устройство защиты от грозовых импульсов перенапряжений двухпроводной линии связи

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ГРОЗОВЫХ ИМПУЛЬСОВ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ, содержащее разрядники, включенные на входе устройства между каждым из проводов и заземляющим контуром, пару дросселей, включенных последовательно в каждый из проводов и встречно друг другу, варисторы, подключенные к каждому из проводов за дросселями, отличающееся тем, что параллельно каждому варистору подключены конденсаторы, последовательно в каждый из проводов после конденсатора встречно друг другу включена вторая пара дросселей, за которой на выходе устройства включены двусторонние полупроводниковые ограничители, включенные между каждым из проводов и заземляющим контуром.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронике, в частности к приборам защиты электрических цепей от перенапряжений, и может быть использовано для защиты установок проводной связи, аппаратуры, имеющей на входе цифровые и аналоговые микросхемы, которые чувствительны даже к очень непродолжительным перенапряжениям.

Устройство позволяет защищать аппаратуру от грозовых и промышленных импульсов перенапряжений, имеющих очень крутой фронт (единицы наносекунд) и большую длительность (единицы миллисекунд).

Известно устройство защиты линий и аппаратуры проводной связи от импульсов перенапряжений, содержащее трехэлектродный разрядник, главные электроды которого включены между проводами двухпроводной линии связи, третий электрод включен на землю, и дроссели, включенные в каждую линию связи. Между выходами дросселей параллельно входу защищаемой аппаратуры включен стабилитрон [1]

Недостатком известного устройства является то, что уровень ограничения перенапряжений линия земля определяется параметрами разрядника. Минимальный порог срабатывания известных трехэлектродных разрядников 120-140 В, что недопустимо для цифровых и аналоговых микросхем.

Известно также устройство для защиты от перенапряжений аппаратуры двухпроводной линии связи, содержащее для каждой линии трехэлектродный разрядник, главные электроды которого подключены к входным вводам, к которым также подключена цепочка из последовательно соединенных резистора, первичной обмотки импульсного сопротивления на вольт-амперной характеристике, скачкообразно переключающегося при любой полярности входного сигнала, а вторичная обмотка импульсного трансформатора подключена к поджигающему и одному из главных электродов разрядника, к которому также подключена цепь из встречно включенных стабилитронов, подключенных параллельно защищаемой цепи, и нелинейного сопротивления, причем другой вывод последнего соединен с первичной обмоткой импульсного трансформатора [2]

Недостаток такого устройства заключается в сложности схемного решения, которое приводит к снижению надежности и долговечности, а также высокой стоимости. Данное устройство нельзя применять там, где нормируется величина активного сопротивления линии связи.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для защиты линий связи от перенапряжений, которое содержит трехэлектродный разрядник, включенный между проводами линий связи, третий электрод которого заземлен, последовательно включенные в каждую линию связи дроссели с взаимоиндукцией и ограничивающими сопротивлениями и полупроводниковые элементы (варисторы), подключенные с каждого провода на заземляющий контур [3]

Однако данное устройство отличается недостаточным быстродействием при действии импульсов перенапряжения с крутым фронтом и низкой надежностью при действии импульсов перенапряжения большой длительности. Наличие в данном устройстве ограничительных резисторов исключает возможность его использования для защиты линий связи с нормируемым сопротивлением, для связи аппаратуры с датчиками, имеющими токовый выход, на которые накладываются жесткие ограничения на величину сопротивления нагрузки.

Цель изобретения повышение быстродействия, снижение напряжения срабатывания, возможность защиты аппаратуры при действии на линии связи грозовых импульсов перенапряжения большой длительности.

Цель достигается тем, что в устройство для защиты от перенапряжений двухпроводной линии связи, содержащее включенные в каждый из проводов соответственно разрядник и дроссель, варисторы, введены конденсаторы параллельно каждому варистору, дроссели, включенные последовательно в каждый из проводов, а также двусторонние полупроводниковые ограничители между выходными клеммами и заземляющим контуром.

На чертеже приведена электрическая схема устройства.

Устройство содержит неуправляемые разрядники 1, 2, подключенные к проводам 3, 4 связи и заземляющему контуру 5. Последовательно в каждый из проводов включены дроссели 6, 7 и 8, 9, причем к входу 3 подключено начало обмотки дросселя 6, а к входу 4 подключен конец обмотки дросселя 8, конец обмотки дросселя 6, соединен с началом обмотки дросселя 7, начало обмотки дросселя 8 соединено с концом обмотки дросселя 9. Между общей точкой соединения дросселей в каждой линии связи (6 и 7, 8 и 9 соответственно) и заземляющим контуром 5 включены варисторы 10, 11 и конденсаторы 12, 13. Между выходными клеммами 14, 15 и заземляющим контуром 5 включены двусторонние полупроводниковые ограничители (стабилитроны) 16, 17.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении с линии связи импульса перенапряжения типа линия земля с большой крутизной и большой длительностью первыми срабатывают варисторы 10, 11 со сдвигом во времени, определяемом постоянной времени цепи с индуктивностью 6, 8 и емкостью 12, 13. Благодаря введению конденсаторов 12, 13 увеличивается быстродействие устройства защиты при действии импульсов перенапряжения с крутым фронтом.

Ток, вызванный импульсом перенапряжения, протекает через дроссель 6 и варистор 10 на заземляющий контур 5 и дроссель 8 и варистор 11 на заземляющий контур 5 и приводит к появлению в магнитопроводе дросселей 6, 8 встречных и одинаковых по величине магнитных потоков, компенсирующих друг друга, что ограничивает мощность, выделяемую на варисторах 10, 11.

Через 0,5 1 мкс время срабатывания разрядника включаются газовые неуправляемые разрядники 1, 2. Порог срабатывания варистора должен быть несколько выше порога срабатывания разрядника. Таким образом, после срабатывания разрядников 1, 2 энергия импульса перенапряжения выделяется на разрядниках 1, 2, а варисторы 10, 11 отключаются. Остаточное напряжение разрядников 1, 2 ограничивается дросселями 7, 9 и стабилитронами 16, 17.

Дроссели 6, 8 выполнены на общем магнитопроводе из феррита, индуктивность дросселей должна быть одинаковой и иметь величину 100 200 мкГ. Дроссели 7, 9 имеют общий магнитопровод из электротехнической стали. Индуктивность дросселей 7, 9 выбирается исходя из длительности импульса перенапряжения таким образом, чтобы при напряжении на электродах разрядников, равном пробивному, ток, проходящий через дроссели 7, 9 и стабилитроны 16, 17 на заземляющий контур 5, не превышал предельно допустимого тока стабилитронов, при этом дроссели 7, 9 не должны входить в режим насыщения.

В предлагаемом устройстве применены разрядники типа Р-87 с напряжением срабатывания 60 90 В и варисторы типа СН с классификационным напряжением 90 110 В.