Устройство защиты от импульсных сигналов



Устройство защиты от импульсных сигналов
Устройство защиты от импульсных сигналов

 


Владельцы патента RU 2431912:

Общество с ограниченной ответственностью "Твердь" (RU)

Устройство защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением в линиях передачи, подключаемых к защищаемым цепям различной аппаратуры, критичной к воздействию помех, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении, первый и второй из которых на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, отличающееся тем, что в устройство введены два резистора, электрически соединенных со вторым и третьим проводниками на обоих концах устройства, а форма и расположение проводников и диэлектриков в поперечном сечении устройства, относительная диэлектрическая проницаемость диэлектриков и длина проводников устройства выбраны так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, а первый и второй проводники выбраны так, что импульсный сигнал в конце устройства разлагается на два импульса с меньшей амплитудой. Техническим результатом является обеспечение защиты от импульсов длительностью меньшей, чем разность не погонных, а полных задержек четной и нечетной мод. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты различной аппаратуры, преимущественно критичной к воздействию помех, передающихся по проводникам.

Обычно для защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением в линиях передачи применяют электронные компоненты. Но включаемые на входе аппаратуры мощные защитные приборы обладают недостаточным быстродействием, делая защиту от коротких импульсов не соответствующей паспортным данным приборов, а быстродействующие защитные приборы обладают недостаточной мощностью, делая защиту от мощных импульсов ненадежной, что оставляет нерешенной проблему защиты аппаратуры простыми средствами. То есть современные защитные электронные компоненты либо перегорают от воздействия мощных коротких импульсов с опасно высоким напряжением, либо не успевают срабатывать, и защищаемая аппаратура выходит из строя.

Известно устройство защиты потребителей от превышения напряжения в сети питания [Борисов А.П., Гурлев В.А., Карпов Г.К., Павлов В.Н. Патент на изобретение; дата публикации: 1995.10.20, номер публикации: 2046485], выбранное за аналог, заключающийся в том, что устройство обладает повышенной помехоустойчивостью от высокочастотных единичных импульсов в сети питания, обеспечивает обесточивание потребителя при превышении напряжения в сети выше уровня настройки, что достигается введением в устройство резистивного делителя с переменным резистором, исполнительного элемента с катушкой электромагнитного переключателя, схемы управления с пороговым элементом, состоящей из двух последовательно включенных диодов, и интегрирующей RC-цепи.

Недостатком этого устройства является обесточивание потребителя, что нельзя допускать, если обесточивание произойдет, к примеру, во время жизненно важной медицинской операции пациента, где применяется современное электронное оборудование. К тому же в данном прототипе используются радиоэлектронные компоненты, что не дает полную гарантию защиты от мощных коротких импульсов с опасно высоким напряжением.

Известно устройство защиты приемного тракта РЛС от мощного электромагнитного излучения (МЭМИ) [Карельский И.Н., Нестеров А.А. Патент на полезную модель; дата публикации: 1999.01.27, номер публикации: 98103128], выбранное за аналог, заключающийся в том, что импульсная мощность на входе приемного тракта РЛС составляет более 1 МВт, а длительность импульса составляет несколько десятков наносекунд, состоит из мощного инерционного защитного разрядника, выход которого соединен через линию задержки (коаксиальный кабель) с быстродействующим разрядником, отличающееся тем, что в целях защиты приемного тракта РЛС от импульсов МЭМИ в схему дополнительно вводят датчик МЭМИ, вход которого соединен с входом мощного инерционного защитного разрядника и схему формирования импульса поджига, вход которой соединен с выходом датчика МЭМИ, а выход с электродом поджига быстродействующего разрядника, параметры линии задержки подобраны таким образом, чтобы время прохождения импульса МЭМИ через линию задержки было больше или равно времени срабатывания цепи датчик-схема формирования импульса поджига и времени формирования поджигающего разряда на быстродействующем разряднике до его принудительного пробоя.

Недостатком этого устройства является отсутствие многоразового использования мощного инерционного защитного разрядника, его нужно каждый раз менять после срабатывания. К тому же использование радиоэлектронных компонентов только увеличивает себестоимость устройства.

Известно устройство защиты входа радиоприемника от электромагнитного импульса ядерного взрыва [Веселов Д.А., Пониматкин В.Е., Сычугов В.А., Вихлянцев А.А., Шакиров П.А. Патент на полезную модель; дата публикации: 1998.07.27, номер публикации: 96106554], выбранное за аналог, заключающийся в том, что содержит штыревую антенну, соединенную кабельной линией с приемником, отличающееся тем, что с целью разделения сигналов радиосвязи и электромагнитного импульса ядерного взрыва дополнительно введены трехсекционный автотрансформатор, две емкости и запирающая катушка, при этом штыревая антенна соединена с автотрансформатором так, что две секции его соединены между антенной и корпусом устройства, одна из этих секций совместно с третьей секцией, соединенные с антенной, образуют симметричный выход автотрансформатора, причем обе секции шунтируются соединенными параллельно емкостями, симметричный выход автотрансформатора соединен через обмотки запирающей катушки с выходом приемного устройства.

Недостатком этого устройства является использование радиоэлектронных полупроводниковых компонентов. Полупроводниковые компоненты в условиях радиации быстро выходят из строя, срок годности такой защитной аппаратуры соответственно не большой.

Известно устройство активной защиты от слабых биоэнергетических электромагнитных полей различного происхождения [Макаревич А.В., Коноплев С.П. Патент на изобретение; дата публикации: 1999.06.27, номер публикации: 2132204], выбранное за аналог, заключающийся в том, что техническим результатом является повышение эффективности защиты от слабых электромагнитных, технических и биоэнергетических полей за счет устранения эффекта "клетки Фарадея". Устройство включает экран, выполненный в виде сетки из "золотой крученки", и передающую антенну. Для устранения эффекта "клетки Фарадея" антенна расположена между экраном и телом человека. Электромагнитные колебания сверхнизкой интенсивности, возбужденные в антенном контуре с помощью генератора звуковой частоты, модулированной через модулятор от генератора электрических импульсов частотой 10 Гц, стимулируют организм человека. Частота модуляции выбрана по методике доктора Р.Фолля и равна 10 Гц.

Несмотря на то что в данном аналоге отсутствуют радиоэлектронные компоненты, недостатком этого устройства является отсутствие защиты от сильных электромагнитных полей различного происхождения.

Известно устройство защиты электроприемников от воздействия разрядов молнии и электромагнитных импульсов, наводимых разрядом в магистральных кабельных линиях электропередачи [Ханевич С.В., Скачков Ю.Н., Северин А.Е., Ханевич B.C. Патент на полезную модель; дата публикации: 2003.07.10, номер публикации: 2001126011], выбранное за аналог, заключающийся в том, что состоит из защитного коммутатора, оборудованного системой автоматической замены коммутаторов, системой заземления и выводами к датчику перенапряжения, и состоящее из корпуса кассеты с тремя блоками по три защитных коммутатора в каждом блоке, подающей пружины, штока фиксации с пружинами штоков, планки, пружины, шинки заземления, заземляющего вывода, отверстий фиксации, скользящего контакта от датчика перенапряжения с выводами к датчику, корпуса защитного коммутатора, верхнего электрода, проходных изоляторов, нижнего электрода, заземляющего электрода, пластичной изоляции, электродетонатора с термоизолятором, разрушаемой вставки, масла, воздушных полостей, проводов к электродетонатору, термоизолятора проводов и подпружиненного замка, удерживающего жилы кабеля.

Несмотря на то что в данном аналоге существует автоматическая замена коммутаторов, недостатком этого устройства является отсутствие многоразового использования коммутаторов, их нужно каждый раз менять после срабатывания.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство «Модальный фильтр» [Газизов Т.Р., Заболоцкий A.M., Бевзенко И.Г., Самотин И.Е., Орлов П.Е., Мелкозеров А.О., Газизов Т.Т., Куксенко С.П., Костарев И.С. Патент на полезную модель; дата публикации: 2008.12.27, номер публикации: 79355], выбранное за прототип, состоящее из трех проводников с диэлектрическим заполнением, отличающееся тем, что параметры устройства выбраны так, что разность погонных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше длительности импульсного сигнала.

Недостатком модального фильтра является то, что устройство не защищает от импульсов длительностью, большей, чем разность погонных задержек четной и нечетной мод.

Заявляемое устройство защиты от импульсных сигналов, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении, первый и второй из которых на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, отличающееся тем, что в устройство введены два резистора, электрически соединенных со вторым и третьим проводниками на обоих концах устройства, а форма и расположение проводников и диэлектриков в поперечном сечении устройства, относительная диэлектрическая проницаемость диэлектриков и длина проводников устройства выбраны так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, а первый и второй проводники выбраны так, что импульсный сигнал в конце устройства разлагается на два импульса с меньшей амплитудой.

Достоинством заявляемого устройства защиты от импульсных сигналов, в отличие от прототипа, является то, что оно может защищать от импульсов длительностью, меньшей, чем разность не погонных, а полных задержек четной и нечетной мод. Таким образом, длительность импульсов, от которых защищает устройство, имеет гораздо более широкий диапазон за счет длины проводников (поскольку полная задержка равна погонной задержке, умноженной на длину).

Теория и практика работы устройства опубликована в монографии (Заболоцкий A.M., Газизов Т.Р. Временной отклик многопроводных линий передачи. Томск: Томский государственный университет, 2007. 152 с.). Принцип работы устройства представлен с помощью фиг.1 на пяти примерах, когда три параллельных проводника в диэлектрическом заполнении могут быть в виде трехпроводных кабелей (фиг.1а, б) и различных полосковых структур (фиг.1в-д), с соответствующим выбором первого (активного), второго (опорного) и третьего (пассивного) проводников устройства. Однако поперечное сечение может быть и другого вида.

На фиг.2 приведена схема заявляемого устройства и его соединений. Устройство содержит три параллельных проводника в диэлектрическом заполнении 4 и два резистора 3, 6 (R2, R4). Первый (верхний по схеме) и второй (опорный, представленный обозначением схемной земли) проводники на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, представленного на схеме идеальным источником э.д.с. 1 и внутренним сопротивлением 2 (R1). На другом конце устройства эти проводники соединены с защищаемой цепью, представленной на схеме эквивалентным сопротивлением 5 (R3). Два резистора 3, 6 (R2, R4) электрически соединены со вторым (опорным) и третьим (пассивным) проводниками на обоих концах устройства.

Техническим результатом является обеспечение защиты от коротких импульсов с опасно высоким напряжением в линиях передачи, подключаемых к защищаемым цепям. Технический результат достигается, прежде всего, за счет неоднородного диэлектрического заполнения, в котором размещены три проводника устройства: геометрические параметры проводников и диэлектриков, а также относительная диэлектрическая проницаемость диэлектриков выбираются таким образом, что определяемые этими параметрами погонные задержки четной и нечетной мод распространения поперечной электромагнитной волны не равны друг другу. (В однородном диэлектрическом заполнении, т.е. из одного диэлектрика, задержки мод равны друг другу. Кроме того, они могут быть равными и при неоднородном диэлектрическом заполнении, т.е. при наличии более одного диэлектрика, но только при определенном выборе параметров. Указанное неравенство может быть обеспечено в некоторых структурах с существенными потерями в проводниках и диэлектриках за счет различия потерь для каждой моды. Но в заявляемом устройстве такое неравенство обеспечивается именно за счет неоднородности диэлектрического заполнения при соответствующем выборе параметров, т.е. неравенство имеет место даже в случае пренебрежимо малых потерь.) Тогда разность погонных задержек четной и нечетной мод не равна нулю, и выбором длины устройства достигается значение полной разности задержек четной и нечетной мод, большее, чем длительность воздействующего импульса. Наконец, выбором пары проводников устройства, по которым подается сигнал, получается разложение импульсного сигнала в конце устройства на два импульса с меньшей амплитудой. (Разложение будет при определенном выборе пары проводников воздействия и может не быть при другом выборе. Например, для случая расположения проводников в линию, разложение будет при расположении проводников «активный-опорный-пассивный» и не будет при расположении «активный-пассивный-опорный». Кроме того, разложение может быть неполным, например, из-за «размывания» импульса вследствие дисперсии, т.е. два импульса могут частично перекрываться, но результирующее напряжение будет меньше, чем при отсутствии разложения.) Резисторы устройства обеспечивают поглощение части энергии импульсного сигнала. (Выбор сопротивления резисторов принципиального значения не имеет, поскольку явление разложения будет при любом выборе. Если сопротивления резисторов выбраны из условия псевдосогласования, т.е. равными соответствующим диагональным значениям матрицы характеристических импедансов, то в резисторах будет поглощаться максимальная энергия, а отражения от них будут минимальными, что приведет к минимальным амплитудам импульсов разложения.)

Устройство защиты от импульсных сигналов, состоящее из трех параллельных проводников в диэлектрическом заполнении, первый и второй из которых на одном конце устройства электрически соединены с цепью источника импульсных сигналов, а на другом конце - с защищаемой цепью, отличающееся тем, что в устройство введены два резистора, электрически соединенных со вторым и третьим проводниками на обоих концах устройства, а форма и расположение проводников и диэлектриков в поперечном сечении устройства, относительная диэлектрическая проницаемость диэлектриков и длина проводников устройства выбраны так, что разность полных задержек четной и нечетной мод, возбуждаемых импульсным сигналом, больше его длительности, а первый и второй проводники выбраны так, что в конце устройства получается два импульса амплитудой меньшей, чем амплитуда импульсного сигнала в начале устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах защиты оборудования от повреждений, вызванных коротким замыканием и ударами молний.

Изобретение относится к разрядникам для защиты электрооборудования и высоковольтных линий электропередачи от грозовых пренапряжений. .

Изобретение относится к токоотводящим устройствам для защиты электрооборудования и различных сооружений и конструкций от грозовых перенапряжений. .

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к технике защиты объектов от атмосферных перенапряжений и технике получения электрической энергии альтернативными способами.

Изобретение относится к электротехнике, но преимущественно к системам защиты объектов от прямого поражения линейными, четочными и шаровыми молниями. .

Изобретение относится к электротехнике . .

Представлен разрядник для молниезащиты элементов электрооборудования или линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода, механически связанных с изоляционным телом, и два или более промежуточных электродов, расположенных между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела и выполненных с возможностью формирования между смежными основными и промежуточными электродами стримерного разряда. Промежуточные электроды расположены внутри изоляционного тела и отделены от его поверхности слоем изоляции, при этом между первыми и вторыми смежными электродами выполнены выходящие на поверхность изоляционного тела разрядные камеры. По меньшей мере, три разрядные камеры снабжены направляющими, выполненными из изоляционного материала, прикрепленными к наружной поверхности изоляционного тела и установленными с возможностью предотвращения распространения облака плазмы, образующегося внутри камер при разряде, из разрядной камеры в сторону соседней разрядной камеры путем направления облака плазмы во внешнюю воздушную среду. Технический результат - повышение надёжности. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5ил.

Изобретение относится к токоотводящим устройствам для защиты электрооборудования и различных сооружений и конструкций от грозовых перенапряжений. Устройство содержит изоляционное тело (1), выполненное из твердого диэлектрика, два основных электрода (2, 3), механически связанных с изоляционным телом, и промежуточные электроды (5), расположенные на изоляционном теле (1) между основными электродами с взаимным смещением, по меньшей мере, вдоль продольной оси изоляционного тела. В предпочтительном варианте устройства каждый промежуточный электрод (6) выполнен в виде кольца и снабжен парой выступов, расположенных с противоположных торцевых сторон кольца и взаимно смещенных по его окружности, по меньшей мере, на 90°. Изоляционное тело и дополнительный электрод могут быть выполнены соответственно в виде отрезка изоляционного защитного слоя и отрезка провода, расположенных между основными электродами. В данном варианте первый основной электрод выполняется в виде прокусывающего зажима, установленного на изоляционном защитном слое, а второй основной электрод непосредственно или через искровой разрядный промежуток соединен с землей. Техническим результатом является повышение надежности и упрощение конструкции средств защиты от грозовых воздействий. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к альтернативным источникам электроэнергии. Сущность изобретения: устройство состоит из герметичного корпуса и установленного отдельно от него молниеприемника. В качестве молниеприемника используются стальные тросы. Разряд молнии инициируется оптическим пробоем воздуха, формируемый пучком импульсного инфракрасного лазера. Направление ионизирующего пучка задает управляемое подвижное плоское зеркало. Данное зеркало используется одновременно в составе системы оптического сканирования атмосферы. Спровоцированный столб молнии распространяется вдоль ионизированного канала и, достигнув уровня молниеприемника, ударяет в него. Импульс тока, возникающий при ударе молнии, трансформируется с помощью трансформатора Тесла. В состав устройства входит последовательный колебательный контур. Технический результат работы устройства состоит в получении альтернативной возобновляемой электроэнергии при использовании устройства в районах с высокой степенью грозовой активности, а также в защите объектов от удара молнии и расширении зоны защиты от удара молнии. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат: устранение условий для развития встречного лидера грозового разряда с электрооборудования, ВЛ системы электроснабжения и с других объектов. Согласно способу осуществляется сбор наведенных на воздушных электрических сетях зарядов на внутреннем концентраторе, перенос их на внешний концентратор, соединенный с молниеприемником и соединенный через разрядник с заземлением. Устройство защиты от грозового разряда включает молниеприемник, соединенный с внешним концентратором, соединенным через разрядник с заземлением; включает блок переключения, выполненный с возможностью переключения между двумя соединениями: внутреннего концентратора с воздушной электрической сетью или внутреннего концентратора с внешним концентратором. Молниеприемник выполнен в виде зонтика с центральным стержнем. Внешний и внутренний концентраторы выполнены в виде коаксиальных цилиндров. Блок переключения выполнен в виде периодического автоматического переключателя и оснащен для запуска устройства в предгрозовой период GSM модулем. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх