СПОСОБ ЗАЩИТЫ СРЕДСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ Российский патент 2005 года по МПК H02H9/04 

Изобретение относится к системам защиты аппаратуры железнодорожной автоматики, построенным, как на полупроводниковых и микропроцессорных элементах, так и на традиционной релейной схемотехнике.

Железнодорожные средства автоматики, обеспечивающие безопасность движения поездов, работающие на частотах от 25 Гц до 780 Гц и на частотах 4545 Гц до 5555 Гц, использующие в качестве информационных цепей рельсы, должны обладать возможностью защищать аппаратуру, в том числе микроэлектронную, от опасных воздействий грозовых разрядов, имеющих значения 20-40 кВ и 10-30 кА, не оказывая мешающее воздействие на полезные сигналы, поступающие по рельсам, как по частоте, так и по уровню сигналов.

Для защиты аппаратуры от воздействия грозовых разрядов используют пороговый принцип построения защиты, при котором остающееся напряжение существенно превышает величину опасного напряжения для полупроводниковой структуры микроэлектронной аппаратуры. Причем применение пороговых элементов, таких как разрядники, варисторы не обеспечивает селективность защиты по указанным выше принципам.

Существующие методы защиты железнодорожной автоматики предполагают использование пороговых элементов с применением тиристорно-транзисторных и оптоэлектронных устройств. Однако это не обеспечивает абсолютной безопасности движения поездов, т.е. исключение ложных срабатываний, искажение параметров полезных сигналов в устройствах защиты, а также надежности в устройствах защиты, приводящие к нарушению работоспособности защищаемой аппаратуры ЖАТ.

Цель изобретения - повышение эффективности защиты аппаратуры ж.д. автоматики путем расширения зоны защищаемости оборудования, включая микроэлектронные устройства, не оказывая мешающее влияние на рабочие частотные сигналы и на их уровни.

Поставленная цель достигается тем, что осуществляют снижение скорости нарастания амплитуды воздействующего импульса с помощью индуктивных ограничителей, представляющих собой трансформаторы, включенные на первой ступени защиты и осуществляют защиту от увеличения тока через указанные индуктивные ограничители с помощью разрядников, включенных в их вторичные обмотки (фиг.1).

Как показали исследования, разрушение аппаратуры, в частности обмоток путевых трансформаторов при поступлении грозового или коммутационного перенапряжения, происходит от динамического воздействия амплитуды грозовых и коммутационных перенапряжения при срабатывании варисторов и разрядников штатной аппаратуры защиты, установленной непосредственно на выводах обмоток трансформаторов.

Предлагаемый способ защиты является способом «мягкого» снижения пикового воздействия амплитуд грозовых и коммутационных перенапряжений, поступающих на входе устройства для защиты, чем обеспечивается не только снижение уровня помехи на защищаемой аппаратуре, но и снижение динамического воздействия на аппаратуру (трансформаторы), находящуюся до защиты.

На фиг.2 представлена блок-схема многокаскадного устройства защиты, реализующего предложенный способ, на котором представлены величины выходного напряжения 1, 2, 3, на выходах ступени защиты (I, II, III).

Устройство для защиты, реализующее предлагаемый способ, состоит из трех ступеней защиты (фиг.3):

- первая ступень - трансформаторы 1, 2 с включенными во вторичную обмотку газонаполненными трехэлектродными разрядниками 3, 4 с заземленными средними выводами 5, 6; варистор 7; конденсатор 8;

- вторая ступень - ограничительные резисторы 9, 10; варистор 11; конденсатор 12;

- третья ступень - ограничительные резисторы 13, 14; конденсатор 15 и ограничитель напряжения 16.

Работа устройства заключается в следующем.

При воздействии высоковольтного импульса на вход устройства в начальный момент нарастания фронта возникает ток через конденсаторы 8, 12, 15, установленные в каждой ступени и первичные обмотки трансформаторов 1 и 2, выполняющих роль индуктивных ограничителей. Наличие индуктивности снижает скорость нарастания амплитуды воздействующего импульса (фиг.1). Дальнейшее нарастание амплитуды вызывает срабатывание варистора 7 первой ступени. При этом резко увеличивается ток через индуктивные ограничители 1 и 2, что вызывает срабатывание газонаполненных трехэлектродных разрядников 3 и 4. По цепи заземления 5, 6 средних выводов разрядников 3, 4 в момент разряда протекает импульсный ток порядка 50-100 А, чем снижается часть энергии входной импульсной помехи. Схема включения разрядников 3, 4 во вторичной обмотке трансформаторов 1, 2 вызвана необходимостью гальванической развязки цепей заземления от линейных проводов Л1-Л2. Гальваническое разделение указанной схемы необходимо по причине особого требования по изоляции линейных проводов в устройствах, обеспечивающих безопасность движения в системах железнодорожной автоматики и телемеханики, а именно в схемах рельсовых цепей с тональными частотами 420-5555 Гц.

Дальнейшее нарастание амплитуды импульса (скачкообразного характера при разряде в цепи разрядников) вызывает включение варистора 11 второй ступени с ограничением амплитуды на резисторах 9, 10. Окончательное снижение уровня высоковольтных помех происходит на третьей ступени ограничителем напряжения 16 до требуемого уровня с выделением энергии на резисторах 1, 3, 10, 14. Селективность срабатывания варисторов 7, 11 и ограничителя напряжения 16 по ступеням обеспечивается резисторами 9, 10, 13, 14.

Как показали исследования, разрушение аппаратуры, в частности обмоток путевых трансформаторов при поступлении грозового или коммутационного перенапряжения, происходит от динамического воздействия амплитуды грозовых и коммутационных перенапряжений при срабатывании варисторов и разрядников штатной аппаратуры защиты, установленной непосредственно на выводах обмоток трансформаторов.

Предлагаемый способ защиты является способом "мягкого" снижения пикового воздействия амплитуд грозовых и коммутационных перенапряжений, поступающих на входе устройства для защиты, чем обеспечивается не только снижение уровня помехи на защищаемой аппаратуре, но и снижение динамического воздействия на аппаратуру (трансформаторы), находящуюся до защиты.

Изобретение относится к электронике, в частности к способам защиты аппаратуры железнодорожной автоматики, построенной как на полупроводниковых и микропроцессорных элементах, так и на традиционной релейной схемотехнике. Осуществляют последовательное каскадное снижение опасного внешнего перенапряжения по амплитуде до порогового, не оказывающего мешающее влияние на рабочие частотные сигналы и на их уровни. На первой ступени защиты снижение скорости нарастания амплитуды воздействующего импульса осуществляют с помощью индуктивных ограничителей, представляющих собой трансформаторы. Защиту от увеличения тока через указанные индуктивные ограничители осуществляют с помощью разрядников, включенных в их вторичные обмотки. Способ направлен на расширение зоны защищаемости оборудования, включая микроэлектронные устройства, не оказывая мешающее влияние на рабочие частотные сигналы и их уровни. 3 ил.

Способ защиты средств железнодорожной автоматики, при котором в случае воздействия импульсной помехи осуществляют последовательное каскадное снижение опасного внешнего перенапряжения по амплитуде до порогового, не оказывающего мешающее влияние на рабочие частотные сигналы и на их уровни, отличающийся тем, что осуществляют снижение скорости нарастания амплитуды воздействующего импульса с помощью индуктивных ограничителей, представляющих собой трансформаторы, включенные на первой ступени защиты, и осуществляют защиту от увеличения тока через указанные индуктивные ограничители с помощью разрядников, включенных в их вторичные обмотки.