УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ СВЯЗИ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Устройство для защиты оборудования связи от повреждений предназначено для защиты его от импульсов, возникающих в силовой сети питающей это оборудование связи при воздействии на силовую сеть индуцированных молнией перенапряжений. Предлагаемое устройство позволяет также обеспечить защиту от длительных и кратковременных отклонений напряжения в сети электроснабжения от номинального значения, радиопомех, коммутационных импульсных перенапряжений, наносекундных импульсных помех, периодических импульсных помех.
Одним из прототипов устройства для защиты оборудования от повреждений разными импульсами, возникающими в силовых цепях, является фильтр для подавления помех в сетях электроснабжения. Фильтр используется для подавления помех в проводах сетевого питания зданий и других электронных устройств большой мощности. Фильтр содержит металлический корпус, разделенный на отсеки экранирующими перегородками, проходные конденсаторы, катушки индуктивности, блоки сильноточных резисторов и низкочастотные дроссели. Данный фильтр позволяет повысить качество подавления помех и расширить диапазон подавления помех. (см. патент №2138914 Н04В 15\02 Фильтр для подавления помех в сетях электроснабжения).
Недостатком фильтра для подавления помех в сетях электроснабжения является высокая сложность и, как следствие, высокая стоимость. Этот фильтр экономически не выгодно применять в сравнительно простых и дешевых устройствах. В тоже время для многочисленных и разнообразных телекоммуникационных систем требуется иной, более дешевый и универсальный подход к решению проблем помехоустойчивости.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является сглаживающий фильтр RC.
Схема сглаживающего фильтра приведена на рисунке 1.
Амплитудно-частотная характеристика такого фильтра описывается выражением
(1)
Где R - активное сопротивление фильтра
Rн - нагрузочное активное сопротивление фильтра
С - реактивное сопротивление фильтра
- частота поступающего сигнала на фильтр
К() - коэффициент передачи фильтра в зависимости от частоты сигнала поступающего на вход фильтра.
Как следует из выражения (1), величина сигнала приходящего на нагрузочное сопротивление Rн зависит от частоты переменного сигнала на входе этого фильтра.
При повышении частоты входного сигнала коэффициент передачи сигнала на нагрузку Rн уменьшается.
При проектировании подобных фильтров основную роль по снижению сигнала на нагрузке отдавалось конденсатору фильтра С.Увеличение сопротивления R фильтра, как правило, было ограничено, так как на этом сопротивлении происходило снижение полезного сигнала, поэтому данный фильтр нашел широкое применение в маломощных источниках постоянного напряжения.
Другим недостатком данного фильтра является его технологическая сложность, связанная с наличием в названном фильтре конденсатора, который в некоторых случаях имеет достаточно большие габариты, особенно в случае фильтрации высоких напряжений, а конденсаторы, работающие при высоких напряжениях, имеют повышенные габаритные размеры. Это приводит к увеличению физических размеров фильтра и размер платы на которой он размещается. Все вышесказанное приводит к увеличению трудозатрат при его производстве и усложнению технологии его производства
Вышесказанное объясняет, почему данные фильтры не нашли широкого распространения при защите оборудования от повреждений индуцированных молнией перенапряжений.
Целью предполагаемой полезной модели - упрощение устройства защиты оборудования связи от перенапряжений возникающих в цепях питания такого оборудования, например от грозы.
Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введенное активное защитное сопротивление включено последовательно в цепь, соединяющую источник силового питания и силовой трансформатор, входящий в защищаемый электронный блок. Защитные свойства резистора проявляются сильнее, если его величина составляет не менее 0,5 от величины омического сопротивления первичной обмотки силового трансформатора вышеназванного электронного блока. В тоже время электронный блок при работе подключен с помощью двухпроводных линий к телефону абонента и автоматической телефонной станции.
Величина включаемого активного резистора должна быть не менее половины величины активного сопротивления первичной обмотки силового трансформатора защищаемого оборудования связи.
Исключение из состава фильтра конденсатора приводит к уменьшению размеров предлагаемого фильтра и его упрощению. Увеличение величины активного сопротивления фильтра не ведет к существенным электрическим потерям при условии небольшого потребления мощности от силовой сети телекоммуникационным оборудованием. В свою очередь защищенность оборудования возникающими в силовой сети импульсами помех и его помехоустойчивость оказываются достаточно хорошей.
Рассмотрим причину высокой помехоустойчивости телекоммуникационного оборудования использующего предлагаемое устройство для защиты от воздействия помех в силовой сети в виде защитного резистора.
Возникающий в силовой цепи импульс помехи вызванный, например, грозой, имеет спектральный состав, лежащий в пределах нескольких сот килогерц. В оборудовании связи, как правило, используются силовые трансформаторы питаемые от силовой сети частотой 50 Гц. У этих трансформаторов потери на перемагничивание сердечника растут с повышением частоты питающей сети. Повышение этих потерь приводит к повышению активной составляющей тока, протекающего через первичную обмотку трансформатора. В то же время, увеличение активной составляющей тока эквивалентно увеличению величины активного сопротивления в первичной цепи трансформатора. Это объясняется тем, что реактивная составляющая тока уменьшается. При высоких частотах реактивная составляющая становится настолько малой, что ею можно пренебречь и учитывать только активное сопротивление. Таким образом с некоторым допущением на высоких частотах силовой трансформатор можно заменить активным сопротивлением. (см. Электротехника И.М.Иванов, М.М.Могилевский, Ю.Б.Россов, военное издательство министерства обороны СССР, Москва 1966, стр.466).
С учетом замены трансформатора активным сопротивлением и наличия активного защитного сопротивления входная цепь для импульса помехи может быть представлена в виде последовательно включенных резисторов.
Амплитудно-частотная характеристика такой цепи при отсутствии реактивных сопротивлений может быть представлена с учетом выражения (1), как
где R - активное сопротивление фильтра
Rн - активное сопротивление нагрузки
Из выражения (2) следует, что величина возникшего сигнала на сопротивлении нагрузки уменьшается, причем чем больше величина активного сопротивления фильтра, тем меньше величина сигнала на активном сопротивлении нагрузки.
Очевидно, что одновременно с уменьшением сигнала на нагрузке увеличиваются потери на активном сопротивлении фильтра за счет рассеивания, что ограничивает величину этого сопротивления.
В последнее время в связи с микроминиатюризацией оборудования связи потребляемая мощность этим оборудованием снижается, снижается и величина тока потребления им.
Если между источником силового питания и первичной обмоткой силового трансформатора оборудования связи включить активное сопротивление, играющее роль защитного сопротивления, то в соответствии с выражением (2), возникший в силовой цепи импульс помехи и появившийся на клеммах первичной обмотки силового трансформатора, уменьшится на величину зависящую от величины включенного активного сопротивления фильтра. Чем больше величина этого сопротивления, тем негативное влияние импульса помехи на входе первичной обмотки трансформатора уменьшается.
Опытным путем было установлено, что при величине активного сопротивления не менее 0,5 от величины омического сопротивления первичной обмотки силового трансформатора оборудования связи влияние импульса помехи в силовой цепи на защищаемое оборудование значительно снижается. В то же время потери на этом защитном сопротивлении увеличиваются, но из за малого потребления оборудованием связи эти потери оказываются малыми. Использование для защиты от повреждений электронного оборудования активного резистора приводит к упрощению устройства защиты и снижению ее стоимости и габаритов.
Работа заявляемого устройства происходит следующим образом.
В исходном состоянии, при отсутствии каких-либо возмущающих факторов, работа оборудования связи происходит в рабочем режиме. При этом в первичной цепи силового трансформатора 1 электронного оборудования связи 2 связанного с телефонной станцией 3 и телефоном 4 с помощью двухпроводных линий 7 протекает ток соответствующий номинальной величине.
При возникновении в источнике силового питания 5 возмущающего мощного импульса помехи, вызванного например грозой, часть этого импульса помехи падает на активном защитном сопротивлении 6, стоящем в силовой цепи. Следствием этого является снижение величины напряжения помехи на вторичных обмотках трансформатора 1. Понижение величины напряжения помехи на выходных обмотках трансформатора 1 приводит к снижению вероятности повреждения электронного блока 2.
Блок-схема устройства для защиты оборудования связи от повреждений приведена на рисунке 2.
Примером оборудования связи использующего предлагаемую защиту от импульсов помех в силовой сети в виде активного резистора включенного последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора является абонентская высокочастотная установка АВУ «Паскаль».
Для своей работы эта установка подключалась к силовой сети 220 В, телефону абонента и линии связи, связывающей ее с автоматической телефонной станцией АТС.
В процессе эксплуатации на реальных линиях связи оказалось, что она сильно повреждается в летний грозовой период. После установки предлагаемой защиты в виде активного резистора, повреждаемость АВУ снизилась в 5 раз. С целью оптимизации конструкции электронного блока дополнительный активный резистор установлен вместо имеющегося в блоке впаиваемого предохранителя.
Используемый в качестве защитного резистор, установленный в блоке абонентской высокочастотной установке «Паскаль», имеет рассеиваемую мощность 0.125 ватт при величине сопротивления 820 Ом. Малые габариты резистора легко вписываются в габаритные размеры вышеназванного блока. Использование для защиты от повреждений электронного оборудования активного резистора приводит к упрощению устройства защиты и снижению ее стоимости и габаритов.