Устройство для защиты метеорогического оборудования от импульсных перенапряжений

Номер полезной модели: 806

Опубликовано: 16.04.2012

Автор: Вакарь Владимир Леонидович

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Полезная модель относится к области электротехники, преимущественно к устройствам защиты метеорологического и телекоммуникационного оборудования от избыточного напряжения на линиях связи межблочных линиях, реагирующим на напряжение выше нормального, без отключения защищаемого оборудования от линий связи.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи состоит в повышении защищенности, надежности и долговечности работы оборудования благодаря выполнению УЗМО, обеспечивающего необходимое ограничение амплитуды импульса перенапряжений и требуемое сглаживание его фронта до значений близких (равных) эксплуатационным для элементов входных цепей оборудования (к примеру, измерительного пульта анеморумбометра М63М-1 и линий связи оборудования передачи данных - телефон/модем, адаптер интерфейса передачи данных RS-485, RS-232) и осуществляющих рассеивание и (или) отвод остаточной энергии наводки, в результате чего в элементах входных цепей защищаемого оборудования не возникает необратимых повреждений.
Это достигается тем, что в устройстве защиты оборудования от импульсных перенапряжений, включающее газонаполненные разрядники в качестве первой ступени защиты, токоограничивающие сопротивления и полупроводниковые ограничительные диоды в качестве второй ступени защиты, согласно полезной модели, газонаполненные разрядники и полупроводниковые ограничительные диоды параллельно включены в один из проводов линий защищаемого оборудования, выходы газонаполненных разрядников соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления через дополнительный ограничитель перенапряжения, также и полупроводниковые ограничители соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления.

Текст

Смотреть все

(51) 02 9/06 (2011.01) 02 9/04 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ цепей оборудования (к примеру, измерительного пульта анеморумбометра М 63 М-1 и линий связи оборудования передачи данных - телефон/модем,адаптер интерфейса передачи данных -485, 232) и осуществляющих рассеивание и (или) отвод остаточной энергии наводки, в результате чего в элементах входных цепей защищаемого оборудования не возникает необратимых повреждений. Это достигается тем, что в устройстве защиты оборудования от импульсных перенапряжений,включающее газонаполненные разрядники в качестве первой ступени защиты,токоограничивающие сопротивления и полупроводниковые ограничительные диоды в качестве второй ступени защиты, согласно полезной модели,газонаполненные разрядники и полупроводниковые ограничительные диоды параллельно включены в один из проводов линий защищаемого оборудования,выходы газонаполненных разрядников соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления через дополнительный ограничитель перенапряжения,также и полупроводниковые ограничители соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТЕОРОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ(57) Полезная модель относится к области электротехники, преимущественно к устройствам защиты метеорологического и телекоммуникационного оборудования от избыточного напряжения на линиях связи межблочных линиях, реагирующим на напряжение выше нормального, без отключения защищаемого оборудования от линий связи. Технический результат,обеспечивающий решение задачи состоит в повышении защищенности, надежности и долговечности работы оборудования благодаря выполнению УЗМО,обеспечивающего необходимое ограничение амплитуды импульса перенапряжений и требуемое сглаживание его фронта до значений близких(равных) эксплуатационным для элементов входных Полезная модель относится к области электротехники, преимущественно к устройствам защиты метеорологического и телекоммуникационного оборудования от избыточного напряжения на линиях связи межблочных линиях, реагирующим на напряжение выше нормального, без отключения защищаемого оборудования от линий связи. Практически во всех существующих устройствах для более эффективной и надежной защиты применяются 2-х, 3-х ступенчатые комбинации(гибридные схемы) состоящие из различных приборов разрядников,варисторов,трансформаторов и дросселей, разделительных и токоограничивающих электрических сопротивлений, полупроводниковых ограничителей напряжения. Известно устройство защиты от грозовых импульсов перенапряжений двухпроводной линии связи, содержащее включенные в каждый из проводов разрядник, который соединен с каждым из входных выводов и контуром заземления,разделительные электрические сопротивления,выполненные в виде дросселей, включенных последовательно в каждый из проводов,двусторонние полупроводниковые ограничители напряжения, подсоединенные между выходными клеммами и заземляющим контуром. / 2050663 С 1, 20.12.1995/ К основным недостаткам данного аналога относятся ограниченные функциональные возможности, так как данный аналог предназначен в основном для защиты двухпроводных симметричных линий связи устройство разработано для защиты определенного типа оборудования. Известно устройство защиты оборудования от импульсных перенапряжений, содержащее группу токоограничивающих элементов, каждый из которых последовательно включен в один из проводов линий защищаемого оборудования, группу ограничителей перенапряжений, каждый из которых соединен входом с одним из проводов линий защищаемого оборудования, причем выходами ограничители перенапряжений соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления. / 2190916 С 1, 10.10.2002/ К основным недостаткам данного аналога относятся ограниченные функциональные возможности, так как он предназначен в основном для защиты двухпроводных (четырехпроводных) симметричных линий связи недостаточно высокое быстродействие элементов защиты устройство разработано для защиты определенного типа оборудования. В качестве наиболее близкого аналога предложенной полезной модели выбрано устройство для защиты оборудования от импульсных перенапряжений с использованием типовой 2-х ступенчатой гибридной схемой защиты вводов симметричных воздушных и кабельных линий связи. Устройство содержит газонаполненные разрядники в качестве 1 ступени защиты,токоограничивающие сопротивления и 2 полупроводниковые ограничительные диоды в качестве 2 ступени./В.И. Кравченко Грозозащита радиоэлектронных средств. - М. изд. Радио и Связь, 1991, с. 202, табл. 4.47/ К недостаткам относятся использование только для двухпроводной симметричной линии связи при срабатывании разрядников, (при воздействии на них импульсов малой длительности) в цепи линия земля возникает режим короткого замыкания (что относится также и к вышеуказанным аналогам), что ухудшает надежность и стабильность работы устройства защиты недостаточно высокое быстродействие элементов (по сравнению сдиодами) 2 ступени защиты для передачи сигналов от Датчика к пульту измерительному в Анеморумбометре М 63 М-1 используются несимметричные линии. Задачей полезной модели является создание эффективного устройства для защиты метеорологического оборудования (УЗМО) от импульсных перенапряжений, вызванных ударами молнии и грозовыми разрядами. Технический результат,обеспечивающий решение задачи состоит в повышении защищенности, надежности и долговечности работы оборудования благодаря выполнению УЗМО,обеспечивающего необходимое ограничение амплитуды импульса перенапряжений и требуемое сглаживание его фронта до значений близких(равных) эксплуатационным для элементов входных цепей оборудования (к примеру, измерительного пульта анеморумбометра М 63 М-1 и линий связи оборудования передачи данных - телефон/модем,адаптер интерфейса передачи данных -485 (232 и осуществляющих рассеивание и (или) отвод остаточной энергии наводки, в результате чего в элементах входных цепей защищаемого оборудования не возникает необратимых повреждений. Экономический эффект заключается в уменьшение затрат на ремонт(замену) оборудования (к примеру, анеморумбометра М 63 М 1 и оборудования передачи данных), а также послеремонтную поверку Анеморумбометра М 63 М 1. Это достигается тем, что в устройстве защиты оборудования от импульсных перенапряжений,включающее газонаполненные разрядники в качестве первой ступени защиты,токоограничивающие сопротивления и полупроводниковые ограничительные диоды в качестве второй ступени защиты, согласно полезной модели,газонаполненные разрядники и полупроводниковые ограничительные диоды параллельно включены в один из проводов линий защищаемого оборудования,выходы газонаполненных разрядников соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления через дополнительный ограничитель перенапряжения,также и полупроводниковые ограничительные диоды соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления. В качестве газонаполненных разрядников использованы, по крайней мере, разрядники,выбранные из группы несимметричные разрядники и/или симметричные трех электродные разрядники. Дополнительный разрядник имеет напряжение срабатывания 90 В. В качестве полупроводниковых ограничительных диодов использованы низкоемкостные полупроводниковые ограничительные-диоды (). В качестве токоограничивающих сопротивлений использованы, по крайней мере, элементы,выбранные из группы элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления и/или элементы,содержащие активные и реактивные сопротивления. В качестве дополнительного ограничителя перенапряжения использован несимметричный разрядник. УЗМО одновременно обеспечивает эффективную защиту от импульсных перенапряжений - 2-х измерительных пультов Анеморумбометров М 63 М-1,защиту телефона/модема и адаптера интерфейса передачи данных -485 (-232), что позволяет заменить нескольких известных устройств, предназначенных для защиты только двухпроводных линий связи, что упрощает систему защиты, уменьшает количество деталей и при этом обеспечивает защиту от импульсных перенапряжений между любыми проводами на линии связи, в любом сочетании, без ложных срабатываний защиты в случаях отсутствия на линии связи опасных для оборудования импульсных перенапряжений, с оптимальными порогами срабатывания УЗМО от импульсных перенапряжений на линии связи. В качестве полупроводниковых ограничительных диодов использованы низкоемкостные полупроводниковые ограничительные-диоды, обладающие как высоким быстродействием так и кратковременной большой рассеиваемой мощностью. Время срабатывания у несимметричных-диодов менее 110-12 степени секунд, а у симметричных менее 510-9 степени секунд. Это позволяет использовать их для защиты различных радиочастотных цепей, в состав которых входят чувствительные к переходным процессам полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. В качестве токоограничивающих сопротивлений и для защиты-диодов от теплового пробоя,применены РТС термисторы (). УЗМО выполнено по комбинированной 2-х ступенчатой гибридной схеме с применением газонаполненных разрядников в качестве первой ступени и полупроводниковых ограничительных диодов перенапряжений --диодов в качестве последующей. Напряжение срабатывания разрядников 1-10 выбирается большим максимального напряжения элементов входных цепей защищаемого оборудования опнмакс.об, а напряжение срабатывания ограничителей перенапряжения выбирается меньшим максимального напряжения элементов входных цепей оборудования опнмакс.об. Газонаполненные разрядники своими выходами соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления через дополнительный разрядник 11, с напряжением срабатывания 90 В для исключения режима кратковременного замыкания в цепи линия-земля в момент срабатывания разрядников 1-10,при воздействии на них импульсов малой длительности-перенапряжений и токов,индуцированных разрядом молнии и иными источниками.-диоды 2-й ступени защиты также своими выходами соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления. В качестве токоограничивающих сопротивлений и для защиты-диодов от теплового пробоя, применены РТС термисторы. Клемма земля УЗМО должна быть соединена с контуром заземления. На фиг. 1 изображена схема подключения УЗМО к защищаемому оборудованию. 1 - УЗМО 2 пульты измерительные 3 датчики Анеморумбометра М 63 М-1 4 - автоматическая телефонная станция (АТС) 5 - автоматизированная информационная система Погода 6 телефон/модем 7 - адаптер интерфейса передачи данных -485 /-232/. На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая схема УЗМО. Защита элементов входных цепей измерительных каналов и цепей вторичного электропитания пульта измерительного Анеморумбометра М 63 М-1 содержит помимо разрядников 1-8, разъемы -Х 2 и Х 5-Х 6,несимметричные-диоды 1-9 для защиты измерительных входных цепей пульта,симметричные-диоды 16-19, для защиты цепей вторичного электропитания и признак датчика, в качестве токоограничивающих сопротивлений 1-10, применены РТС термисторы(позисторы), цепи 10-15 (11-16, 12-17,13-18, 14-19, 15-20) необходимы для согласования устройства защиты с входными цепями пульта и могут применяться также в качестве третьей ступени защиты. Защита телефона/модема содержит помимо разрядника 9,токоограничивающие сопротивления 11 12 , симметричный-диод 20, разъемы Х 3 и Х 7. Защита адаптера интерфейса передачи данных-485 (-232) содержит помимо разрядника 10, токоограничивающие сопротивления 13 и 14, симметричные-диоды 21 и 21,винтовые разъемы Х 4 и Х 8. Полезная модель работает следующим образом. Пример 1. Защита элементов входных цепей измерительных каналов и цепей вторичного 3 электропитания пульта измерительного Анеморумбометра М 63 М-1. При нормальных условиях работы и отсутствии импульсных перенапряжений на входах разъемови Х 2, полезный сигнал проходит без существенного ослабления через элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления(токоограничивающие сопротивления 1-10) через выходные выводы разъемов Х 5 и Х 6 на элементы входных цепей пульта измерительного Анеморумбометра М 63 М-1. Так как максимальная амплитуда напряжения полезного сигнала недостаточна для срабатывания защиты, то ни 1-2 ступени защиты не срабатывают. Когда по любой из линий, соединительного кабеля Датчик-Пульт на входы разъемов 1 (Х 2) УЗМО, поступают импульсы перенапряжений с потенциалом, величина которого превышает пороговое напряжение включения защиты, то сначала срабатывают один или несколько имеющих малое время задержки включения-диоды несимметричные 1-9 либо симметричные 16-19. Затем суммарное падение напряжения на включенных-диодах и последовательно соединенных с ними токоограничивающих сопротивлений 1-10 постепенно превышает напряжение срабатывания соединенных с ними разрядников 1-8, и последние срабатывают и импульсный ток через дополнительный разрядник 11 сливается на землю (таким образом,исключается режим короткого замыкания в цепи линия-земля при срабатывании разрядников). Импульсы перенапряжения, а также и полезные сигналы, не подаются через выходные выводы разъемов Х 5 и Х 6 УЗМО, на элементы входных цепей и цепей вторичного электропитания,измерительного пульта Анеморумбометра М 63 М-1. Если бы разрядники 1-8 первой ступени защиты были бы подсоединены параллельнодиодам второй ступени непосредственно, а не через токоограничивающие сопротивления 1-10, то газонаполненные разрядники могли бы сработать только после перегорания шунтирующих их диодов. Допустимый ток через каждый из разрядников значительно превышает допустимый ток через-диоды, и срабатывание разрядника защищает диоды от возможных длительных перегрузок по току. При длительном воздействии импульсного перенапряжения включаются один или несколько-диодов, и ток, проходящий через одно или несколько токоограничивающих сопротивлений 110 приводит к нагреву последних и значительному увеличению их сопротивления. В результате ток уменьшается до уровня, безопасного для элементов схемы и защищаемого оборудования. После прекращения воздействия импульсного перенапряжения, ток, проходящий через одно или несколько токоограничивающего сопротивления 110 уменьшается, они остывает и их сопротивление возвращается к исходной величине. Далее ток уменьшается до уровня, при котором разрядник(один или несколько из 1-8) отключается, а 4 ток продолжает некоторое время протекать через токоограничивающие сопротивления и ограничительные диоды. Дальнейшее уменьшение тока через сработавший-диод приводит к его отключению и УЗМО переходит в нормальный режим эксплуатации. Пример 2. Защита телефона/модема. При нормальных условиях работы и отсутствии импульсных перенапряжений на входах разъема ХЗ,полезный сигнал проходит без существенного ослабления через элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления(токоограничивающие сопротивления 11-12) через выходные выводы разъема Х 7 на линейный вход телефона (модема). Так как максимальная амплитуда напряжения полезного сигнала недостаточна для срабатывания защиты, то УЗМО не срабатывает. Когда по любой из линий, соединительного кабеля на входы разъема ХЗ УЗМО, поступают импульсы перенапряжений с потенциалом, величина которого превышает пороговое напряжение включения защиты, то срабатывает - диод 20. Затем суммарное падение напряжения на включенном-диоде и последовательно соединенных с ним токоограничивающих сопротивлений 11-12 постепенно превышает напряжение срабатывания соединенного с ним разрядника 9, и последний срабатывает и импульсный ток через дополнительный разрядник 11 сливается на землю. Импульсы перенапряжения, а также и полезный сигнал, не подается через выходные выводы разъема Х 7 УЗМО, на линейный вход телефона. Разрядник 9 первой ступени защиты были бы подсоединены параллельно-диодам второй ступени непосредственно, а не через токоограничивающие сопротивления 1-10,то газонаполненные разрядники могли бы сработать только после перегорания шунтирующих их диодов. Допустимый ток через каждый из разрядников значительно превышает допустимый ток через-диоды, и срабатывание разрядника защищает диоды от возможных длительных перегрузок по току. При длительном воздействии импульсных перенапряжения включается 20, и ток,проходящий через токоограничивающие сопротивления 11-12 приводит к нагреву последних и значительному увеличению их сопротивления. В результате ток уменьшается до уровня, безопасного для элементов схемы и защищаемого оборудования. После прекращения воздействия импульсного перенапряжения, ток,проходящий через токоограничивающие сопротивления уменьшается, и их сопротивление возвращается к исходной величине. Далее ток уменьшается до уровня, при котором 9 отключается, а ток продолжает некоторое время протекать через 11, 12 и 20. Дальнейшее уменьшение тока через - диод 20 приводит к его отключению и УЗМО переходит в нормальный режим эксплуатации. Пример 3. Защита адаптера интерфейса передачи данных -485 (-232). Принцип работы схемы защиты интерфейса передачи данных -485 аналогичен принципу работы схемы защиты телефона/модема. При изменении распайки контактов разъемов 1 и Х 2, УЗМО можно использовать для защиты метеорологического комплекта МК-50 с датчиком преобразования параметров ветра М-127. Устройство защиты метеорологического оборудования (далее - УЗМО) предназначено для защиты от импульсных перенапряжений следующего метеорологического оборудования 1) входных цепей измерительных каналов и цепей вторичного электропитания пульта измерительного Анеморумбометра М 63 М-1 2) телефона и модема 3) адаптера интерфейса передачи данных 485 (-232) автоматических метеорологических измерительных информационных систем Погода ипроизводства Финляндии, комплексной радиотехнической автоматической метеорологической станции КРАМС-4. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Устройство защиты оборудования от импульсных перенапряжений,включающее газонаполненные разрядники в качестве первой ступени защиты,токоограничивающие сопротивления и полупроводниковые ограничительные диоды в качестве второй ступени защиты, отличающееся тем, что газонаполненные разрядники и полупроводниковые ограничительные диоды параллельно включены в один из проводов линий защищаемого оборудования,выходы газонаполненных разрядников соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления через дополнительный ограничитель перенапряжения,также и полупроводниковые ограничительные диоды соединены между собой звездой, общая точка которой связана с выводом заземления. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве газонаполненных разрядников использованы, по крайней мере, разрядники,выбранные из группы несимметричные разрядники и/или симметричные трех электродные разрядники. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный разрядник имеет напряжение срабатывания 90 В. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве полупроводниковых ограничительных диодов использованы низкоемкостные полупроводниковые ограничительные диоды. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве токоограничивающих сопротивлений использованы, по крайней мере, элементы,выбранные из группы элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления и/или элементы,содержащие активные и реактивные сопротивления. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве дополнительного ограничителя перенапряжения использован несимметричный разрядник.

МПК / Метки

МПК: H02H 9/04, H02H 9/06

Метки: защиты, метеорогического, импульсных, оборудования, перенапряжений, устройство

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/6-u806-ustrojjstvo-dlya-zashhity-meteorogicheskogo-oborudovaniya-ot-impulsnyh-perenapryazhenijj.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Устройство для защиты метеорогического оборудования от импульсных перенапряжений</a>

Похожие патенты