Устройство защиты от перенапряжений в цепях постоянного тока

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s Н 02 Н 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4797991/07 (22) 05.03.90 (46) 23.04.92. Бюл. № 15 (71) Научно-производственное обьединение

"Дальняя связь" (72) М.B.Êoëoêîïoâ, Г.А.Глащенков и

А.Ф. Москвина (53) 621.316.925 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N408418,,кл; ;Н 02 Н 9/04, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1598037, кл. Н 02 Н 9/04, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ B ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Использование: в электротехнике, в тех- . нике связи для защиты аппаратуры дистанционного питания волоконно-оптических систем передачи от перенапряжений, возИзобретение 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 использованием 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 Ы» 1728923 Ai

2 никающих 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. с датчиком 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. СО

Недостатком известного устройства яв- j Q ляется то, что обмотка отключающего реле l постоянно находится подтоком и постоянно (,, } потребля4т 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 бесп ровал ьно го питания. При срабаты вании устройства защиты нагрузка на некоторое время шунтируется включившимся тиристором, при этом напряжение на нагрузке падает практически до нуля.

1728923

25

Целью изобретения является повышение надежности при одновременном расширении функциональных возможностей.

В устройство, 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, 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>к ител ьн ым 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), вкл ючения 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 зти элементы с предлагаемыми функциональными связями обеспечива1от 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 — защитн ы и ти ристо р с отключающим реле), повышаю" надежность действия реле схемой его включения.

На черте>ке представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство защиты содержит тиристор

1, схему 2 форсированного управления тиристором с пороговым элементом, отключающее реле 3. размыкающий контакт 4 которого с параллельно подключенным к нему первым конденсатором 5 введен в цепь удержания тиристора, первый 6 и второй 7 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 питания волоконно-сптической системы передачи.

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

Катод тиристора 1 подключен к отрицательному проводу. Входы схемы 2 форсированного управления подключены соответственно к положительному и отрицательному проводам, а ее выход — к управляющему электроду тиристора,1.

Размыкающий контакт 4 отключающего реле 3 с параллельно подключенным к нему первым конденсатором 5 подключены каноду тиристора 1.

Первый вывод обмотки отключающего реле 3 соединен с отрицательным проводом, в который последовательно включен поглотитель 13 энергии. Анод первого диода

6 соединен с положительным проводом и анодом второго диода 7, катод которого соединен с положительным выводом второго конденсатора 8, отрицательным выводом соединенного с отрицательным проводом.

Катод первого диода 6 соединен с замыкающим контактом 4 отключающего реле 3 и положительным выводом третьего конденсатора 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 соединен с анодом второго диода, а анодом — с отрицательным проводом. Параллельно второму конденсатору 8 включена нагрузка

12.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном состоянии схемы на положительном проводе имеется положительный рабочий потенциал, на другом проводе — отрицательный рабочий потенциал. Тиристор 1 закрыт, так как напряжение на катодВ

1728923 ниже порога брабатывания. 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 B это время B 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 5 включается. Ток импульса перенапряжения протекает из положительного провода в отрицательный провод и тем самым энергия импульса перенапряжения отводится от защищаемой аппаратуры и гасится на внутреннемм (волновом) сопротивлении.

Одновременно открытым тиристором 1 образуется цепь разряда третьего конденса5 тора 9, проходящая от его положительного вывода через размыкающий контакт 4, переход анод — катод ти ристора 1, обмотку конденсатора 9. Реле 3 при этом срабатывает (с некоторым замедлением, перекрывающим

10 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 тири15 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

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

25 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 развя30 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

35 оТ. перенапряжений любой полярности путем пропуска энергии импульса перенапряжения мимо нагрузки. Эта задача решена использованием полупроводниковых приборов двух типов — диода и тиристора со

40 схемой форсированного управления, так как использование только диодов как защитных элементов-ограничителей неприемлемо, Однако использование тиристора в качестве защитного требует применения еще од45 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 эф50 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 дейстьия устройства защиты повышается за счет того, что нормально реле находится без тока (это обстоятельство расширяет одновременно функциональные возможнос и

1728923

Формула изобретения

Устройство защиты от перенапряжений в цепях постоянного тока, содержащее положительный и отрицательный провода, между которыми включена нагрузка, тириСоставитель M.Êoëîêoëoâ

Техред M.Ìoðãåíòàë . Корректор О.Кравцова

Редактор И,Шулла

Заказ 1412 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 устройства, так как этим создается возможнос ь использования его там, где нужна экономичность потребления энергии). Кроме того, она повышается эа 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 предлагаемого устройства; высокую надежность защиты от перенапряжения в любом проводе. Кроме того, изобретение позволяет сократить расходы на замену вышедших из строя под действием перенапряжений электрорадиоэлементов, а также расходы на замену и ремонт защищаемой аппаратуры. стор, катод которого подключен к отрицательному проводу. схему форсированного управления тиристором в виде порогового элемента, входы которого подключены соот5 ветственно к положительному и отрицательному проводам, а выход подключен к управляющему электроду тиристора, отключающее реле, размыкающий контакт которого с параллельно подключЕнным к нему

10 первым конденсатором подключен к аноду тиристора, а первый вывод обмотки отключающего реле соединен с отрицательным проводом, в который включен поглотитель энергии, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с

15 целью повышения надежности при одновременном расширении функциональных возможностей, дополнительно введены четыре диода, два конденсатора, при этом анод первого диода соединен с поло>китель20 ным проводом и анодом второго диода, катод которого соединен с положительным выводом второго конденсатора, отрицательным выводом соединенного с отрицательным проводом, а катод первого диода

25 соединен с замыкающим контактом отключающего реле и с положительным выводом третьего конденсатора, отрицательный вывод которого соединен с вторым выводом обмотки отключающего реле и анодом

30 третьего диода, катод которого соединен с отрицательным проводом. а четвертый диод катодом соединен с анодом второго диода, а анодом — с отрицательным проводом.