СХЕМА ЗАЩИТЫ, В ЧАСТНОСТИ, УСТАНОВОК ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ И ТОКА ПЕРЕГРУЗКИ Российский патент 2002 года по МПК H02H9/06 H02H3/08 

Изобретение относится к схеме защиты, в частности, установок дальней связи, от перенапряжений и тока перегрузки в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Если между телефонной линией или линией передачи данных и линией электроснабжения, например сетью 220 В, существует короткое замыкание, то после срабатывания разрядника защиты от перенапряжений с постоянным напряжением срабатывания 230 В в течение секунд происходит срабатывание контакта с аварийной блокировкой и, как результат, замыкание накоротко разрядника защиты от перенапряжений. Протекающий затем ток короткого замыкания постоянно отводится на землю. Однако так как возникшая неисправность этим не устраняется, а может существовать еще некоторое время, существует требование отключения недопустимо высоких токов длительной нагрузки, которые могут привести к разрушению соответствующих токоподводящих кабелей. В общем случае для этого предусмотрены устройства защиты, которые в соответствии с известными схемами (фирменный проспект фирмы "Кроне AГ": "Сom Protect 2/1 DX 180AI", 8/1993) расположены перед разрядником защиты от перенапряжений, чтобы отводить ток короткого замыкания.

Однако поскольку важнейшая функция разрядников защиты от перенапряжений заключается в отводе ударных токов порядка 5 кА и описанное устройство защиты до сих пор включалось перед разрядником защиты от перенапряжений, это требование могло быть выполнено только с помощью дорогостоящих специальных устройств защиты. Адаптированные для этого специальные устройства защиты описываются, например, в основном каталоге средств защиты фирмы "Cehess, 94533 Rungis Cedex (Франция). Указанные устройства защиты могут использоваться в качестве устойчивых к ударным токам линейных предохранителей. Недостатком в данном случае являются свойства старения устройств защиты. При соответствующих нагрузках ударными токами срок службы устройств защиты, соответственно, ограничен. Кроме того, защита является нереверсивной.

В патенте ФРГ 4026004 С2 описана схема защиты для установок дальней связи, в которой поперечная цепь разрядника защиты от перенапряжений расположена перед предохранителем, в то время как между проводящим соединением и заземляющим проводом после предохранителя расположена поперечная цепь короткого замыкания. При срабатывании элемента защиты размыкается поперечная цепь разрядника защиты от перенапряжений и замыкается поперечная цепь короткого замыкания (контакт с аварийной блокировкой), так что срабатывают предохранители, и линии разъединяются. Благодаря этой мере в качества линейной защиты могут использоваться стандартные предохранители, так как место их включения не требует обеспечения устойчивости против ударных токов.

Однако недостатком является то, что после срабатывания линейной защиты необходимо менять весь штекер.

Поэтому в основе изобретения лежит задача разработки также схемы, в частности, для защиты установок дальней связи от перенапряжения и тока перегрузки, которая обеспечивала бы устойчивую к ударным токам и обратимую защиту линий.

Решение этой задачи характеризуется отличительными признаками пункта I формулы изобретения.

Благодаря настройке постоянного напряжения срабатывания разрядника защиты от перенапряжений относительно резисторов с положительным температурным коэффициентом (ПТК) и двунаправленных тиристорных диодов (такие тиристорные диоды представляют собой полупроводниковые схемные элементы с двумя состояниями проводимости, подобно тиристорам или двунаправленным триодным тиристорам, например, такие как TRISIL - диоды фирмы "SGS-Thomson Microelectronics", "PROTECTION DEVICES", Databook, 2-oe издание, март 1993, стр. 311) таким образом, что напряжение срабатывания выше пикового значения нагрузки переменным напряжением (например, 230 В_эфф), превышающего 325 В, и что напряжение срабатывания тиристорных диодов несколько выше максимальных значений рабочего напряжения, типовых для дальней связи, например 180 В, а также благодаря выбору ПТК-сопротивлений в качестве развязывающего элемента, достигаются требуемая устойчивость к ударным токам и обратимая функция линейной защиты.

При этом функции предохранителей для защиты линий и приборов выполняют схемные элементы, а именно стандартные ПТК-сопротивления. Любое количество нагрузок ударными токами не приводит к старению. После затухания помехи схема сразу же вновь готова к использованию. Одновременно схема защиты обеспечивает возможность введения в существующие конструкции защитных автоматов и реализации с помощью стандартных схемных элементов с меньшими затратами и без ограничения других функций защитного штекера.

Для защиты от недопустимо высокого тепловыделения разрядник защиты от перенапряжений схема защиты не нуждается в наличии контакта с аварийной блокировкой, который требовался до сих пор, и приводил к необходимости замены после его срабатывания всего защитного штекера. Напротив, схема защиты в соответствии с изобретением обеспечивает защиту без контакта с аварийной блокировкой по отношению к сколь угодно долго существующим нагрузкам переменным напряжениям, является обратимой и совершенно не нуждается в техническом обслуживании.

Применение тиристорных диодов в качестве второй ступени ограничивающих напряжение схемных элементов (высокочувствительная защита), в частности твердотельных тиристорных диодов, гарантирует чрезвычайно быстрое срабатывание, низкий уровень защиты при статических и динамических возрастаниях напряжения и объединяет таким образом преимущества разрядников защиты от перенапряжений (грубая защита) и твердотельных схемных элементов в одной схеме защиты. Использование ПТК-сопротивлений обеспечивает дополнительно обратимую токовую защиту даже при напряжениях, которые не приводят к срабатыванию ни разрядника защиты от перенапряжений, ни диодов (функция предохранителя для защиты приборов). Таким образом, с помощью одного схемного элемента выполняются две функции защиты: защита линий и защита приборов.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения вытекают из дополнительных пунктов формулы изобретения.

Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью представленного на чертеже примера выполнения, на котором показана электрическая схема системы защиты в соответствии с изобретением.

На чертеже показана схема защиты, которая включена в цепи тока а-а' и b-b', причем общий провод заземления Е предназначен для отвода токов перегрузки, вызванных перенапряжениями относительно потенциала земли. На стороне сети или линии L, откуда могут появляться помехи, между цепями тока а-а' и b-b' в ответвления 8, 9 в качестве поперечной цепи c-d включен разрядник 1 защиты от перенапряжений, например, с постоянным напряжением срабатывания 440 - 660 В, к которому подключен общий провод заземления Е. После ответвлений 8, 9 разрядника 1 защиты от перенапряжений в линии а-а' или b-b' включены ПТК-сопротивления 2, 3. После ПТК-сопротивлений 2, 3, которые составляют, например, 20 Ом, между ответвлениями 10, 11 в качестве второй поперечной цепи параллельно с разрядником 1 защиты от перенапряжений включены твердотельные тиристорные диоды 4, 5 с напряжением срабатывания, например, 200 В, которые посредством ответвления 12 соединены с общим проводом заземления Е. На защищаемой стороне или на стороне системы S в линиях а-а' или b-b' расположены места измерения и разъединения 6, 7. Расположение мест измерения и разъединения 6, 7 за схемой защиты, которая образует ступенчатую защиту, состоящую из грубой защиты, высокочувствительной защиты и защиты по току, допускает частичную проверку функционирования линии.

Элементы схемы защиты для обеспечения функционирования ПТК-сопротивлений 2, 3 в качестве устойчивой к ударным токам и обратимой защиты линий должны быть согласованы друг с другом. Напряжение срабатывания разрядника 1 защиты от перенапряжений (может использоваться трехполюсный разрядник) должно выбираться, например, таким образом, чтобы оно было выше пикового значения нагрузки переменным напряжением 230 В_эфф. В данном случае выбран разрядник 1 защиты от перенапряжений с постоянным напряжением срабатывания более 440 В.

Тиристорные диоды 4, 5 необходимо выбирать таким образом, чтобы их напряжение срабатывания было несколько выше максимальных значений рабочего напряжения, типовых для техники связи, например 180 В.

ПТК-сопротивления 2, 3 выбираются таким образом, что они действуют как развязывающее звено и могут блокировать максимальное переменное напряжение, например 240 В_эфф. Максимальный ток включения для ПТК-сопротивлений 2, 3 необходимо выбирать по возможности более высоким.

В случае неустановившейся нагрузки напряжением тиристорные диоды 4, 5 ограничивают с высоким быстродействием на выходе a'-b' на стороне S системы появляющееся перенапряжение до уровня защиты, например ±250 В. В течение кратчайшего времени благодаря развязке с помощью ПТК-сопротивлений 2,3 разрядник 1 защиты от перенапряжений воспринимает остаточную энергию возмущения и отводит ее по проводу заземления Е. Температурнозависимые ПТК-сопротивления 2, 3 в продольной цепи а-а' или b-b' осуществляют за счет омического сопротивления развязку между элементами грубой и высокочувствительной защиты и действуют как обратимый схемный элемент, ограничивающий ток. Если свойство обратимости не имеет значения, то вместо ПТК-сопротивлений могут использоваться стандартные предохранители. Ударные токи порядка, например, 5 кА воспринимаются исключительно разрядником 1 защиты от перенапряжений и отводятся с помощью провода заземления Е.

При возникновении нагрузки переменным напряжением, например 230 В_эфф/5 А_эфф, напряжение не достигает величины постоянного напряжения срабатывания разрядника 1 защиты от перенапряжений. В этом случае разрядник 1 защиты от перенапряжений как бы выпадает как схемный элемент для всех нагрузок переменным напряжением 230 В_эфф. Значительно лучше адаптированные для нагрузки напряжением тиристорные диоды 4, 5 воспринимают нагрузку и ограничивают напряжение. Благодаря значительно более низкому напряжению пропускания тиристорных диодов, в общем случае 2-3 В, преобразование мощности и, соответственно, выделение тепла значительно ниже, чем у разрядников защиты от перенапряжений. Таким образом, при нагрузках переменном напряжением до 230 В_эфф может не происходить срабатывание контакта с аварийной блокировкой разрядника 1 защиты от перенапряжений. Следовательно, при всех нагрузках переменным напряжением до 230 В_эфф можно не предусматривать установку контакта с аварийной блокировкой на разряднике 1 защиты от перенапряжений, Следовательно, защитный штекер после нагрузки переменным напряжением 230 В_эфф также не требует замены. Недопустимо высокое тепловыделение на тиристорных диодах 4, 5 исключается путем надлежащего выбора ПТК-сопротивлений 2, 3.

Включение ПТК-сопротивлений 2, 3 перед соответствующим схемным элементом, ограничивающим напряжение, в данном случае тиристорными диодами, 4, 5 влечет за собой то, что ПТК-сопротивления 2, 3 берут на себя функции обратимых и устойчивых к ударным токам линейных предохранителей. В зависимости от выбранного тока включения ПТК-сопротивлений 2, 3, токи короткого замыкания, которые протекают через тиристорные диоды 4, 5 в каждом полупериоде, прерываются в соответствии с характеристикой t = f(i). ПТК-сопротивления 2,3 становятся высокоомными и таким образом препятствуют протеканию недопустимо большого тока короткого замыкания, который отводился бы через кабель дальней связи и тиристорные диоды 4,5 с помощью провода заземления Е.

После затухания возмущения схема сразу же вновь готова к использованию.

В целом, в соответствии с изобретением благодаря совместному включению разрядника 1 защиты от перенапряжений с твердотельными тиристорными диодами 4, 5 и благодаря согласованию номинального постоянного напряжения срабатывания разрядника 1 защиты от перенапряжений с параметрами прочих схемных элементов достигается следующее:
- преимущества разрядников защиты от перенапряжений и твердотельных тиристорных диодов объединены в защитном штекере,
- функция предохранителей для защиты линий и приборов выполняется схемным элементом - стандартными ПТК-сопротивлениями 2, 3,
- устойчивость к ударному току 5 кА достигается с помощью разрядника 1 защиты от перенапряжений,
- обратимая защита по току обеспечена с помощью ПТК-сопротивлений 2, 3 даже при напряжениях, которые не приводят к срабатыванию ни разрядника 1 защиты от перенапряжений, ни диодов 4, 5,
- в качестве устойчивой к ударным токам и обратимой защиты линий используется такое же стандартное ПТК-сопротивление 2, 3,
- при коротком замыкании линии дальней связи с линией электропитания напряжением 230 В_эфф не происходит срабатывания контакта с аварийной блокировкой разрядника 1 защиты от перенапряжений,
- обеспечивается обратимая и в значительной степени не требущая технического обслуживания защита,
- схема защиты может использоваться также в известных корпусах защитных штекеров.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1. разрядник защиты от перенапряжений
2. ПТК-сопротивление
3. ПТК-сопротивление
4. тиристорный диод
5. тиристорный диод
6. место измерения и разъединения
7. место измерения и разъединения
8. ответвление
9. ответвление
10. ответвление
11. ответвление
12. ответвление
Е провод заземления
S сторона системы
L сторона линии
а-а' цепь тока
b-b' цепь тока
с-d поперечная цепь

Изобретение относится к способу защиты, в частности, установок дальней связи от перенапряжения и тока перегрузки. Технический результат изобретения заключается в обеспечении устойчивости к ударным токам и обратимой защиты линий. В съеме защиты установок дальней связи напряжение срабатывания разрядника (1) защиты от перенапряжений выбирают превышающим пиковое значение напряжения электропитания, напряжение срабатывания тиристорных диодов (4), (5) выбирают незначительно выше максимальных значений рабочего напряжения защищаемой линии, а ПТК-сопротивления (2), (3) используют в качестве развязывающего звена и для ограничения максимальных амплитуд напряжения электропитания. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Схема защиты, в частности, установок дальней связи от перенапряжений и тока перегрузки, содержащая разрядник (1) защиты от перенапряжения, включенный между цепями тока (а-а') и (b-b') в ответвления (8, 9) в качестве поперечной цепи (c-d), сопротивления (2, 3) с положительным температурным коэффициентом, включенные после ответвлений (8, 9) разрядника (1) в цепях (а-а') и (b-b') и ограничивающие напряжение схемные элементы (4, 5), включенные после сопротивлений (2, 3) с положительным температурным коэффициентом параллельно с разрядником (1) в ответвлениях (10, 11) в качестве второй поперечной цепи, отличающаяся тем, что в качестве ограничивающих напряжение схемных элементов (4, 5) используют тиристорные диоды, требуемая устойчивость к ударным токам и обратимая функция линейной защиты в указанной схеме защиты достигается благодаря настройке постоянного напряжения срабатывания разрядника (1) относительно резисторов (2, 3) с положительным температурным коэффициентом и тиристорных диодов, в частности, напряжение электропитания разрядника (1) выбирают в диапазоне 440-660 В, то есть выше пикового значения напряжения электропитания, а напряжение срабатывания для тиристорных диодов (4, 5) выбирают в диапазоне 180-250 В, то есть выше максимального значения рабочего напряжения защищаемой линии, причем сопротивления (2, 3) с положительным температурным коэффициентом, используемые в качестве развязки между разрядником (1) и тиристорными диодами (4, 5), выполняют функцию предохранителя для обратимой защиты линий и приборов и функцию аварийной блокировки. 2. Схема защиты по п.1, отличающаяся тем, что ограничивающие напряжение тиристорные диоды (4, 5) выполнены в виде твердотельных тиристорных диодов. 3. Схема защиты по п.1, отличающаяся тем, что разрядник (1) является средством грубой защиты, а тиристорные диоды (4, 5) являются средствами высокочувствительной защиты, причем каждая линия после средств грубой и высокочувствительной защиты снабжена отводом для подключения средств измерения и для разъединения (6, 7).