Устройство защиты от перенапряжений в цепях постоянного тока Советский патент 1992 года по МПК H02H9/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, в частности, в технике связи для защиты аппаратуры дистанционного питания волоконно-оптических систем передачи от перенапряжений, возникающих от грозовых разрядов и других причин.

Известно устройство защиты с исполь; зованием тиристоров в качестве ключевого элемента, содержащее схему управления на пороговом элементе и токовое электромагнитное реле.

Недостатком этого устройства является электрическая эрозия контакта реле, что снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство защиты от перенапряжений в цепях постоянного тока, содержащее тиристор, схему форсированного управления тиристоров в виде порогового элемента

сдатчиком напряжения, накопителем энергии и формирователем, отключающее реле и ограничивающий резистор, при этом в цепь тиристора введены две параллельные цепочки из размыкающего контакта отключающего реле и конденсатора.

Недостатком известного устройства является то, что обмотка отключающего реле постоянно находится подтоком и постоянно потребляет энергию, что не экономично и поэтому не всегда допустимо. Кроме того, постоянное протекание тока через обмотку отключающего реле снижает как его надежность, так и надежность устройства в целом. Кроме того, устройство не обеспечивает беспровального питания. При срабатывании устройства защиты нагрузка на некоторое время шунтируется включившимся тиристором, при этом напряжение на нагрузке падает практически до нуля.

VI

ю

00

о

ю ы

Целью изобретения является повышение надежности при одновременном расширении функциональных возможностей.

В устройство, содержащее положительный л отрицательный провода, между которыми включена нагрузка, тиристор, катод которого подключен к отрицательному проводу, схему форсированного управления тиристором в виде порогового элемента, входы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному проводам, а выход подключен к управляющему электроду тиристора, отключающее реле, размыкающий контакт которого с параллельно подключенным к нему первым конденсатором подключен к аноду тиристора, а первый вывод обмотки отключающего реле соединен с отрицательным проводом, в который включен поглотитель энергии, дополнительно введены четыре диода и два конденсатора, при этом анод первого диода соединен с положительным проводом и анодом второго диода, катод которого соединен с положительным выводом второго конденсатора, отрицательным выводом соединенного с отрицательным проводом, а катод первого диода соединен с замыкающим контактом отключающего реле и поло- жительным выводом третьего конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с вторым выводом обмотки отключающего реле и анодом третьего диода, катод которого соединен с отрицательным проводом, а четвертый диод катодом соединен с анодом второго диода, а анодом - с отрицательным проводом.

За счет изменения схемы включения реле ( от энергии накопительного конденсатора), включения параллельно положительному и отрицательному .проводам защитного диода, введения разделительных диодов, создающих цепи заряда и разряда конденсатора на реле, второго накопительного конденсатора, обеспечивающего беспровальное питание нагрузки, и образования при этом новых связей обеспечивается повышение надежности к перенапряжениям.

Применение указанных элементов в устройствах для защиты от коммутационных и грозовых перенапряжений известно. Однако эти элементы с предлагаемыми функциональными связями обеспечивают возможность срабатывания защиты от импульсов перенапряжения, повышающих потенциал любого из проводов по отношению к другому (эти цели в одном случае обеспечивает защитный диод, во втором - защитный тиристор с отключающим реле), повышают надежность действия реле схемой его включения.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство защиты содержит тиристор 1, схему 2 форсированного управления тиристором с пороговым элементом, отключающее реле 3, размыкающий контакт 4 которогос параллельно подключенным к нему первым конденсатором 5 введен в цепь удержания тиристора, первый 6 и второй 7

0 диод, второй 8 и третий 9 конденсаторы, третий 10 и четвертый 11 диоды. Нагрузкой устройства является защищаемая аппаратура 12, в качестве которой, в частности, может быть приемник дистанционного

5 питания волоконно-оптической системы передачи.

Элемент 13 - поглотитель энергии представляет собой либо балластное активное сопротивление, либо внутреннее сопротив0 ление источника импульсного перенапряжения, либо волновое сопротивление линии.

Катод тиристора 1 подключен к отрицательному проводу. Входы схемы 2 форсиро5 ванного управления подключены соответственно к положительному и отрицательному проводам,а ее выход - к управляющему электроду тиристора ,1. Размыкающий контакт 4 отключающего ре0 ле 3 с параллельно подключенным к нему первым конденсатором 5 подключены к аноду тиристора 1.

Первый вывод обмотки отключающего реле 3 соединен с отрицательным прово5 дом, в который последовательно включен поглотитель 13 энергии. Анод первого диода 6 соединен с положительным проводом и анодом второго диода 7, катод которого со- единен с положительным выводом второго

0 конденсатора 8, отрицательным выводом соединенного с отрицательным проводом. Катод первого диода 6 соединен с замыкающим контактом 4 отключающего реле 3 и положительным выводом третьего конден5 сатора 9, отрицательный вывод которого соединен с вторым выводом обмотки отключающего реле 3 и анодом третьего диода 10, катод которого соединен с отрицательным проводом, а четвертый диод 11

0 соединен с анодом второго диода, а анодом

-с отрицательным проводом. Параллельно второму конденсатору 8 включена нагрузка 12.

Устройство работает следующим обра- 5 зом.

В нормальном состоянии схемы на положительном проводе имеется положительный рабочий потенциал, на другом проводе

-отрицательный рабочий потенциал. Тиристор 1 закрыт, так как напряжение на катоде

ниже порога ерабатывания. Диод 11 закрыт отрицательным потенциалом, приложенным к аноду. Отключающее реле 3 выключено, второй 8 и третий 9 конденсаторы заряжены до значения рабочего потенциала цепи. Диоды 6, 7 и 10 выполняют функции развязывающих: для создания цепей возбуждения отключающего реле 3 (диоды 6 и 10) совместно с конденсатором 9 и обеспечения беспровального питания нагрузки 12 (диод 7) с помощью второго конденсатора 8, выполняющего функции накопительного. Таким образом, при нормальном состоянии схемы все провода изолированы один от другого и относительно земли,

В случае возникновения перенапряжения в зависимости от его полярности происходит увеличение потенциала на одном из проводов или изменение его полярности относительно потенциала на другом проводе. Например, в случае положительного перенапряжения на отрицательном проводе при его величине, больше рабочего напряжения, этот провод начинает иметь относительно второго положительный потенциал, В случае возникновения положительного перенапряжения на положительном проводе относительно второго он сохраняет характер положительного потенциала.

Рассмотрим первый случай - возникает положительное перенапряжение на отрицательном проводе. При этом ток импульса перенапряжения начинает протекать через диод 11, так как потенциал диода становится выше потенциала катода, чем создается путь отвода электромагнитной энергии перенапряжения от защищаемой аппаратуры 12 и погашения ее на внутреннем сопротивлении (на волновом сопротивлении, например, кабеля) источника, .являющегося поглотителем энергии.

На время открытого состояния диода 11 нагрузка 12 питается электрической энергией, накопленной в конденсаторе 8. При этом диод 7, смещенный в это время в обратном направлении, препятствует разряду конденсатора 8 через открытый диод 11,

Во втором случае при возникновении положительного перенапряжения на положительном проводе вследствие разности потенциалов начинает протекать ток заряда конденсатора 8. Напряжение на конденсаторе 8 начинает расти и при достижении порога срабатывания схемы форсированного управления тиристором 1 последний включается. Ток импульса перенапряжения протекает из положительного провода в отрицательный провод и тем самым энергия импульса перенапряжения отводится от защищаемой аппаратуры и гасится на внутреннем (волновом) сопротивлении.

Одновременно открытым тиристором 1 образуется цепь разряда третьего конденса- 5 тора 9, проходящая от его положительного вывода через размыкающий контакт 4, переход анод - катод тиристора 1, обмотку конденсатора 9. Реле 3 при этом срабатывает (с некоторым замедлением, перекрывающим

0 длительность импульса перенапряжения) и размыкает контакт 4 в цепи тиристора 1.

Цепь удержания тиристора 1 сохраняется при этом через конденсатор 5. После заряда последнего ток в анодной цепи тири5 стора 1 прекращается и он выключается. Этим прерывается также и цепь тока источника питания, замкнувшаяся на момент срабатывания тиристора 1, помимо нагрузки 12, через низкоомный переход анод- катод

0 тиристора 1 (побочный эффект от срабатывания защиты). Однако за счет второго конденсатора 8 и второго диода 7 нагрузка 12 питается запасенной заряженным конден- , сатором энергией, т.е. обеспечивается тем

5 самым использование такой нагрузки, где не допустимы провалы напряжения. Отключающее реле 3 также обесточивается и, отпустив якорь, замыкает размыкающий контакт 4 в цепи тиристора 1. Через развя0 зывающие диоды 6 и 10 накопительный третий конденсатор 9 вновь зарядится и схема устройства приходит в исходное состояние. Таким образом, использование изобретения в технике связи обеспечивает защиту

5 от перенапряжений любой полярности путем пропуска энергии импульса перенапряжения мимо нагрузки. Эта задача решена использованием полупроводниковых приборов двух типов - диода и тиристора со

0 схемой форсированного управления, так как использование только диодов как защитных элементов-ограничителей неприемлемо. Однако использование тиристора в качестве защитного требует применения еще од5 ного элемента - отключающего реле, прерывающего цепь удержания тиристора после окончания импульса перенапряжения, и схемы его управления (конденсатора 9 и диодов 6 и 10). Схема обеспечивает эф0 фективное выключение открытого тиристора, при этом не происходит электрической . эрозии контакта, так как цепь удержания тиристора прерывается уменьшением его анодного тока при заряде конденсатора 5 до

5 нуля, к тому же ток не проходит через размыкающийся контакт 4 реле 3. Надежность действия устройства защиты повышается за счет того, что нормально реле находится без тока (это обстоятельство расширяет одновременно функциональные возможности

устройства, так как этим создается возможность использования его там, где нужна экономичность потребления энергии). Кроме того, она повышается за счет наличия четвертого диода 4, так как он обеспечивает защиту всего устройства защиты от воздействия отрицательного импульса перенапряжения.

Включение конденсатора 8, выполняющего функции накопительного, позволяет обеспечить питание нагрузки 12 на момент срабатывания защиты, что также расширяет функциональные возможности устройства, так как такое включение обеспечивает беспровальное питание нагрузки.

Изготовлен макетный образец устройства защиты, испытания которого совместно с реальной аппаратурой волоконно-оптической системы передачи подтвердили высокие эксплуатационные показатели предлагаемо- го устройства: высокую надежность защиты от перенапряжения в любом проводе. Кроме того, изобретение позволяет сократить расходы на замену вышедших из строя под действием перенапряжений электрорадио- элементов, а также расходы на замену и ремонт защищаемой аппаратуры.

Формул а изобретения Устройство защиты от перенапряжений в цепях постоянного тока, содержащее положительный и отрицательный провода, между которыми включена нагрузка, тиристор, катод которого подключен к отрицательному проводу, схему форсированного управления тиристором в виде порогового элемента, входы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному проводам, а выход подключен к управляющему электроду тиристора, отключающее реле, размыкающий контакт которого с параллельно подключенным к нему первым конденсатором подключен к аноду тиристора, а первый вывод обмотки отключающего реле соединен с отрицательным проводом, в который включен поглотитель энергии, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при одновременном расширении функциональных возможностей, дополнительно введены четыре диода, два конденсатора, при этом анод первого диода соединен с положительным проводом и анодом второго диода, катод которого соединен с положительным выводом второго конденсатора, отрицательным выводом соединенного с отрицательным проводом, а катод первого диода соединен с замыкаюа(им контактом отключающего реле и с положительным выводом третьего конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с вторым выводом обмотки отключающего реле и анодом третьего диода, катод которого соединен с отрицательным проводом, а четвертый диод катодом соединен с анодом второго диода, а анодом - с отрицательным проводом.

Использование: в электротехнике, в технике связи для защиты аппаратуры дистанционного питания волоконно-оптических систем передачи от перенапряжений, возникающих от грозовых разрядов. Сущность изобретения: в устройство защиты, содержащее тиристор со схемой форсированного управления в виде порогового элемента, отключающее реле, конденсатор, дополнительно введены четыре диода, два конденсатора. Один конденсатор подключен параллельно нагрузке, что предотвращает провалы напряжения, другой - последовательно с катушкой отключающего реле, параллельно которой включен диод, что облегчает режим работы отключающего реле. Обеспечивается срабатывание устройства защиты от импульсов перенапряжений, попадающих с любого из проводов цепи питания нагрузки без провалов напряжения. 1 ил. ел с

I

Л

V

I .J