Проектирование и расчет защиты от перенапряжений

метки: Защита, Устройство, Автоматика, Перенапряжение, Влияние, Рисунок, Магнитный, Оборудование

Проектирование и расчет защиты от перенапряжений

связь аварийный заземление сеть

Понятие электромагнитная совместимость (ЭМС) возникло еще в начале развития радиотехники и имело узкое смысловое значение — выбор частотного диапазона.

В настоящее время международная электротехническая комиссия (МЭК) определяет ЭМС как способность оборудования или системы условий работать в данной электромагнитной обстановке (ЭМО) без внесения в нее какого-либо недопустимого электромагнитного возмущения.

ЭМО — совокупность электромагнитных явлений, процессов в заданной области пространства, частотном и временном диапазонах.

Тема данной курсовой работы актуальна. Невыполнение требований ЭМС может иметь достаточно серьезные последствия в различных сферах деятельности человека и на производственных предприятиях: привести к сбою в электронных системах управления воздушного, железнодорожного транспорта, автоматических производственных линий, систем управления промышленных объектов и объектов энергетики, медицинского оборудования. В настоящее время, когда в целях повышения эффективности работы, предприятия стали переходить на цифровые устройства, проблема ЭМС встает особенно остро: под воздействием помех основные системы контроля могут выходить из строя и срабатывать ложно. Электромагнитная совместимость нарушается, если уровень помех слишком высок или помехоустойчивость оборудования недостаточна. В этом случае возможны нарушения в работе компьютеров, цифровых устройств релейной защиты, систем цифрового управления и АСУ разного уровня, появление ложных команд в указанных системах, что может привести к катастрофическим последствиям.

Целью данной курсовой работы является определение параметров системы связи, расчет влияний на аппаратуру железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (ЖАТС), а также разработка мер и согласованных по параметрам схем защиты от перенапряжений, воздействующих на ЖАТС.

1. Основные положения правил устройства электроустановок

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) — это основной нормативный технический документ (НТД), которым пользуются инженеры-проектировщики при создании электроустановок всех модификаций и типов.

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Искусственный заземлитель — заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.

Курсовая работа автоматическое управление

Задание на курсовую работу: Анализ системы управления Определение передаточных функций и переходных характеристик звеньев. Определение передаточных функций разомкнутой и ... . Задача №7. Расчёт и определение параметров элементов корректирующего устройства. *** Имеем передаточную функцию: Для данной передаточной функции имеем последовательность следующих корректирующих звеньев: Тогда получим: R1 ...

Естественный заземлитель — сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления.

Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляемую часть (точку — внутренний контур) с заземлителем.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Внутренний контур — заземляющая магистраль, прокладываемая внутри подстанций, постов и т.п., к которой подключаются заземляющие проводники электрооборудования, обеспечивает связь заземляемого оборудования с контуром заземления.

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Зануление используется для ускорения защиты по токи при 380 В.

Уравнивание потенциалов — электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов.

Выравнивание потенциалов — снижение разности потенциалов на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности, присоединяющих к заземляющему устройству или путем применения специальных покрытий земли.

Главная заземляющая шина — шина, являющаяся частью заземляющего устройства электроустановки до 1 кВ и предназначенная для присоединения нескольких проводников с целью заземления и уравнивания потенциалов.

2. Общая схема и описание станции и объектов ЖАТС

На рисунке 2.1 изображен общий план станции. Объекты путевого хозяйства включают в себя полотно железных дорог с подушкой в виде геотекстиля или полипропилена под рельсами, шпалы, рельсы (Р-65, Р-75).

Объекты ЖАТС вблизи путей — объекты ШЧ и РЦС: сигнальные точки автоблокировки, посты электрической централизации, пункты ПОНАБ, питающие цепи 220В, антенно-фидерные устройства (АФУ), волноводы радиостанций, кабели связи и автоматики.

Рисунок 2.1. Общая схема станции

На рисунке 2.1 обозначены следующие объекты:

ТП — тяговая подстанция — электроустановка для преобразования и распределения электрической энергии. ТП предназначены для понижения электрического напряжения и последующего преобразования (выпрямления) тока, с целью передачи его в контактную сеть для обеспечения электрической энергией электровозов. ТП бывают постоянного и переменного тока. В данной работе ТП питается от линий электропередач постоянного тока (ЛЭП-110).

ТП расположены друг от друга на расстоянии 10-25 км. Имеет контур заземления.

КТП — комплектная трансформаторная подстанция — это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования (повышения / понижения) напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии в системах электроснабжения потребителей сельских, поселковых, городских, промышленных объектов. Состоит из силовых трансформаторов, распределительного устройства, устройства автоматического управления и защиты, а также вспомогательных сооружений.

Дом связи — здание, в котором находится рабочее место ДСП и аппаратура связи.

Ремонт и обслуживание устройств релейной защиты

... служащие для осуществления взаимной связи между элементами защиты. 3. Ремонт и обслуживание устройств релейной защиты При новом включении наладочные работы рекомендуется ... кабелей, жил кабелей, проводов; место установки и выполнение заземления вторичных цепей; наличие необходимых надписей на панелях и аппаратуре, выполняемых как правило, силами эксплуатационного персонала. На налаживаемом устройстве ...

АФУ — антенно-фидерное устройство — используются для передачи сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения, а также других радиотехнических системах, использующих для передачи сигналов радиоволны.

Линия электропередачи (ЛЭП) — один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. ЛЭП-110 — линии электропередач постоянного тока 110 В, заходит на ТП, расположены на расстоянии0,3-0,5 км от железнодорожных путей.

Корпуса всех объектов, расположенных на расстоянии менее 5 м от рельс должны быть соединены с ними через гальванические элементы или через разрядники для надежного отключения с ТП провода контактной сети, оборвавшегося от перенапряжения и попавшего на эти корпуса.

МКПАБ — магистральный высокочастотный кабель, состоит из медных жил, кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляции, брони из стальных лент и защитного покрова из кабельной пряжи, пропитанной битумом.

Рисунок 2.2. Кабель МКПАБ (1-контрольная жила, 2-центрирующий кордель, 3-изолированная жила четверки, 4-сигнальная пара, 5-поясная изоляция, 6-алюминиевая оболочка, 7-стальные ленты), ТППэ — местный кабель, входящий на территорию ТП, телефонный с полиэтиленовой изоляцией жил кабеля и полиэтиленовой изоляции оболочки, экранированный, для исключения электрических влияний.

Рисунок 2.3. Кабель ТППэ (1-оболочка, 2-экран, 3-поясная изоляция, 4-гидрофобный заполнитель, 5-изоляция, 6-токонесущая жила) СБПБ — сигнально-блокировочный кабель с полиэтиленовым покрытием, бронированный. Предназначен для электрических установок железнодорожной сигнализации, централизации и блокировки, пожарной сигнализации и автоматики с номинальным напряжением 380 В переменного тока частотой 50 ГЦ или 700 В постоянного тока

Рисунок 2.4. Кабель СПБП (1-наружный покров, 2-броня, 3-подушка, 4-оболочка, 5-поясная изоляция, 6-изоляция, 7-токонесущая жила)

Волновод — искусственный или естественный направляющий канал, в котором может распространяться волна. При этом поток мощности, переносимый волной, сосредоточен внутри этого канала или в области пространства, непосредственно примыкающей к каналу. БМ-4 состоит из стального провода диаметром 4 мм, покрыт тонкой медной пленкой. Волновод соединяется с антенной.

Рисунок 2.5. Волновод (1-стальная сердцевина, 2-проводящий слой)

• контактная сеть;
• ЛЭП;
• разряд молнии.

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Для каждой системы заземления (TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT) существуют свои требования к сопротивлению заземляющего устройства (ЗУ).

Сопротивление ЗУ очень сильно зависит от:

• а) типа грунта;
• б) структуры грунта;
• в) состояния грунта;
• г) глубины залегания электродов;
• д) количества электродов;
• е) свойств электродов.

Контур заземления — это и есть, соединенные между собой, горизонтальные и вертикальные электроды, которые заложены на определенной глубине в грунте.

Все свойства грунта определяются его сопротивлением растекания тока. И чем это сопротивление меньше, тем лучше для монтажа контура заземления.

Контур заземления классически представляет собой группу соединенных горизонтальным проводником вертикальных электродов небольшой глубины, смонтированных около объекта на относительно небольшом взаимном расстоянии друг от друга.

В качестве заземляющих электродов в таком заземляющем устройстве традиционно использовали стальной уголок либо арматуру длинами 2,5-3 метра, которые забивали в грунт с помощью кувалды.

В качестве соединительного проводника использовали стальную полосу 4х40 мм, которая укладывалась в заранее подготовленную канаву глубиной 0,5-0,7 метра. Проводник присоединялся к смонтированным заземлителям электро- или газосваркой.

В данном курсовом проекте контур заземления состоит из шести штырей, расположенных на расстоянии четырех метров друг от друга. Сопротивление такого контура не должно превышать 4 Ом.

Начнем расчет с определения вертикальной составляющей Rв:

(3.1)

где — удельное сопротивление грунта, равное 70 Ом _* м;

• длина штыря из арматуры, равная 2,5 м;
• диаметр штыря, равный 0,02 м;
• глубина, на которую углублено начало штыря, равная 0,7 м.

Таким образом, проведя расчет, получаем:

Далее необходимо рассчитать горизонтальную составляющую:

(3.2)

где — ширина горизонтальной шины, равная 0,025 м;

• общее расстояние между штырями, равное 35 м.

Проведя расчет получим:

Зная эти составляющие, рассчитаем сопротивление контура заземления по следующей формуле:

(3.3)

где — сезонный коэффициент, равный 1,4;

• коэффициентs использования, которые находим по таблице 1;
• количество штырей, равное 6 шт.

Таблица 1. Коэффициенты использования (экранирования) заземлителей

	4	6	10	20	40
	0,65	0,6	0,53	0,5	0,4
	0,45	0,4	0,35	0,25	0,2

Проведя расчет получим:

По полученному значению, можно сделать вывод, что количество штырей подобрано верно, так как выполняется условие .

На работу кабельных и воздушных линий связи (ЛС) могут оказывать неблаговременные воздействия посторонние источники влияния, к которым относятся: атмосферное электричество, линии электропередачи, контактные сети электрифицированных железных дорог (эл. ж. д.) передающие радиостанции.

При определении электромагнитных влияний учитывается раздельно электрическое и магнитное влияние. Такой метод является целесообразным по той причине, что обычно магнитная составляющая значительно больше электрической, поэтому малой составляющей можно пренебречь.

4.1 Расчет магнитных влияний на аппаратуру ЖАТС

Расчет магнитных влияний производится по следующей формуле:

(4.1)

(4.2)

где щ= 314 рад/с;

• ток короткого замыкания;
• длина совместного пробега кабеля;
• коэффициент экранирования рельсов, равный 0,5;
• коэффициент экранирования кабеля;
• коэффициент пучка проводов, равный 0,8;
• модуль взаимной индуктивности, который находится по следующей формуле:

(4.3)

где а — расстояние от кабеля до ЛЭП/контактной сети;

• удельная проводимость грунта;
• удельное сопротивление грунта, равное 70 Ом·м;
• частота, равная 50 Гц.

Перед началом расчета необходимо составить план станции (представленный на рисунке 4.1) и указать расстояния от ЛЭП и контактной сети до объектов и кабелей, подверженных влиянию.

Рисунок 4.1. План станции

Расчет магнитных влияний на магистральный кабель связи

При расчете магнитного влияния контактной сети и ЛЭП не учитываем . для магистрального кабеля связи.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на МкПАБ:

Модуль взаимной индуктивности при влиянии контактной сети:

Гн/км.

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на МкПАБ:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

Модуль взаимной индуктивности при влиянии ЛЭП:

Гн/км.

Расчет магнитных влияний на кабель связи, заходящий на тяговую подстанцию

При расчете магнитного влияния контактной сети и ЛЭП не учитываем . для местного кабеля связи.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на ТППэ:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на ТППэ:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

Расчет магнитных влияний на кабель электропитания от КТП до узла связи

При расчете магнитного влияния контактной сети и ЛЭП не учитываем . для кабеля сигнальной блокировки.

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на СБПБ:

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на СБПБ:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

Расчет магнитных влияний на волновод

При расчете магнитного влияния контактной сети и ЛЭП на волновод не учитываем .

а) Рассчитаем магнитное влияние контактной сети на волновод:

Модуль взаимной индуктивности при воздействии контактной сети на волновод:

Гн/км.

б) Рассчитаем магнитное влияние ЛЭП на волновод:

При расчете магнитного влияния ЛЭП не учитываем .

Полученные результаты сведем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1. Рассчитанные значения электромагнитных влияний

	МКПАБ	ТППэ	СБПБ	Волновод
Влияние контактной сети, В	779,348	297,986	194,837	14583,416
Влияние ЛЭП, В	1678,801	641,895	419,7	6715,204
Результирующее влияние, В	1850,88	707,690	462,72	16055,217

На кабели МкПАБ, ТППэ, СБПБ — ЛЭП оказывает большее магнитное влияние, чем контактная сеть, однако на волновод большее влияние оказывает контактная сеть, т.к. они ближе расположены. Также величина магнитного влияния зависит от длины сближения кабеля, так МкПАБ подвержен большему влиянию, чем ТППэ и СБПБ.

5 . Расчет гальванического влияния на аппаратуру ЖАТС

Схематическое представление станционных объектов приведено на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Схематичное расположение станционных объектов

Расчет гальванического влияния производится по следующей формуле:

(5.1)

где — ток ЛЭП или контактной сети;

• удельное сопротивление грунта, равное 70 Ом·км.

Значение принимаем равным 100 м, — 1300 м. Расстояние и намного больше расстояния , поэтому их значения принимаем равным бесконечности.

а) гальваническое влияние на кабель ТППэ, на которого влияет контактная сеть:

б) гальваническое влияние на кабель ТППэ, на которого влияет ЛЭП:

По полученным значениям можно сделать вывод, что гальваническое влияние на аппаратуру ЖАТС небольшое, по сравнению с магнитным влиянием.

Ток молнии обычно составляет десятки и даже сотни килоампер, то есть часто превосходит ток КЗ.

Важной особенностью грозовых разрядов является то, что их воздействию подвергаются отнюдь не только электростанции, подстанции и промышленные предприятия. Обычный узел связи и управления в городской черте может оказаться не менее уязвимым. В первую очередь это касается объектов, оснащенных мачтами радиосвязи (на крыше или рядом со зданием).

Обследование ряда таких объектов показало, что растекание тока молнии часто происходит по элементам систем заземления и питания информационной техники либо вблизи от нее.

Часто значительная часть тока молнии (в отдельных случаях до 80-100%) стекает по экранам коаксиальных кабелей непосредственно на узел связи.

Грозовой разряд является наиболее мощным источником импульсных перенапряжений. Во время разряда молнии в ее стволе возникают огромные токи, при протекании которых возникают опасные потенциалы напряжений.

Системы молниезащиты, включающие в свой состав молниеотводы и заземления, предназначены для защиты зданий и людей от поражения электрическим током, но не для защиты электронной аппаратуры. О реальной защите от разряда молнии можно говорить в случае, если расстояние до него составляет хотя бы сотни метров.

Для начала расчета приведем чертеж схемы замещения участка с попаданием молнии.

Рисунок 6.1. Схема замещения участка, подверженного попаданию молнии

Грозовой разряд — это своего рода импульс высокого напряжения и тока. Амплитудно-временная форма главной стадии тока полни на входах ВЗУ — 7/500 мкс; амплитуда тока молнии 90 кА.

Грозовой импульс строится по следующему закону c шагом дискретизаци с:

, А (6.1)

По исходным данным грозовой импульс имеет следующую форму:

Рисунок 6.2. Форма грозового импульса

Спектральная характеристика грозового разряда строится по следующей формуле с шагом дискретизации Гц:

• (6.2)

Спектр такового грозового импульса имеет следующий вид:

Рисунок 6.3. Амплитудно-частотная характеристика грозового импульса

По рисунку 6.3 находим 500 Гц — первый способ методики нахождения .

Второй способ по следующей формуле:

Найдем круговую частоту:

Найдем перенапряжения при заносе потенциала по формулам (4.1-4.3), полученные результаты занесем в таблицу 6.1.

Таблица 6.1. Воздействия грозового разряда на аппаратура ЖАТС

	МкПАБ	ТППэ	СБПБ	волновод
При	0,09	0,14	0,17	0,03	0,05	0,06	0,002	0,003	0,004	0,36	2,63	2,65
При	6,35	10,0	11,8	2,43	3,83	4,54	1,59	2,51	2,97	25,41	187,6	189

Существует две меры защиты от перенапряжений: экранирование и защита с помощью пороговых элементов, переносящих опасное напряжение на заземляющий контур. В настоящее время для эксплуатации средств связи более актуальным является решение проблемы 2 способом, который мы рассмотрим в данной курсовой работе.

7.1 Защита однопроводных трактов

Разрядники и предохранители

Разрядник — это электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях.

Разрядник состоит из электродов, искрового промежутка, стеклянного или керамического корпуса и газового наполнения.

Один из электродов крепиться на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы).

Разрядник — это прибор защиты, который преобразует электрическое поле, опасное своим высоким потенциалом относительно земли в магнитное поле, которое имеет низкий потенциал относительно заземлителя.

Таблица 7.1. Технические характеристики разрядников

Параметры разрядников	Р-35	Р-63
Порог срабатывания, В	300-400	200-300
Время срабатывания, мкс	0,5	0,5
Емкость, пФ	5	1
Материал (1-металл-стекло; 2-металл-керамика)	1	2

Электрический предохранитель — компонент электрических и радиоэлектронных устройств, предназначенный для защиты оборудования и приборов от повреждений при их неисправностях или для защиты питающей сети от аварийных электрических токов, возникающих при авариях и отказах, неправильного включения, ошибок монтажа.

Предохранитель включается последовательно с потребителем электрического тока и разрывает цепь тока при превышении им номинального тока, — тока, на который рассчитан предохранитель.

Рисунок 7.1. Устройство автоматического предохранителя

На рисунке 7.1 изображен автоматический предохранитель, который состоит из: 1 — тумблерный вкл/выключатель; 2 — механический привод; 3 — контактная система; 4 — разъёмы (2 шт.); 5 — тепловой расцепитель; 6 — калибровочный винт; 7 — электромагнитный расцепитель; 8 — дугогасительная камера.

Автоматический предохранитель (автоматический выключатель — ВА) состоит из диэлектрического корпуса, внутри которого располагаются подвижный и неподвижный контакты. Подвижный контакт подпружинен, пружина обеспечивает усилие для быстрого расцепления контактов. Механизм расцепления приводится в действие одним из двух расцепителей: тепловым или электромагнитным.

Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током. При протекании тока выше допустимого значения биметаллическая пластина изгибается и приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт, разрывая тем самым электрическую цепь. Время срабатывания зависит от тока (время-токовая характеристика) и может изменяться от секунд до часа. Минимальный ток, при котором должен срабатывать тепловой расцепитель, составляет 1,3 от номинального тока предохранителя до 63 ампер и свыше 63 ампер 1,45 от номинального тока предохранителя. В отличие от плавкого предохранителя, автоматический предохранитель готов к следующему использованию после остывания пластины.

Тем не менее, параметры автоматического предохранителя могут изменяться при каждом срабатывании из-за обгорания контактов. Эту особенность следует учитывать в промышленных установках.

Магнитный (мгновенный) расцепитель представляет собой соленоид, подвижный сердечник которого приводит в действие пружину, отводящую подвижный контакт. Ток, проходящий через автоматический выключатель, течет по обмотке соленоида и вызывает втягивание сердечника при превышении заданного порога. Мгновенный расцепитель, в отличие от теплового, срабатывает очень быстро (доли секунды), но при значительно большем превышении тока: в 6 и более раз от номинального тока, в зависимости от типа (автоматические выключатели делятся на типы A, B, C, D, E и K в зависимости от характеристики срабатывания расцепителей).

Во время расцепления контактов может возникнуть электрическая дуга, поэтому контакты имеют особую форму и находятся вдугогасительной камере.

Таблица 7.2. Технические характеристики предохранителей

Параметры предохранителей	ПКН001	ППН39
Номинальное напряжение, кВ	10	0,5
Номинальный ток, А	—	500
Номинальная отключающая способность, кА	—	100
Время плавления при токе 1,25 А, с, более	10	—
Время плавления при токе 2,5 А, с, менее	10	—

Таблица 7.3. Технические характеристики ВА

Параметр	ВА47-29
Номинальный ток, А, до	63
Номинальная отключающая способность, кА	4,5
Рабочее напряжение, В, до	0,4

Варисторы и позисторы

Варистор — это полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление (проводимость) которого нелинейно зависит от приложенного напряжения, то есть обладающий нелинейной симметричной ВАХ и имеющий два вывода. Обладает свойством резко уменьшать свое сопротивление с единиц ГОм до десятков Ом при увеличении приложенного к нему напряжения выше пороговой величины. При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление уменьшается еще сильнее. Благодаря отсутствию сопровождающих токов при скачкообразном изменении приложенного напряжения, варисторы являются основным элементом для производства устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).

Варистор является полупроводниковым прибором, изготовленным из порошка карбида кремния (SiC) или оксида цинка (ZnO) методом прессования. У варистора симметричная и нелинейная ВАХ, поэтому он может применяться в цепях постоянного и переменного тока. Варисторы обладают крайне полезным для электрических цепей качеством. Они способны резко менять свое сопротивление при превышении напряжения определенного порога срабатывания.

В случае возникновения импульса напряжения способного вывести из строя электронное устройство, варистор практически мгновенно изменяет свое сопротивление от сотен МОм до десятков Ом, то есть закорачивает цепь питания, поэтому перед варистором всегда ставиться обычный плавкий предохранитель.

Варистор подключается параллельно цепи питания. При отсутствии опасных импульсов напряжения ток, протекающий через варистор, имеет небольшую величину, и варистор представляет собой диэлектрик и абсолютно не влияет на работу схемы. Если возник импульс перенапряжения, варистор из-за нелинейности характеристики уменьшает свое сопротивление практически до нуля. Нагрузка шунтируется, а поглощенная энергия рассеивается в виде тепла. Варистор не обладает инерцией, поэтому после «срезания» импульса он мгновенно снова приобретает очень большое сопротивление.

Таблица 7.4. Технические характеристики варисторов

Параметры варисторов	CН2-2А	УЗП-500
Порог срабатывания, В	330-400	500
Время срабатывания, нс	25	25

Позисторы предназначены для защиты цепей от перегрузок по току. Они имеют широкий круг применения и производятся в следующих вариантах исполнения: DIP и SMD.

Керамические позисторы являются практически вечными предохранителями, работают очень надежно, но имеют несколько более низкое быстродействие, чем полисвич, который изготовлен на основе полимера. В последние годы ведется активная работа по повышению быстродействия керамического позистора и это позволило почти в 2 раза улучшить этот показатель. Активное использование данного элемента на рынке электронных компонент объясняется исключительно высокой надежностью его работы и очень низкой ценой.

Предлагаются технические характеристики позисторов MZ23-25R (R25), являющегося специальной разработкой для телекоммуникации в качестве защитного элемента разработанного по требованию ОАО «ЦКБ — Связь» и рекомендованы им к применению. В настоящее время данный позистор применяется практически всеми производителями АТС и средств грозозащиты.

Измененная технология производства данного позистора позволила создать безукоризненно работающую пару 3R230 — газоразрядник с жестко контролируемыми параметрами (допуска 10%, а не 20%, как предлагают все производители) вместе с данным позистором работает наиболее четко и слаженно.

Таблица 7.5. Технические характеристики позистора MZ23-25 (R25)

Параметры	MZ23-25 (R25)
Порог срабатывания, мА	130
Время срабатывания, с	0,5
Номинальное сопротивление, Ом	25
Допуск сопротивления	20%
Номинальное напряжение, В	60
Максимальное рабочее напряжение, В	230

7.2 Защита двухпроводных трактов

Трансформаторы

Трансформатор — это устройство для передачи энергии из одной части электрической цепи в другую, основанное на использовании явления взаимоиндукции. состоит нескольких связанных индуктивных катушек (обмоток).

Обмотка, подключённая к источнику энергии, называется первичной, остальные обмотки называются вторичными. Часто размещены общем ферромагнитном сердечнике уменьшения потоков рассеяния и повышения индуктивности. с ферромагнитным сердечником представляет собой нелинейными характеристиками, так как свойства магнитных материалов существенно зависят от напряженности пронизывающих их полей и, следовательно, создающих эти поля токов. Процессы таком трансформаторе описываются при помощи нелинейных дифференциальных уравнений.

В трансформаторе без ферромагнитного сердечника электрические процессы могут быть описаны линейными дифференциальными уравнениями, поэтому такой трансформатор называется линейным. Линейный двухобмоточный можно рассматривать как две связанные катушки с линейной индуктивностью (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2. Схема замещения линейного трансформатора

Сопротивления R1 и R2 учитывают потери энергии в обмотках трансформатора. В ряде случаев, когда нелинейность магнитных материалов не оказывает существенного влияния на характеристики трансформатора с ферромагнитным сердечником, его приближенно рассматривают как линейный и представляют при анализе цепей с помощью линейной схемы замещения.

Супрессоры

Среди всего многообразия полупроводниковых приборов, наверное, самая большая семья у диодов. Диоды выпрямительные, стабилитроны, диоды Ганна, диод Шоттки, светодиоды, фотодиоды, туннельные диоды и еще много разных типов и областей применения.

Один из классов полупроводниковых диодов в нашей литературе называется ПОН (полупроводниковый ограничитель напряжения) или супрессор. В зарубежной технической литературе используется название TVS-диод. Очень часто TVS-диоды называют по маркам производителей: TRANSIL, INSEL.

В технической литературе и в среде общения радиолюбителей супрессор могут называть по-разному: защитный диод, ограничительный стабилитрон, TVS-диод, трансил, ограничитель напряжения, ограничительный диод. Супрессоры можно частенько встретить в импульсных блоках питания — там они служат защитой от перенапряжения питаемой схемы при неисправностях импульсного блока питания.

Рассмотрим, что же такое TVS-диод, его принцип действия, в каких схемах и для каких целей используется.

У TVS-диодов ярко выраженная нелинейная ВАХ. Если амплитуда электрического импульса превысит паспортное напряжение для конкретного типа диода, то он перейдет в режим лавинного пробоя. То есть TVS-диод ограничит импульсные напряжения до нормальной величины, и «излишки» уходят на корпус (землю) через диод.

До тех пор пока не возникает угроза выхода из строя электронного прибора, TVS-диод не оказывает никакого влияния на работу техники. У этого полупроводникового прибор более высокое быстродействие по сравнению с ограничителями, которые использовались раньше.

В случае повышения входного напряжения прибор за очень короткое время уменьшает свое сопротивление. Ток в цепи резко возрастает и происходит перегорание предохранителя. Поскольку супрессор срабатывает очень быстро, то оборудованию не наноситься вреда. Отличительной чертой TVS-диодов является очень короткое время реакции на превышение напряжения.

Большим минусом этих диодов можно считать большую зависимость максимальной импульсной мощности от длительности импульса. Обычно рассматривается работа TVS-диода при подаче на него импульса с минимальным временем нарастания порядка 10 микросекунд и малой длительностью.

Таблица 7.6. Технические характеристики супрессоров

Параметры супрессора	Рассеиваемая мощность, кВт	Порог срабатывания, В	Время срабатывания, нс
1,5КЕ100СА	1,5	100	1

Стабилитроны

Полупроводникомвый стабилитромн, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режимепробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов.

Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8В до 400В. Интегральные стабилитроны со скрытой структурой на напряжение около 7 В являются самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения: лучшие их образцы приближаются по совокупности показателей к нормальному элементу Вестона. Особый тип стабилитронов, высоковольтные лавинные диоды («подавители переходных импульсных помех», «суппрессоры», «TVS-диоды») применяется для защиты электроаппаратуры от перенапряжений.

Диоды Шоттки

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении.

В диодах Шоттки в качестве барьера Шоттки используется переход металл-полупроводник, в отличие от обычных диодов, где используется p-n переход. Переход металл-полупроводник обладает рядом особенных свойств (отличных от свойств полупроводникового p-n перехода).

К ним относятся: пониженное падение напряжения при прямом включении, высокий ток утечки, очень маленький заряд обратного восстановления. Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным p-n переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, т.е. они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется только барьерной емкостью.

Падение напряжения на диоде Шоттки при его прямом включении составляет 0,2-0,4 вольт, в то время, как для обычных, например кремниевых диодов, это значение порядка 0,6-0,7 вольт. Столь малое падение напряжения на диоде, при его прямом включении, присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, однако при повышении приложенного напряжения, падение напряжения на диоде Шоттки становится сравнимым с кремниевым диодом, что может ограничивать применение диодов Шоттки.

Недостаток в том, что даже при кратковременном превышении максимально допустимого значения обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя, в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого пробоя, при условии, что рассеиваемая кристаллом диода мощность не превышает допустимых значений, после падения напряжения диод полностью восстанавливает свои свойства.

Таблица 7.8. Технические характеристики диодов Шоттки

Параметры диодов	Порог срабатывания, мВ	Время срабатывания, нс
КД289	10	1

7.3 Проектирование схем защиты от перенапряжений

Начинаем проектирование схемы защиты линейного узла с выбора диодов Шоттки по стойкости аппаратуры со стороны линейных вводов (в данной курсовой работе 9В) и суппрессора. По номинальному напряжению супрессора выбираем варистор в цепи «провод-провод», затем увеличиваем это напряжение в 100 раз и выбираем варисторы, в цепи «провод-земля». Далее по входному напряжению выбираем разрядник.

Схема защиты оборудования линейного узла изображена на рисунке 7.2. Первый каскад схемы защиты состоит из предохранителей, автоматических выключателей, которые находятся в шахте и разрядника Р-35, который установлен в помещении кросса. Второй каскад защиты состоит из полисвич и варисторов — ВЗУ. Далее подключен линейный трансформатор с коэффициентом трансформации k=1, для согласования линейной и станционной сторон. Следующие защитные каскады, состоящие из полисвич и супрессора 1,5КЕ100СА, терморезисторов и диодов Шоттки подключены к самой аппаратуре. Далее идет контроллер, который также заземлен и защищен диодами.

Рисунок 7.2. Схема защиты оборудования линейного узла

Схема защиты цепи питания, изображенная на рисунке 7.3, построена по схеме TN-S. Нулевой каскад схемы защиты питания состоит разрядника РВП-10, подключенного к высоковольтному заземлению. В помещении КТП установлен питающий трансформатор (ПТр), с коэффициентом трансформации k=1, для согласования цепей. Первый-третий каскады защиты установлены в помещении ДСП и заземлены на защитный провод PE, сама же аппаратура подключена к нейтрале N, однако корпуса аппаратуры подключены к проводу PE для защиты персонала от напряжения касания.

Рисунок 7.3. Схема защиты цепи питания

Схема защиты волновода изображена на рисунке 7.4. Она состоит из газонаполненного разрядника марки Р-63 и LC-контура.

Рисунок 7.4. Схема защиты волновода

На рисунке 8.1 изображен план размещения аппаратуры в комнате связи. На рисунке введены следующие обозначения:

• Ш — щахта — помещение, в которое заходят кабели местной и магистральной связи;
• Кр — кросс — предназначен для соединения линейных кабелей со станционными кабелями;
• ВЗУ — вводно-защитные устройства — используется для защиты линий связи от перенапряжений;
• А — аппаратура связи;
• Компр — компрессор — предназначен, для поддержания кабелей под давлением;
• ГЗШ — главная заземляющая шина;
• ЗК — заземляющий контур;
• ВЩ — вводный щит;
• ЭПУ — электропитающие устройства.

Заключение

связь аварийный заземление сеть

В ходе выполнения курсового проекта были произведены расчеты контура заземления, различных видов влияний от ЛЭП и контактной сети на оборудование связи. Рассмотрены основные методики расчета, полученные результаты занесены в таблицы и сделаны соответствующие выводы.

Так же рассмотрены возможные элементы защиты, которые в последующем были применены для построения схем защиты от импульсных перенапряжений и грозовых разрядов.

Полученные в ходе выполнения проекта знания являются базой для дальнейшего изучения специальных дисциплин и могут быть применены в дальнейшем при разработке различных схем защиты.

1. Стандарт предприятия. СТП ОмГУПС-3.1-05.

2. Электромагнитные влияния высоковольтных линий на цепи связи. — Методическое указание к курсовому проектированию. Е.Г. Требина, В.У. Костиков. Омский институт инженеров железнодорожного транспорта. Омск, 1980, с. 3-34.

3. Митрохин В.Е. Конструкции, измерение характеристик и методика проектирования оптических магистральных линий связи железнодорожного транспорта: учебное пособие / Омская государственная академия путей сообщения, Омск, 1996, 82 с.

4. Бадер М.П. Электромагнитная совместимость /Учебник для вузов железнодорожного транспорта. — М.: УМКМПС, 2002. — 638 с.