Схема захисту, зокрема установок телекомунікацій, від перенапруги і струму перевантаження

1. Схема защиты, в частности установок телекоммуникаций, от перенапряжения и тока перегрузки, которая содержит разрядник защиты от перенапряжения, включенный между токовыми линиями в точках их разветвления как токоотводящая линия, ПТК-терморезисторы, включенные последовательно с токовыми линиями после упомянутых разветвлений в направлении от входа к выходу схемы защиты, тиристорные диоды ограничения по напряжению, подключенные к токовым линиям параллельно разряднику защиты от перенапряжения в соответствующих точках разветвления как вторая токоотводящая линия, подключен C2 (54) СХЕМА ЗАХИСТУ, ЗОКРЕМА УСТАНОВОК ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ, ВІД ПЕРЕНАПРУГИ І СТРУМУ ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ 39185 службы устройств защиты соответственно ограничен. Кроме того, защита является нереверсивной. В патенте ФРГ № 4026004 С2 описана схема защиты для установок телекоммуникаций, в которой поперечная цепь разрядника защиты от перенапряжения расположена перед предохранителем, в то время как между проводящим соединением и заземляющим проводом после предохранителя расположена поперечная цепь короткого замыкания. Когда срабатывает элемент защиты, то размыкается поперечная цепь разрядника защиты от перенапряжения и замыкается поперечная цепь короткого замыкания (контакт с аварийной блокировкой), так что срабатывают предохранители и линии разъединяются. Благодаря этой мере в качестве линейной защиты могут использоваться стандартные предохранители, так как место их включения не требует обеспечения устойчивости против ударных токов. Однако, недостатком является то, что после срабатывания линейной защиты необходимо менять весь штекер. За прототип изобретения принята схема защиты, в частности, установок телекоммуникаций, от перенапряжения и тока перегрузки, в которую включен разрядник защиты от перенапряжения, установленный между токовыми дорожками, как токоотводящая дорожка, в точках ответвления упомянутых дорожек, ПТК-терморезисторы, подключенные к токовым дорожкам за точками ответвления разрядника защиты от перенапряжения, тиристорные диоды ограничения по напряжению, подключенные параллельно разряднику защиты от перенапряжения в соответствующих точках ответвлений, как вторая токоотводящая дорожка, подключенная снизу от ПТК-терморезисторов (US-A4.758.920, МПК7: Н02Н 9/06, 19.07.1988). Недостатком известной схемы является то, что входящие в ее состав элементы защиты, в частности, разрядник защиты от перенапряжения, ПТК-терморезисторы и тиристорные диоды рассчитаны на сравнительно низкий уровень напряжения срабатывания и не способны защитить телекоммутационную установку от продолжительных токов короткого замыкания, в результате чего последние могут привести к перегреву разрядника и разрушению кабелей связи. Кроме того, срабатывание элементов защиты при возникновении недопустимо высоких токов короткого замыкания связано со взаимодействием с аварийной блокировкой схемы защиты, а также с необходимостью замены всего штекера - такая схема защиты является нереверсивной. В основу изобретения поставлена задача обеспечения повышенной устойчивости к ударным токам и долгосрочным помехам при коротких замыканиях в схеме защиты, в частности, установок телекоммуникаций, путем согласования величин напряжения срабатывания разрядника защиты от перенапряжения и других защитных элементов, в частности, оснащения схемы разрядником защиты от перенапряжения с напряжением срабатывания, превышающим пиковое значение напряжения электропитания, а также тиристорными диодами и ПТКрезисторами с напряжением срабатывания, превышающим максимальное значение управляющего напряжения, в результате чего разрядник защиты от перенапряжения воспринимает остаточную энергию возмущения и отводит ее по проводу заземления как высокоомный, препятствующий протеканию недопустимо высоких токов короткого замыкания защитный элемент, чем обеспечивается возможность исключения установления контакта телекоммутационной установки с аварийной блокировкой и необходимость замены штекера. Поставленная задача достигается за счет того, что схема защиты, в частности, установок телекоммуникаций, от перенапряжения и тока перегрузки, в которою включен разрядник защиты от перенапряжения, установленный между токовыми дорожками, как токоотводящая дорожка, в точках ответвления упомянутых дорожек, ПТК-терморезисторы, подключенные к токовым дорожкам за точками ответвления разрядника защиты от перенапряжения, тиристорные диоды ограничения по напряжению, подключенные параллельно разряднику защиты от перенапряжения в соответствующих точках ответвлений, как вторая токоотводящая дорожка, подключенная снизу от ПТК-терморезисторов, согласно изобретения, для случаев долгосрочных помех при коротком замыкании между телефонной линией или линией передачи данных и линией передачи высокого напряжения, оснащена разрядником защиты от перенапряжения с напряжением срабатывания от 440 до 660 В, которое превышает пиковое значение напряжения электропитания, а также тиристорными диодами и ПТК-резисторами с напряжением срабатывания от 180 до 250 В, которое превышает максимальное значение управляющего напряжения защищаемой линии, при этом ПТК-терморезисторы включены в схему защиты как устройство защиты реверсивной линии и безаварийный реверсивный переключатель, блокирующий максимальные амплитуды напряжения и силу токов высокого напряжения питания. При этом схема оснащена полупроводниковыми тиристорными диодами, которые объединены в цепь и представляют собой защитный каскад, содержащий устройство с низкой степенью защиты и устройство с высокой степенью защиты, а точки измерения и разьединения каждой цепи расположены снизу от защитного каскада. Благодаря настройке постоянного напряжения срабатывания разрядника защиты от перенапряжения относительно резисторов с положительным температурным коэффициентом (ПТК)терморезисторов и двунаправленных тиристорных диодов (такие тиристорные диоды представляют собой полупроводниковые схемные элементы с двумя состояниями проводимости, подобно тиристорам или двунаправленным триодным тиристорам, например, такие, как TRISIL - диоды фирмы "SGS - Thomson Microelectronic", "PROTECTION DEVICES", Databook, 2-е издание, март 1993, ст. 311) таким образом, что напряжение срабатывания выше пикового значения нагрузки переменным напряжением (например, 230 Вэфф), превышающего 325 В, и что напряжение срабатывания тиристорных диодов несколько выше максимальных значений управляющего напряжения защищаемой линии, типовых для дальней связи, например, 180 В, а также благодаря выбору ПТК-терморезисторов в качестве развязывающего элемента, включенного в 2 39185 схему защиты как устройство защиты реверсивной линии и безаварийный реверсивный переключатель, блокирующий максимальные амплитуды напряжения и силу токов высокого напряжения питания, достигаются требуемая устойчивость к ударным токам и обратимая функция линейной защиты. При этом функции предохранителей для защиты линий и приборов выполняют схемные элементы, а именно, стандартные ПТК-терморезисторы. Любое количество нагрузок ударными токами не приводит к старению. После затухания помехи схема сразу же вновь готова к использованию. Одновременно схема защиты обеспечивает возможность введения в существующие конструкции защитных автоматов и реализации с помощью стандартных схемных элементов с меньшими затратами и без ограничения других функций защитного штекера. Для защиты от недопустимо высокого тепловыделения разрядника защиты от перенапряжения схема защиты не нуждается в наличии контакта с аварийной блокировкой, который требовался до сих пор и приводил к необходимости замены после его срабатывания всего защитного штекера. Напротив, схема защиты в соответствии с изобретением обеспечивает защиту без контакта с аварийной блокировкой по отношению к сколь угодно долго существующим нагрузкам переменным напряжениям, является обратимой и совершенно не нуждается в техническом обслуживании. Применение тиристорных диодов в качестве второй ступени ограничивающих напряжение схемных элементов (высокочувствительная защита), в частности твердотельных тиристорных диодов, гарантирует чрезвычайно быстрое срабатывание, низкий уровень защиты при статических и динамических возрастаниях напряжения и объединяет таким образом преимущества разрядников защиты от перенапряжения (грубая защита) и твердотельных схемных элементов в одной схеме защиты. Использование ПТК-терморезисторов обеспечивает дополнительно обратимую токовую защиту даже при напряжениях, которые не приводят к срабатыванию ни разрядника защиты от перенапряжения, ни диодов (функция предохранителя для защиты приборов). Таким образом, с помощью одного схемного элемента выполняются две функции защиты: защита линий и защита приборов. Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью представленного на чертеже примера выполнения, на котором показана электрическая схема системы защиты в соответствии с изобретением. На чертеже показана схема защиты, которая включена в цепи тока а-а' и b-b', причём общий провод заземления Е предназначен для отвода токов перегрузки, вызванных перенапряжениями относительно потенциала земли. На стороне телекоммуникаций или линии L, откуда могут появляться помехи, между цепями тока а-а' и b-b' в точках ответвления 1, 2 в качестве поперечной цепи c-d включен разрядник 3 защиты от перенапряжения, например, с постоянным напряжением срабатывания 440-660 В, к которому подключен общий провод заземления Е. После точек ответвлений 1, 2 разрядника 3 защиты от перенапряжения в линии а-а' или b-b' включены ПТК-терморезисторы 4, 5. После ПТК-терморезисторов 4, 5, которые составляют, например, 20 Ом, между точками ответвлений 6, 7 в качестве второй поперечной цепи параллельно с разрядником 3 защиты от перенапряжения включены твердотельные тиристорные диоды 8, 9 с напряжением срабатывания, например, 200 В, которые посредством точки ответвления 10 соединены с общим проводом заземления Е. На защищаемой стороне или на стороне системы S в линиях а-а' или b-b' расположены точки измерения и разъединения 11, 12. Расположение точек измерения и разъединения 11, 12 за схемой защиты, которая образует ступенчатую защиту, состоящую из грубой защиты, высокочувствительной защиты и защиты по току, допускает частичную проверку функционирования линии. Элементы схемы защиты для обеспечения функционирования ПТК-терморезисторов 4, 5 в качестве устойчивой к ударным токам и обратимой защиты линий должны быть согласованы друг с другом. Напряжение срабатывания разрядника 3 защиты от перенапряжения (может использоваться трехполюсный разрядник) должно выбираться, например, таким образом, чтобы оно было выше пикового значения нагрузки напряжения электропитания 230 Вэфф. В данном случае выбран разрядник 3 защиты от перенапряжения с постоянным напряжением срабатывания более 440 В. Тиристорные диоды 8, 9 необходимо выбирать таким образом, чтобы их напряжение срабатывания было несколько выше максимальных значений управляющего напряжения защищаемой линии, типового для техники связи, например, 180 В. ПTK-терморезисторы 4, 5 выбираются таким образом, что они действуют как развязывающее звено, включены в схему защиты как устройство защиты реверсивной линии и безаварийный реверсивный переключатель, блокирующий максимальные амплитуды напряжения и силу токов высокого напряжения питания, и могут блокировать максимальное переменное напряжение, например, 240 Вэфф. Максимальный ток включения для ПТК-терморезисторов 4, 5 необходимо выбирать по возможности более высоким. В случае неустановившейся нагрузки напряжением тиристорные диоды 8, 9 ограничивают с высоким быстродействием на выходе а'-b' на стороне S системы появляющееся перенапряжение до уровня защиты, например, ± 250 В. В течение кратчайшего времени, благодаря развязке с помощью ПТК-терморезисторов 4, 5 разрядник 3 защиты от перенапряжения воспринимает остаточную энергию возмущения и отводит ее по проводу заземления Е. Температурозависимые ПТК-терморезисторы 4, 5 в продольной цепи а-а' или b-b' осуществляют за счёт омического сопротивления развязку между элементами грубой и высокочувствительной защиты и действуют как обратимый схемный элемент, ограничивающий ток. Если свойство обратимости не имеет значения, то вместо ПТК-терморезисторов могут использоваться обычные предохранители. Ударные токи порядка, например, 5 кА воспринимаются исключительно разрядником 3 защиты от перенапряжения и отводятся с помощью провода заземления Е. 3 39185 допустимо большого тока короткого замыкания, который отводился бы через кабель дальней связи и тиристорные диоды 8, 9 с помощью провода заземления Е. После затухания возмущения схема сразу же вновь готова к использованию. В целом, в соответствии с изобретением, благодаря совместному включению разрядника 3 защиты от перенапряжения с твердотельными тиристорными диодами 8, 9, и благодаря согласованию номинального постоянного напряжения срабатывания разрядника 3 защиты от перенапряжения с параметрами прочих схемных элементов достигается следующее : - преимущества разрядников защиты от перенапряжения и твердотельных тиристорных диодов объединены в защитном штекере; - функция предохранителей для защиты линий и приборов выполняется схемным элементом стандартными ПТК-терморезисторами 4, 5; - устойчивость к ударному току 5 кА достигается с помощью разрядника 3 защиты от перенапряжения; - обратимая защита по току обеспечена с помощью ПТК-терморезисторов 4, 5 даже при напряжениях, которые не приводят к срабатыванию ни разрядника 3 защиты от перенапряжения, ни тиристорных диодов 8, 9; - в качестве устойчивого элемента к ударным токам и обратимой защиты линий используется такой же стандартный ПТК-терморезистор, - при коротком замыкании линии дальней связи с линией электропитания напряжением 230 Вэфф не происходит срабатывания контакта с аварийной блокировкой разрядника 3 защиты от перенапряжения; - обеспечивается обратимая и в значительной степени не требующая технического обслуживания защита; - схема защиты может использоваться также в известных корпусах защитных штекеров. Если возникает нагрузка переменным напряжением, например, 230 Вэфф/5 Аэфф, напряжение не достигает величины постоянного напряжения срабатывания разрядника 3 защиты от перенапряжения. В этом случае разрядник 3 защиты от перенапряжения как бы выпадает как схемный элемент для всех нагрузок переменным напряжением 230 Вэфф. Значительно лучше пригодные для нагрузки напряжением тиристорные диоды 8, 9 воспринимают нагрузку и ограничивают напряжение. Благодаря значительно более низкому напряжению пропускания тиристорных диодов, в общем случае 2-3 В, преобразование мощности, и тем самым выделение тепла, значительно ниже, чем у разрядников защиты от перенапряжения. Таким образом, при нагрузках переменным напряжением до 230 Вэфф может не происходить срабатывание контакта с аварийной блокировкой разрядника 3 защиты от перенапряжения. Следовательно, при всех нагрузках переменным напряжением до 230 Вэфф можно не предусматривать установку контакта с аварийной блокировкой на разряднике 3 защиты от перенапряжения. Следовательно, защитный штекер после нагрузки переменным напряжением 230 Вэфф также не требует замены. Недопустимо высокое тепловыделение на тиристорных диодах 8, 9 исключается путём надлежащего выбора ПТК-терморезисторов 4, 5. Включение ПТК-терморезисторов 4, 5 перед соответствующим схемным элементом, ограничивающим напряжение, в данном случае тиристорными диодами 8, 9 влечет за собой то, что ПТКтерморезисторы 4, 5 берут на себя функции обратимых и устойчивых к ударным токам линейных предохранителей. В зависимости от выбранного тока включения ПТК-терморезисторов 4, 5 токи короткого замыкания, которые протекают через тиристорные диоды 8, 9 в каждом полупериоде, прерываются в соответствии с характеристикой t=f(i). ПТК-терморезисторы 4, 5 становятся высокоомными и таким образом препятствуют протеканию не Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4