Устройство подавления промышленных импульсных помех в сети питания с переменным напряжением

Устройство относится к электронной технике, в частности к приборам защиты радиоэлектронных приборов от кратковременных высоковольтных импульсных перенапряжений в однофазной трехпроводной сети переменного тока 220 В.

Технический результат - возможность защиты радиоэлектронных приборов от кратковременных высоковольтных импульсных перенапряжений в однофазной трехпроводной сети переменного тока 220 В, действующих по цепям фаза-ноль («провод-провод»), фаза-земля («провод-земля») и ноль-земля («провод-земля») в наносекундном и микросекундном диапазоне помех большой энергии.

В устройство подавления промышленных импульсных помех в сети питания с переменным напряжением, включающее два нелинейные сопротивления, соединенные последовательно и включенные между линиями «провод-провод», разрядник с параллельной ускоряющей емкостью, подключенный к точке соединения нелинейных сопротивлений относительно линии «земля» введены разрядник с параллельной ускоряющей емкостью, подключенный параллельно ко второму нелинейному сопротивлению, два дросселя, включенные последовательно в каждую линию «провод», причем входами подключенные к нелинейным сопротивлениям, три двусторонние полупроводниковые ограничители, один из которых включен между выходами дросселей, два других первыми выводами соединены с выходами дросселей, вторыми - с заземляющей линией «земля», три конденсатора, включенные параллельно двусторонним полупроводниковым ограничителям, два развязывающих дросселя с тремя обмотками, выполненными в одном направлении на общем магнитопроводе из нанокристаллина с высокой магнитной проницаемостью, включенные последовательно на входе и выходе устройства.

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к приборам защиты радиоэлектронных приборов от кратковременных высоковольтных импульсных перенапряжений в однофазной трехпроводной сети переменного тока 220 В.

Известны устройства защиты:

- N-PE - разрядники грозозащиты фирмы WAGO №792-132, [1]

- Развязывающие дроссели фирмы WAGO №792-121, [1]

- Проходной модуль фирмы WAGO №792-6990, [1]

- Защитное устройство PT2-PE/S фирмы PHOENIX CONTACT, [2]

- Защитное устройство EGU 4 фирмы Weidmuller, [3]

- Защитное устройство RSU 230 Vuc фирмы Weidmuller, [3]

- Помехоподавляющие фильтры серии PI-k (8-32 А) фирмы Hakel, [4].

Устройства защиты содержат разрядник, электроды которого включены между линиями типа «провод-провод» и «провод-земля» и дроссели, включенные в каждую линию. Между выходами дросселей параллельно входу защищаемой аппаратуры включен стабилитрон.

Недостатками указанных устройств являются:

- отсутствие подавления и ограничения наносекундных импульсных помех с длительностью фронта от 5нс и длительностью импульса 50 нс и амплитудой до 4 кВ;

- во время воздействия микросекундного импульса высокой энергии открывается разрядник и образующийся проводящий канал по дуге разряда с низким сопротивлением фактически замыкает источник помехи и в том числе источник питания 220 В на линию «земля». Напряжение 220 В

поддерживает открытое состояние разрядника до тех пор, пока не выйдет из строя источник питания или сам разрядник из-за неограниченного тока разряда. Следствием этого является отсутствие подавления и ограничения любых импульсных помех и потеря работоспособности.

Подавление микросекундных импульсных помех упомянутого выше вида возможно только при совместном использовании нескольких указанных устройств, отличающихся различными уровнями (ступенями или классами) защиты.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для защиты линий связи от перенапряжений [5]. Устройство содержит нелинейные сопротивления (варисторы), соединенные последовательно и включенные между линиями «провод-провод», разрядник с параллельной ускоряющей емкостью, подключенный к точке соединения варисторов относительно линии «земля».

Недостатками указанного устройства являются:

- отсутствие подавления и ограничения наносекундных импульсных помех с длительностью фронта от 5 нс, длительностью импульса 50 нc и амплитудой выше 1 кВ по линиям «провод-земля»;

- отсутствие подавления и ограничения микросекундных импульсных помех с длительностью фронта 1 мкс, длительностью импульса 50 мкс и амплитудой выше 2 кВ по линии «провод-земля»;

- отсутствие защиты от импульсных помех типа «провод-провод». Техническим результатом полезной модели является возможность защиты радиоэлектронных приборов от кратковременных высоковольтных импульсных перенапряжений в однофазной трехпроводной сети переменного тока 220 В, действующих по линиям фаза-ноль («провод-провод»), фаза-земля («провод-земля») и ноль-земля («провод-земля») в наносекундном и микросекундном диапазоне помех большой энергии.

Технический результат достигается тем, что в устройство подавления промышленных импульсных помех в сети питания с переменным

напряжением, включающее два нелинейные сопротивления, соединенные последовательно и включенные между линиями «провод-провод», разрядник с параллельной ускоряющей емкостью, подключенный к точке соединения нелинейных сопротивлений относительно линии «земля» введены разрядник с параллельной ускоряющей емкостью, подключенный параллельно ко второму нелинейному сопротивлению, два дросселя, включенные последовательно в каждую линию «провод», причем входами подключенные к нелинейным сопротивлениям, три двусторонние полупроводниковые ограничители, один из которых включен между выходами дросселей, два других первыми выводами соединены с выходами дросселей, вторыми - с заземляющей линией «земля», три конденсатора, включенные параллельно двусторонним полупроводниковым ограничителям, два развязывающих дросселя с тремя обмотками, выполненными в одном направлении на общем магнитопроводе из нанокристаллина с высокой магнитной проницаемостью, включенные последовательно на входе и выходе устройства.

На фигуре 1 приведена электрическая схема устройства подавления промышленных импульсных помех в сети питания с переменным напряжением.

Устройство на фигуре 1 состоит из развязывающего дросселя L1, включенного последовательно во входную цепь, включенных последовательно нелинейных сопротивлений (варисторов) RU1, RU2, разрядника FV1, подключенного к точке соединения нелинейных сопротивлений RU1, RU2 относительно линии «земля», ускоряющей емкости С1 подключенной параллельно разряднику FV1, разрядника FV2, подключенного параллельно второму нелинейному сопротивлению RU2, ускоряющей емкости С2, подключенной параллельно разряднику FV2, двух дросселей L2, L3, включенных последовательно в каждую линию «провод» (1 и 2), причем дроссель L2 входом подключен к первому нелинейному сопротивлению RU1, а дроссель L3 входом подключен ко второму нелинейному сопротивлению RU2, трех двусторонних полупроводниковых ограничителей (защитных

диодов): VD1, включенного между выходами дросселей L2, L3; VD2, VD3, которые первыми выводами соединены с выходами дросселей L2, L3, вторыми - с заземляющей линией, конденсаторов С3, С4, С5 включенных параллельно полупроводниковым ограничителям, развязывающего дросселя L4, включенного последовательно на выходе устройства.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении на вход устройства наносекундного импульсного перенапряжения типа «провод-земля» или «провод-провод» на одну из обмоток развязывающего дросселя L1, выполняющего функцию высокочастотного фильтра благодаря высокой индуктивности при минимально возможной межвитковой паразитной емкости и благодаря наличию вторичной обмотки, намотанной в ту же сторону в магнитопроводе для образования компенсирующего магнитопотока, происходит срезание высокочастотной части спектра переднего фронта импульса и частичное ослабление амплитуды за счет увеличения реактивного сопротивления на высокой частоте и встречного магнитопотока от обратного во вторичной обмотке. Благодаря образованному лестничному широкополосному фильтру, образованному элементами L1, C1, C2, L2, L3, С3, С4, С5, L4 осуществляется подавление остальной высокочастотной части спектра импульсной помехи. Остаточное импульсное напряжение открывает рязрядник FV1 или FV2, через открывающийся на переднем фронте импульса варистор RU1 или RU2 и емкость C1 или C2. При этом из-за достаточно большой инерционности разрядников остается короткий высоковольтный импульс от входящего импульса, который обрезается полупроводниковыми ограничителями VD1, VD2, VD3 на уровне от 390 В до 430 В и затем сглаживается емкостями С3, С4, С5.

В предлагаемом устройстве применены развязывающие дроссели L1, L4 с индуктивно связанными обмотками на магнитопроводе из нанокристаллина. Индуктивности обмоток равны между собой и могут

находиться в пределах от 15 мкГ до 30 мкГ для входного дросселя L1 и от 7 мкГ до 15 мкГ для выходного дросселя L4.

Индуктивность дросселей L2, L3 может быть от 40 мкГ до 100 мкГ.

В устройстве применены:

- конденсаторы С1 и С3 типа X1 фирмы Epcos с номинальной емкостью 68 нФ и 0,1 мкФ соответственно.

- конденсатор С2 типа Y2 фирмы Epcos с номинальной емкостью 68 нФ;

- конденсаторы С4, С5 типа Y1 фирмы Epcos с номинальной емкостью 0,01 мкФ.

Конденсаторы X1 предназначены для подавления симметричной синфазной электромагнитной помехи в цепях типа «провод-провод» с высоким импульсным напряжением амплитудой до 5 кВ, имеют повышенную электрическую и механическую прочность, их неисправность не может привести к удару электрическим током.

Конденсаторы типа Y1 и Y2 предназначены для подавления электромагнитных помех в цепях типа «провод-земля», имеют повышенную электрическую и механическую прочность, их неисправность не может привести к удару электрическим током, эффективны при подавлении ассиметричной (дифференциальной) помехи с импульсным напряжением амплитудой 8,0 кВ и 5,0 кВ соответственно.

В качестве разрядников, варисторов и полупроводниковых ограничителей используются приборы со следующими параметрами:

- разрядник - 430 В/10 кА;

- варистор - 390 В;

- полупроводниковый ограничитель (диод защитный) - 390 В.

Устройство позволяет защищать аппаратуру от импульсных помех (до 4 кВ):

- наносекундные импульсные помехи высокой энергии с длительностью фронта от 5 нс и длительностью импульса 50 нc;

- микросекундные импульсные помехи высокой энергии с длительностью фонта 1 мкс и длительностью импульса 50 мкс.

Литература:

1. «WAGO rus v 1.0», 2004 г. Каталог продукции

2. «TRABTECH», Phoenix Contact, 2005. Каталог продукции

3. «Electrical Cabinet Product», Weidmuller, 2004/2005, каталог продукции

4. WWW.HAKEL.COM, сайт производителя

5. «Блок НУЗП-01-350 ИГНД.468243.011» ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е.Седакова»

Устройство подавления промышленных импульсных помех в сети питания с переменным напряжением, включающее два нелинейные сопротивления, соединенные последовательно и включенные между линиями «провод-провод», разрядник с параллельной ускоряющей емкостью, подключенный к точке соединения нелинейных сопротивлений относительно линии «земля», отличающееся тем, что введены разрядник с параллельной ускоряющей емкостью, подключенный параллельно ко второму нелинейному сопротивлению, два дросселя, включенные последовательно в каждую линию «провод», причем входами подключенные к нелинейным сопротивлениям, три двусторонние полупроводниковые ограничители, один из которых включен между выходами дросселей, два других первыми выводами соединены с выходами дросселей, вторыми - с заземляющей линией «земля», три конденсатора, включенные параллельно двусторонним полупроводниковым ограничителям, два развязывающих дросселя с тремя обмотками, выполненными в одном направлении на общем магнитопроводе из нанокристаллина с высокой магнитной проницаемостью, включенные последовательно на входе и выходе устройства.