УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ АППАРАТУРЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ АППАРАТУРЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Полезная модель относится к области электротехники, преимущественно к схемам защиты телекоммуникационного аппаратуры от избыточного напряжения на линиях связи, реагирующим на напряжение выше нормального, без отключения защищаемой аппаратуры от линий связи.
Известны устройства защиты аппаратуры от избыточного напряжения 1, 2. Для защиты аппаратуры от токов высокого напряжения каждое такое устройство содержит трехэлектродный газонаполненный разрядник, два вывода которого соединены с входными выводами устройства, предназначенными для подключения к линии связи, а третий вывод соединен с заземлением. Недостатком является малое быстродействие и ограниченные функциональные возможности, так как они предназначены только для двухпроводных линий. При кратковременных импульсах перенапряжений на линии электронная аппаратура может выйти из строя до того, как сработает защита.
Известно также устройство защиты аппаратуры связи от избыточного напряжения 3. Это устройство содержит разрядник и полупроводниковые приборы - варисторы, терморезисторы. Его недостатком является ограниченные функциональные возможности, так как он предназначен только для двухпроводных линий.
Известно также устройство защиты от грозовых импульсов перенапряжений двухпроводной линии связи 4. Это устройство содержит включенные в каждый из проводов разрядник, который соединен с каждым из входных выводов и контуром заземления, разделительные электрические сопротивления, выполненные в виде дросселей, включенных последовательно в каждый из проводов, двусторонние полупроводниковые ограничители напряжения, подсоединенные между
напряжения, подсоединенные между выходными клеммами и заземляющим
контуром. Его недостатком является также ограниченные функциональные
возможности, так как он предназначен только для двухпроводных линий связи.
Известно также устройство для защиты от грозовых импульсов перенапряжений
трехпроводной линии связи 5.
Оно может быть использовано для защиты от перенапряжений цифровых
телефонных станций и абонентского оборудования; содержит терморезисторы,
варисторы и разрядники. Устройство подключается к заземленному проводу и к
двум другим проводам трехпроводной линии.
Однако оно имеет ограниченные функциональные возможности - не
предназначено для четырехпроводных линий связи.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для защиты от перенапряжений по патенту США 6.
Согласно патенту 6 для защиты системы, показанной на фиг. 1, связь между объектами 1, 2, 3 выполнена посредством четырехпроводных линий. Для связи между объектами 1 и 2 использовано два двухпроводных кабеля с проводами 4, 5 и 6, 7. Для связи между объектами 2 и 3 использовано два двухпроводных кабеля с проводами 8, 9 и 10, 11. Один из двухпроводных кабелей предназначен для передачи, а второй для приема. Для каждого двухпроводного кабеля используется по отдельному такому устройству защиты - 12, 13 и 14, 15, подключенному соответственно к проводам 4 - 7, 8 - 11.
Такое устройство для защиты от перенапряжений по патенту США 6 изображено на схеме (фиг. 2). Оно содержит два входных сигнальных вывода 16, 17 для подключения к проводам линии связи, два выходных сигнальных вывода 18, 19 для подключения защищаемой аппаратуры, вывод 20 для подключения заземления, первую ступень защиты 21 на газонаполненном разряднике 22,
подсоединенном к входным сигнальным выводам 16, 17 и выводу заземления 20, вторую ступень защиты 23 на варисторе 24, разделительные электрические сопротивления 25, 26.
Недостатком такой защиты является то, что указанные в этом патенте устройства защиты по фиг. 2 имеют ограниченные функциональные возможности, так как они предназначены только для двухпроводных линий, и для каждой пары проводов необходимо отдельное устройство защиты.
Задача, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, заключается в устранении указанных недостатков; в расширении функциональных возможностей с целью обеспечения защиты аппаратуры, подключенного к четырехпроводной линии связи, одним устройством защиты, вместо традиционно применяемых двух известных устройств, предназначенных для двухпроводных линий.
Технический результат, достигаемый при этом, заключается в повышении надежности устройства защиты за счет уменьшения количества соединений устройств защиты с защищаемым аппаратуры, а также в уменьшении конструктивной сложности систем защиты.
Для достижения указанного технического результата
устройство для защиты аппаратуры от перенапряжений, содержащее один канал защиты, который включает в себя: два входных вывода для подключения к линии связи; два выходных вывода для подключения защищаемой аппаратуры; шину заземления;
трехэлектродный газонаполненный разрядник, два вывода которого соединены с входными выводами устройства, а третий вывод соединен с шиной заземления; два разделительных электрических сопротивления.
каждое из которых одним выводом соединено с одним из входных выводов, а вторым выводом соединено с соответствующим выходным выводом, полупроводниковые приборы с характеристиками симметричных диодных тиристоров, соединенные между собой в виде треугольника, две вершины которого подключены к двум выходным выводам устройства, а третья - к шине заземления,
выполнено следующим образом, отличающим его от известного.
Дополнительно введен второй канал защиты
с электрической схемой, идентичной схеме упомянутого выше первого канала, а шины заземления обоих каналов объединены и соединены с общим для обоих каналов выводом для подключения заземления.
В частном случае исполнения в качестве разделительных электрических сопротивлений в обоих каналах установлены проволочные резисторы из провода с высоким электрическим сопротивлением, размещенного на теплопроводном основании.
В частном случае исполнения в качестве разделительных электрических сопротивлений установлены элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления.
Признаки, отличающие предлагаемое устройство от известного, заключаются в выполнении устройства двухканальным с единственным, общим для обоих каналов выводом заземления.
Такое однотипное выполнение схем первой и второй ступеней защиты упрощает их расчеты и согласование рабочих режимов, упрощает обслуживание и ремонт устройства. Использование одного вывода для подключения заземления вместо двух выводов уменьшает переходные сопротивления в цепи заземления.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими чертежами.
На фиг. 1 изображена схема, аналогичная описанной в патенте 6 системы связи с четырехпроводной линией связи между объектами, в которой для каждой пары проводов использовано по одному устройству защиты.
На фиг. 2 изображена схема устройства защиты от перенапряжений, описанная в патенте 6 и используемая в системе фиг. 1.
На фиг. 3 изображена предложенная схема электрическая устройства для защиты аппаратуры, подключаемой к четырем проводам линии связи, посредством одного общего для обоих каналов устройства защиты.
На фиг. 4 изображена схема системы связи с четырехпроводной линией связи между объектами, по функциональному назначению аналогичная показанной на фиг. 1, но с применением по одному предлагаемому устройству защиты для каждой четверки проводов каждой из линий связи.
Изображенная на фиг. 1 описана в патенте 6. Эта известная система связи с четырехпроводной линией связи между объектами 1, 2, 3, для каждой пары проводов 4, 5; 6, 7; и 8, 9; 10,11 использует по одному устройству защиты 12, 13; и 14, 15.
(В линии связи одна пара проводов может образовывать один канал, например, передающий, а вторая пара проводов- второй канал, например, приемный.)
Схема используемого в системе фиг. 1 известного устройства защиты от перенапряжений, описанного в патенте 6, показана на фиг. 2.
Выводы 16, 17, предназначенные для подключения к линии связи, являются входными выводами устройства защиты. Через них поступают полезные сигналы и появляющиеся на линии перенапряжения. Выходные выводы 18, 19 устройства
защиты предназначены для подключения входных или выходных выводов защищаемой аппаратуры. Вывод 20 предназначен для подключения заземления. Первая ступень защиты 21 содержит газонаполненный разрядник 22, вторая ступень защиты 23 содержит варистор 24.
Между первой и второй ступенями установлены разделительные электрические сопротивления 25, 26.
Предложенная схема электрическая устройства для защиты аппаратуры, подключаемой к четырем проводам линии связи, посредством одного общего для обоих каналов устройства защиты, изображена на фиг. 3. Она содержит следующие элементы.
Входные выводы 27, 28 и выходные выводы 29, 30 первого канала устройства и общий для первого и второго каналов вывод заземления 31. Первую ступень защиты 32 на газонаполненном разряднике 33. Вторую ступень защиты 34, с двусторонними полупроводниковыми ограничителями напряжения на полупроводниковых приборах 35, 36, 37 с характеристиками симметричных диодных тиристоров, которые соединены между собой в виде треугольника. Одна вершина этого треугольника, образованная его сторонами с полупроводниковыми приборами 35, 36 подключена к выходному выводу 29 устройства. Вторая вершина этого треугольника, образованная его сторонами с полупроводниковыми приборами 35, 37 подключена к выходному выводу 30 устройства. Третья вершина этого треугольника, образованная его сторонами с полупроводниковыми приборами 36, 37 подключена к шине заземления, соединенной с выходным выводом 31 устройства.
Два разделительных электрических сопротивления 38 и 39, одними выводами соединены с входными выводами 27 и 28 соответственно, а вторыми выводами соединены с соответствующими выходными выводами 29 и 30.
Дополнительно введенный согласно полезной модели второй канал защиты имеет электрическую схему, идентичную схеме первого канала. Второй канал содержит следующие элементы.
Входные выводы 40, 41, выходные выводы 42, 43 и вывод заземления 31, общий для обоих каналов.
Первую ступень защиты 44 на газонаполненном разряднике 45. Вторую ступень защиты 46 на полупроводниковых приборах 47, 48, 49 с характеристиками симметричных диодных тиристоров, которые соединены между собой в виде треугольника. Одна вершина этого треугольника, образованная его сторонами с полупроводниковыми приборами 47, 48 подключена к выходному выводу 42 устройства. Вторая вершина этого треугольника, образованная его сторонами с полупроводниковыми приборами 47, 49 подключена к выходному выводу 43 устройства. Третья вершина этого треугольника, образованная его сторонами с полупроводниковыми приборами 48, 49 подключена к общей для обоих каналов шине заземления, соединенной с выходным выводом 31 устройства.
Два разделительных электрических сопротивления 50 и 51, одними выводами соединены с входными выводами 40 и 41 соответственно, а вторыми выводами соединены с соответствующими выходными выводами 42 и 43 второго канала.
В частном случае исполнения предусмотрено, что в качестве разделительных электрических сопротивлений 38, 39, 50, 51 установлены проволочные резисторы из провода с высоким электрическим сопротивлением. ч размещенного на теплопроводном основании, служащем для отвода тепла от провода резистора. В другом частном случае исполнения предусмотрено, что в качестве разделительных электрических сопротивлений 38, 39, 50, 51 установлены элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления, увеличение сопротивления которых при их саморазогреве от тока перенапряжения уменьшает ток через элементы схемы второй ступени. При использовании предложенных устройств защиты вместо четырех устройств 12-15, показанных на фиг. 1 достаточно двух устройств, как показано на фиг. 4. Система связи по фиг. 4 с четырехпроводной линией связи между объектами 52, 53, 54 для каждой четверки проводов 54 - 57 и 58 - 61 использует по одному устройству защиты 62, 63. Эта система связи с четырехпроводной линией связи между объектами по фиг. 4, по функциональному назначению аналогичная показанной на фиг. 1, но с применением по одному предлагаемому устройству защиты для каждой четверки проводов каждой из линий связи. Устройство, изображенное на фиг. 3 работает следующим образом. При нормальных условиях работы и отсутствии перенапряжений на входах первого канала защиты 27, 28, подключенных к линии связи, полезный сигнал проходит без существенного ослабления через электрические сопротивления 23 - 39 на выходы 29, 30. Так как максимальная амплитуда напряжения полезного сигнала недостаточна для срабатывания защиты, то ни симметричные диодные тиристоры 35 - 37, ни газонаполненный разрядник 33 не срабатывают.
пороговое напряжение включения защиты, сначала включается имеющий малое время задержки включения симметричный диодный тиристор 35. Затем суммарное падение напряжения на включенном симметричном диодном тиристоре 35 и последовательно соединенных с ними разделительных сопротивлениях 38, 39 постепенно превышает напряжение срабатывания соединенного с ними разрядника 33, и разрядник срабатывает. Время задержки срабатывания разрядника 33 больше, чем у симметричных диодных тиристоров 35 - 37, поэтому всегда сначала срабатывает защита на симметричных диодных тиристорах, а затем - на разряднике. Импульсы перенапряжения, а также и полезные сигналы, не проходят на выходные выводы 29, 30 устройства и защищаемую аппаратуру. Если бы разрядник 33 первой ступени защиты 32 был подсоединен параллельно симметричным диодным тиристорам 35 - 37 второй ступени непосредственно, а не через разделительные сопротивления 38 и 39, то газонаполненный разрядник 33 мог бы сработать только лосле перегорания шунтирующих его симметричных диодных тиристоров 35 - 37, в зависимости от того, через какой из них протекает ток перенапряжения. Допустимый ток через разрядник 33 значительно превышает допустимый ток через симметричные диодные тиристоры 35 - 37, и срабатывание разрядника защищает эти симметричные диодные тиристоры от возможных длительных перегрузок по току.
После прекращения воздействия перенапряжения ток через сопротивления 38, 39 уменьшается, симметричный диодный тиристор 35, включенный в данном случае, запирается.
Налряжение на выходе устройства при его работе имеет следующий вид. Сначала появляется кратковременный импульс, длительность которого определяется суммой времени нарастания входного напряжения до величины
v -tOTпорогового напряжения включения симметричного диодного тиристора и времени задержки включения симметричного диодного тиристора; амплитуда импульса равна динамическому пороговому напряжению включения симметричного диодного тиристора. После включения симметричного диодного тиристора напряжение на выходе спадает до величины падения напряжения на этом симметричном диодном тиристоре. Таким образом, выходное напряжение ограничивается до уровня падения напряжения на симметричном диодном тиристоре 35.
Через промежуток времени, равный сумме времени нарастания входного напряжения до величины порогового напряжения срабатывания разрядника и времени задержки его срабатывания, разрядник переходит в проводящее состояние. В проводящем состоянии падение напряжения на разряднике мало; при этом ток импульса перенапряжения протекает по двум параллельным цепям через разрядник 33 а также через симметричный диодный тиристор 35 и сопротивления 38, 39, а напряжение на выходных выводах определяется падением напряжения на симметричном диодном тиристоре 35. При снижении входного напряжения снижается ток через разрядник и симметричные диодные тиристоры. Далее ток уменьшается до уровня, при котором разрядник отключается, а ток продолжает некоторое время протекать через сопротивления 38, 39 и через симметричные диодные тиристоры. Дальнейшее уменьшение тока через симметричные диодные тиристоры приводит к их отключению.
При появлении перенапряжения между землей и выводом 27 сначала срабатывает защита на симметричном диодном тиристоре 36, а затем - на разряднике 33 с разрядом на землю через заземленный вывод 31. Процессы при этом аналогичны описанным выше.
При появлении перенапряжения между землей и выводом 28 или между землей и выводами 27, 28 устройство работает аналогично описанному для случая поступления сигнала на вывод 27. Срабатывает симметричный диодный тиристор 37, или 36 и 37, а затем разрядник 33.
Работа второго канала с выводами 40, 41 и 42, 43 происходит аналогично описанной для первого канала.
Применение одного устройство для защиты от перенапряжений на линии связи по настоящей ПМ позволяет заменить нескольких известных устройств, предназначенных для защиты только двухпроводных линий связи, что упрощает систему защиты.
Вместо одного симметричного диодного тиристора могут быть применены несколько соединенных последовательно симметричных диодных тиристоров. Вместо одного или нескольких симметричных диодных тиристоров могут быть также применены эквивалентные модули или микросхемы со сходными характеристиками и сложными электрическими схемами, например, на тиристорах с цепями управления их работой.
В качестве разделительных электрических сопротивлений могут быть использованы позисторы - резисторы из керамических полупроводниковых материалов; резисторы с положительным температурным коэффициентом из специальных полимерных материалов; другие элементы со сходными обратимыми характеристиками или элементы с коммутируемыми цепями. В качестве разделительных электрических сопротивлений могут быть также использованы элементы схемы, содержащие активные и реактивные сопротивления, другие нелинейные приборы. Разрядники первой ступени защиты могут быть многоэлектродными, с
термозащитой, с коммутируемыми цепями и другие, и в частных случаях могут быть соединены с входными и с выводом заземления иными способами.
Устройство повышает надежность защиты от перенапряжений за счет уменьшения числа выводов для подключения заземления и может применяться для грозозащиты и иных перенапряжениях на линии связи, в том числе на необслуживаемых регенераторных пунктах. Данное техническое решение позволяет выполнять защиту аппаратуры от перенапряжений с меньшим количеством устройств защиты в системах связи, чем при использовании других известных устройств.
Источники информации
1.Ю. Н. Корнышев, А. Я. Маркович, М. Н. Пискер, В. М. Романцов. Стационарное оборудование сельской телефонной связи. - М.: «Радио и связь. - 1990. - С. 280, рис.15.1 в).
2.ГОСТ 5238-81 Схемы защиты от опасных напряжений и токов, возникающих на линиях. Технические требования. - М.: «ИПК Издательство стандартов. 1998.
3.Заявка РФ № 94000893 - Устройство для защиты двухпроводных линий от перенапряжений, МПК Н02Н 9/04, опубл. 1995.
4.Патент РФ № 2050663 - Устройство защиты от грозовых импульсов перенапряжений двухпроводной линии связи, МПК Н02Н 9/04, опубл. 1995.
5.Заявка РФ № 94000895, МПК Н02Н 9/04, Устройство для защиты трехпроводных линий от перенапряжений, опубл. 1995.
6.Патент США № 52722588 - Surge protector, U.S. Class 361/119, МПК H02H 9/04, опубл. 1990.