное рабочее напряжение цепи питания 72 В, максимальный рабочий ток цепи питания не менее 1 А. Статическое напряжение срабатывания разрядника 90±20% В. Классификационное напряжение срабатывания варистора 100±10% В. Время срабатывания защиты по напряжению 25 нс. Вносимая индуктивность 22 мкГн. Ток утечки менее 1 мкА.
УКПТ устанавливается в разрыв цепи электропитания постоянным током напряжением до 72 В. Имеет сигнальный выход в виде контактов, замыкающихся при уменьшении величины потребляемого тока ниже установленного значения. При увеличении потребляемого тока выше максимального рабочего тока цепи, устройство переходит в высокоомное состояние, что обеспечивает защиту от сгорания самого устройства контроля и оборудования, питающегося от той же цепи. Потребляемая мощность не более 1 Вт.
Дополнительно устройство оборудовано элементом защиты от скачков напряжений со стороны источника питания.
Полезная модель обеспечивает класс защиты электрических цепей от перенапряжений не менее III (согласно ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98)).
В качестве корпуса устройства могут применяться следующие виды: корпус модульный пластиковый со степенью защиты оболочки электрооборудования от проникновения твердых предметов и воды (в соответствии с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96) не менее IP20; электротехническая коробка со степенью защиты оболочки электрооборудования от проникновения твердых предметов и воды не менее IP20; пластиковый или металлический корпус для установки в 19 дюймовую стойку стандартной высотой 1U или 2U. Устройство защиты цепей питания от импульсных помех (УЗЦП) и устройство контроля потребляемого тока (УКПТ) могут выполняться отдельно в корпусах из самозатухающего ABS-пластика на рейку DIN 35 мм. Ширина устройства соответствует 34 мм (2 DIN).
Область применения устройства защиты и контроля цепей питания постоянного тока: световое ограждение высотных объектов, системы контроля доступа, видеонаблюдения, телекоммуникационное оборудование и др.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых изображено:
На Фиг.1 - устройство защиты и контроля цепей питания постоянного тока (УЗК-ЦПТ мод. А) представлено в корпусе модульном пластиковом на 6 модулей с размещением на DIN-рейку (поз.1). Платы модулей УЗЦП (поз.3) и УКПТ (поз.2) размещены в отдельных корпусах из самозатухающего ABS-пластика шириной 35 мм (2 DIN).
На Фиг.2 представлено устройство защиты и контроля цепей питания постоянного тока (УЗК-ЦПТ мод. Б). Платы модулей УЗЦП и УКПТ размещены в единой электротехнической коробке.
На Фиг.3 представлено устройство защиты и контроля цепей питания постоянного тока мод. В - платы модулей защиты и контроля размещаются в корпусе для монтажа в 19 дюймовую стойку.
На Фиг.4 представлен пример выполнения двухкаскадной схемы защиты с дроссельной развязкой.
Работает устройство защиты и контроля цепей питания постоянного тока следующим образом.
Защита от сверхтоков в УКПТ реализована на базе полимерного позистора с максимальным рабочим током 1 А (возможны варианты). При коротком замыкании в кабеле или контролируемом оборудовании ток возрастает и при значении тока более 1,5 А позистор переходит в высокоомное состояние и большая часть напряжения на нем падает. Одновременно загорается красный светодиод «перегрузка по току» на корпусе устройства.
Контроль потребляемого тока в УКПТ реализован на оптическом реле, имеющем контакты на замыкание или размыкание. Для повышения стабильности работы оптического реле в схему включен пороговый усилитель.
Схема контроля потребляемого тока настраивается при выпуске с производства в пределах 200-1000 мА с шагом 50 мА и работает следующим образом: при выходе из строя одной или нескольких контролируемых единиц оборудования потребляемый ток снижается и при достижении определенного предела свидетельствует о частичном или полном выходе из строя контролируемого оборудования.
Таким образом, сигнал неисправности выдается как при снижении уровня потребляемого тока ниже порогового значения, так и при коротком замыкании в кабеле или контролируемом оборудовании.
В УЗЦП защита от больших токовых перегрузок реализована посредством включения в цепи прямого и обратного проводов дросселя, варистора и газоразрядника. При возникновении импульса перенапряжения сначала срабатывают варисторы и ток начинает протекать по цепи дроссель - варистор. В магнитопроводе дросселей возникают магнитные потоки, ограничивающие мощность, выделяемую на варисторах, что исключает возможность их сгорания. Затем включаются газовые разрядники, а варисторы выключаются.