RU2533184C1

RU2533184C1 - Combined network protection

Info

Publication number: RU2533184C1
Application number: RU2013125168/07A
Authority: RU
Inventors: Валерий Алексеевич Колосов; Александр Геннадьевич Ларин; Андрей Валерьевич Парфенов
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-11-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention is related to the area of electric engineering; it comprises a module of voltage limiters (MVL), input, intermediate and output power keys (PK), a choke, the second diode, control and monitoring module (CMM), an input fuse, positive and negative inputs and positive and negative outputs. During implementation of failure and damage protection stage-by-stage dissipation of excessive energy is made by shunting and dissipating facilities with load connected to the network, and when limit values of the dissipated energy are reached protection is made by disconnection of the combined network protection from the mains.

EFFECT: potential use of thirystors as power keys.

1 dwg

Description

Изобретение относится к областям электротехники и электроники и может быть использовано для защиты радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), потребляющей электроэнергию постоянного тока в условиях сетевых искажений, приводящих без использования специальных защитных мер к сбоям и отказам РЭА.The invention relates to the fields of electrical engineering and electronics and can be used to protect electronic equipment (CEA), which consumes direct current electricity under conditions of network distortion, leading, without using special protective measures, to CEA failures and failures.

Известны многочисленные, различающиеся по искажаемым параметрам и длительности действия сетевые искажения (импульсные помехи, перенапряжения, понижение напряжения и др.), приводящие к сбоям и отказам РЭА (В.А. Колосов, книга «Электропитание стационарной радиоэлектронной аппаратуры». - М.: Радио и связь, 1992 г., стр.23,…26).There are many known network distortions that vary in distorted parameters and duration of operation (impulse noise, overvoltage, undervoltage, etc.), leading to failures and failures of REA (V. A. Kolosov, book "Power supply of stationary radio-electronic equipment." - M .: Radio and communications, 1992, p. 23, ... 26).

Известно защитное устройство (Варисторы и разрядники фирмы Simens & Matsushita, БЭК, вып.12, 2000 г., стр.19), содержащее разрядники и варисторы, с помощью которых борются с перенапряжениями и импульсными выбросами.Known protective device (Varistors and arresters of the company Simens & Matsushita, BEC, issue 12, 2000, p. 19), containing surge arresters and varistors, with which they fight against overvoltage and pulse surges.

Недостатком указанного защитного устройства является его относительно грубый подход, связанный с пробойной защитой и не использующий более тонких регулировочных принципов, позволяющих компенсировать вредные сетевые искажения без отключения нагрузки от сети.The disadvantage of this protective device is its relatively rude approach, associated with breakdown protection and not using more subtle regulatory principles that allow you to compensate for harmful network distortions without disconnecting the load from the network.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Комбинированное сетевое защитное устройство для системы электропитания постоянного тока» (Колосов В.А., Ларин А.Г., Парфенов А.В. Научно-технический журнал «Электропитание», №4, 2012 г.), содержащее модуль ограничителей напряжения (МОН), содержащий, в свою очередь, первый и второй разрядники, первый и второй резисторы, первый диод, группы из К резисторов, К термопредохранителей, К варисторов и узел индикации в составе групп из К светодиодов и К резисторов и сборки сигналов по логике ИЛИ-НЕ, КСЗУ также содержит входной, промежуточный и выходной силовые ключи (СК), дроссель, второй диод, модуль контроля и управления (МКУ), входную плавкую вставку, плюсовой и минусовой входы и плюсовой и минусовой выходы КСЗУ, в свою очередь, входной СК содержит свои тиристор и резистор, МКУ содержит микроконтроллер, согласователь и группу из пяти внешних световых индикаторов «норма», «перегрузка», «перегрев», «отключение МОН» и «отключение КСЗУ», а на корпусе выходного СК расположен датчик температуры его корпуса, при этом плюсовой вход КСЗУ через плавкую вставку соединен с первыми выводами первого разрядника, каждого из К резисторов группы, каждого из К варисторов, дросселя, анода тиристора входного СК, катодами первого и второго диодов, второй вывод дросселя соединен с анодом второго диода, плюсовыми входами промежуточного и и выходного СК и со входом «контроль напряжения на входе выходного СК» согласователя МКУ», выход выходного СК соединен со входом согласователя МКУ «контроль напряжения на нагрузке» и с плюсовым выходом КСЗУ, минусовой вход которого соединен с первыми выводами второго разрядника, первого и второго резисторов, каждого из К термопредохранителей, резистора входного СК с минусовым выходом промежуточного СК, с входами «корпус» согласователя МКУ и КСЗУ и с минусовым выходом КСЗУ, выход датчика температуры корпуса выходного СК соединен с одноименным входом согласователя МКУ, выход МКУ «выжигание плавкой вставки» соединен с управляющим входом тиристора промежуточного СК, выход МКУ «вкл/выкл» соединен с управляющим входом выходного СК, двунаправленные выводы согласователя соединены с двунаправленными выводами микроконтроллера, соответствующие выходы которого соединены поразрядно со входами внешних световых индикаторов, выходы которых соединены с корпусом, вторые входы первого и второго разрядников и первого резистора соединены между собой и с входом согласователя «контроль тока через разрядники», анод первого диода соединен со вторым выводом второго резистора и со входом согласователя «контроль тока через первый диод», катод тиристора входного СК соединен со вторым выводом резистора входного СК, вторые выводы каждого из К варисторов поразрядно соединены со вторыми выводами соответствующих термопредохранителей и катодами каждого из К светодиодов, аноды которых соединены с соответствующими входами сборки сигналов по логике ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со входом «отказ МОН» согласователя.Closest to the technical nature of the claimed invention is a "Combined network protective device for a DC power supply system" (Kolosov VA, Larin AG, Parfenov AV Scientific and Technical Journal "Power Supply", No. 4, 2012 d), containing the module of voltage limiters (MON), which contains, in turn, the first and second arresters, the first and second resistors, the first diode, groups of K resistors, K thermal fuses, K varistors and an indication unit as part of groups of K LEDs and K resistors and signal assembly According to the logic, OR NOT, the KSZU also contains the input, intermediate and output power switches (SC), a choke, a second diode, a control and management module (MKU), an input fuse, plus and minus inputs, and the plus and minus outputs of the KSZU, in turn, the input IC contains its own thyristor and resistor, the MCU contains a microcontroller, coordinator and a group of five external indicator lights “normal”, “overload”, “overheat”, “MON shutdown” and “KSZU shutdown”, and on the output SK housing located the temperature sensor of its body, while the KSZU USB input through a fuse insert is connected to the first outputs of the first spark gap, each of the K resistors of the group, each of the K varistors, the inductor, the thyristor anode of the input SC, the cathodes of the first and second diodes, the second output of the inductor is connected to the anode of the second diode, plus inputs of the intermediate and and output SK and with the input “voltage control at the input of the output SK” of the coordinator of the MCU, the output of the output SC is connected to the input of the coordinator of the MCU of “control the voltage at the load” and with the positive output of the control relay, the negative input of dinene with the first outputs of the second arrester, the first and second resistors, each of the K thermal fuses, the input SC resistor with the negative output of the intermediate SK, with the inputs of the housing of the coordinator of the MCU and KSZU and with the negative output of the KSZU, the output of the temperature sensor of the housing of the output SK is connected to the same the input of the MCU coordinator, the output of the MCU “fuse burning” is connected to the control input of the thyristor of the intermediate SC, the output of the MCU “on / off” is connected to the control input of the output of the SC, the bi-directional outputs of the coordinator are connected to the bi-directional outputs of the microcontroller, the corresponding outputs of which are connected bitwise to the inputs of external light indicators, the outputs of which are connected to the housing, the second inputs of the first and second arresters and the first resistor are connected to each other and to the coordinator input "current control through the arresters", the anode of the first diode is connected with the second output of the second resistor and with the input of the coordinator "control current through the first diode", the cathode of the thyristor of the input SK is connected to the second output of the resistor of the input SK, e findings each of the K bitwise varistors connected to the second terminals of respective Thermal Cutoff and cathodes K of each of the LEDs, the anodes of which are connected to corresponding inputs assembly signals the logic OR-NO, the output of which is connected to the input of "failure PWS" matcher.

Недостатком известного устройства является необходимость использования при токе через СК (в заявленном изобретении - промежуточный СК) в несколько сотен ампер значительного числа дорогостоящих параллельно включаемых транзисторов и полупроводниковых ограничителей напряженияи сложной схемы формирования управляющего сигнала указанными транзисторами.A disadvantage of the known device is the need to use at a current through the SC (in the claimed invention, an intermediate SC) of several hundred amperes, a significant number of expensive parallel-connected transistors and semiconductor voltage limiters and a complex circuit for generating a control signal by said transistors.

Техническим результатом и целью заявляемого изобретения является упрощение и удешевление устройства КСЗУ в части промежуточного СК путем использования в нем вместо большой группы дорогих транзисторов недорогого серийно выпускаемого тиристора и путем использования простой схемы управления этим тиристором.The technical result and the purpose of the claimed invention is to simplify and reduce the cost of the KSZU device in terms of an intermediate SC by using instead of a large group of expensive transistors an inexpensive commercially available thyristor and by using a simple control circuit for this thyristor.

Указанные технический результат и цель достигаются тем, что комбинированное сетевое защитное устройство (КСЗУ), содержащее модуль ограничителей напряжения (МОН), содержащий, в свою очередь, первый и второй разрядники, первый и второй резисторы, первый диод, группы из К резисторов, К термопредохранителей, К варисторов и узел индикации в составе групп из К светодиодов и К резисторов и сборки сигналов по логике И, КСЗУ также содержит входной, промежуточный и выходной силовые ключи (СК), дроссель, второй диод, модуль контроля и управления (МКУ), входную плавкую вставку, плюсовой и минусовой входы и плюсовой и минусовой выходы КСЗУ, в свою очередь, входной СК содержит свои теристор и резистор, МКУ содержит микроконтроллер, согласователь и группу из пяти внешних световых индикаторов «норма», «перегрузка», «перегрев», «отключение МОН» и «отключение КСЗУ», а на корпусе выходного СК расположен датчик температуры его корпуса, при этом плюсовой вход КСЗУ через плавкую вставку соединен с первыми выводами первого разрядника первого разрядника, каждого из К резисторов группы, каждого из К варисторов, дросселя, анода тиристора входного СК, катодами первого и второго диодов, второй вывод дросселя соединен с анодом второго диода, плюсовыми входами промежуточного и и выходного СК и со входом «контроль напряжения на входе выходного СК» согласователя МКУ, выход выходного СК соединен со входом согласователя МКУ «контроль напряжения на нагрузке» и с плюсовым выходом КСЗУ, минусовой вход которого соединен с первыми выводами второго разрядника, первого и второго резисторов, каждого из К термопредохранителей, резистора входного СК с минусовым выходом промежуточного СК, с входами «корпус» согласователя МКУ и КСЗУ и с минусовым выходом КСЗУ, выход датчика температуры корпуса выходного СК соединен с одноименным входом согласователя МКУ, выход МКУ «выжигание плавкой вставки» соединен с управляющим входом тиристора промежуточного СК, выход МКУ «вкл/выкл» соединен с управляющим входом выходного СК, двунаправленные выводы согласователя соединены с двунаправленными выводами микроконтроллера, соответствующие выходы которого соединены поразрядно со входами внешних световых индикаторов, выходы которых соединены с корпусом, вторые входы первого и второго разрядников и первого резистора соединены между собой и с входом согласователя «контроль тока через разрядники», анод первого диода соединен со вторым выводом второго резистора и со входом согласователя «контроль тока через первый диод», катод тиристора входного СК соединен со вторым выводом резистора входного СК, вторые выводы каждого из К варисторов поразрядно соединены со вторыми выводами соответствующих термопредохранителей и катодами каждого из К светодиодов, аноды которых соединены с соответствующими входами сборки сигналов по логике ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со входом «отказ МОН» согласователя, промежуточный СК содержит второй тиристор, третий,… девятый резисторы, первый и второй конденсаторы, первый и второй стабилитроны и транзистор, при этом плюсовой вход промежуточного СК соединен с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, второй вывод третьего резистора соединен с первыми выводами первого конденсатора и пятого резистора, вторые выводы которых соединены с катодом первого стабилитрона, анод которого соединен с первыми выводами седьмого и восьмого резисторов, катодом второго стабилитра и входом согласователя «ток через тиристор», второй вывод седьмого резистора соединен с анодом второго стабилитрона, эмиттером транзистора, первым выводом девятого резистора и минусовым выходом промежуточного СК, второй вывод четвертого резистора соединен с первыми выводами второго конденсатора и шестого резистора, вторые выводы которых соединены с коллектором транзистора и анодом второго тиристора, катод которого соединен с минусовым выходом промежуточного СК, база транзистора соединена со вторым выводом девятого резистора и выходом согласователя «выключение тиристора».The indicated technical result and purpose are achieved in that a combined network protective device (KSZU) containing a voltage limiter module (MES), containing, in turn, the first and second arresters, the first and second resistors, the first diode, groups of K resistors, K thermal fuses, K varistors and an indication unit consisting of groups of K LEDs and K resistors and signal assembly according to the I logic, KSZU also contains input, intermediate and output power switches (SK), a choke, a second diode, a control and management module (MCU), in one fuse insert, plus and minus inputs and plus and minus outputs of the KSZU, in turn, the input SK contains its own thyristor and resistor, MKU contains a microcontroller, coordinator and a group of five external light indicators “normal”, “overload”, “overheat” , “MON shutdown” and “KSZU shutdown”, and on the case of the output SK there is a temperature sensor of its body, while the KSZU positive input is connected through the fuse to the first terminals of the first spark gap of the first spark gap, each of the K resistors of the group, each of K ristors, inductor, thyristor anode of the input SC, cathodes of the first and second diodes, the second output of the choke is connected to the anode of the second diode, the positive inputs of the intermediate and the output SC and with the input "voltage control at the input of the output SC" of the MCU coordinator, the output of the output SC is connected to the input of the coordinator of the MCU "voltage control on the load" and with the positive output of the KSZU, the negative input of which is connected to the first terminals of the second spark gap, the first and second resistors, each of K thermal fuses, the input SK resistor with the inus output of the intermediate SC, with the inputs of the “coordinator” of the MCU and KSZU coordinator and with the negative output of the KSZU, the output of the temperature sensor of the body of the output SC is connected to the same input of the coordinator of the MCU, the output of the MCU “fuse-burn” is connected to the control input of the thyristor of the intermediate SK “On / off” is connected to the control input of the output SK, bidirectional outputs of the coordinator are connected to bidirectional outputs of the microcontroller, the corresponding outputs of which are connected bitwise with the inputs of external lights output indicators, the outputs of which are connected to the housing, the second inputs of the first and second arresters and the first resistor are connected to each other and to the input of the coordinator "control current through the arresters", the anode of the first diode is connected to the second output of the second resistor and to the input of the coordinator "control current through the first diode ", the cathode of the thyristor of the input SC is connected to the second terminal of the resistor of the input SC, the second terminals of each of the K varistors are bitwise connected to the second terminals of the corresponding thermal fuses and the cathodes of each To the LEDs, the anodes of which are connected to the corresponding inputs of the signal assembly according to the OR-NOT logic, the output of which is connected to the “failure MON” input of the coordinator, the intermediate SC contains a second thyristor, a third, ... ninth resistors, first and second capacitors, first and second zener diodes, and a transistor, while the positive input of the intermediate SC is connected to the first terminals of the third and fourth resistors, the second terminal of the third resistor is connected to the first terminals of the first capacitor and fifth resistor, the second terminals of which are connected with the cathode of the first zener diode, the anode of which is connected to the first terminals of the seventh and eighth resistors, the cathode of the second zener diode and the input of the thyristor current coordinator, the second terminal of the seventh resistor is connected to the anode of the second zener diode, the emitter of the transistor, the first terminal of the ninth resistor and the negative output of the intermediate SC , the second terminal of the fourth resistor is connected to the first terminals of the second capacitor and the sixth resistor, the second terminals of which are connected to the collector of the transistor and the anode of the second thyristor, to the cathode of which is connected to the negative output of the intermediate SC, the base of the transistor is connected to the second output of the ninth resistor and the output of the coordinator "turn off the thyristor".

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема КСЗУ для сети электропитания постоянного тока с напряжением в диапазоне 175...320 В, используемой, например, на современных морских судах и т.п., где характерно присутствие значительных коммутационных импульсных перенапряжений, опасных для потребляемого электроэнергию электрооборудования. При этом наиболее важные части КСЗУ раскрыты до уровня электрической принципиальной схемы.Figure 1 presents the electrical structural diagram of the KSZU for a DC power supply network with a voltage in the range of 175 ... 320 V, used, for example, on modern marine vessels and the like, where the presence of significant switching surges, hazardous to consumed electricity electrical equipment. Moreover, the most important parts of the KSZU are disclosed to the level of an electrical circuit diagram.

КСЗУ содержит входную плавкую вставку 1, модуль 2 ограничителей напряжения (МОН), содержащий, в свою очередь, первый 2.1 и второй 2.2 разрядники, первый 2.3 и второй 2.4 резисторы, первый диод 2.5, группу 2.6 резисторов 2.6.1,…2.6.К, группу 2.7 термопредохранителей 2.7.1…2.7.К, группу 2.8 варисторов 2.8.1…2.8.К и узел 2.9 индикации в составе группы 2.9.1 светодиодов 2.9.1.1…2.9.1.К и сборки 2.9.2 сигналов по логике И, выходной СК 3 с датчиком 3.1 температуры его корпуса, промежуточный СК 4, содержащий, в свою очередь, третий 4.1…девятый 4.7 резисторы, первый 4.8 и второй 4.9 конденсаторы, первый 4.10 и второй 4.11 стабилитроны, транзистор 4.12 и тиристор 4.13 промежуточного СК, входной СК 5 со своими тиристором 5.1 и резистором 5.2, модуль 8 контроля и управления, содержащий, в свою очередь, микроконтроллер 8.1, согласователь 8.2 и группу 8.3 внешних световых индикаторов «норма» 8.3.1, «перегрузка» 8.3.2, «перегрев» 8.3.3, отключение МОН» 8.3.4 и отключение КСЗУ 8.3.5, а также минусовой 9 и плюсовой 10 сетевые входы, представляющие собой входы КСЗУ, минусовой 11 и плюсовой 12 выходы КСЗУ, представляющие собой входы защищаемой нагрузки (не показана, чтобы не перегружать чертеж) и входы 13 вспомогательного питания слаботочной микроэлектроники управления КСЗУ (может быть автономным от миниатюрного аккумулятора (элемента питания) или от той же сети; в данной заявке этот вопрос не развивается, т.к. выходит за рамки рассматриваемого технического решения).KSZU contains input fuse-link 1, module 2 of voltage limiters (MON), which, in turn, contains the first 2.1 and second 2.2 arresters, the first 2.3 and second 2.4 resistors, the first diode 2.5, group 2.6 of resistors 2.6.1, ... 2.6.K , group 2.7 of thermal fuses 2.7.1 ... 2.7.K, group 2.8 of varistors 2.8.1 ... 2.8.K and display unit 2.9 as a part of group 2.9.1 of LEDs 2.9.1.1 ... 2.9.1.K and assembly of 2.9.2 signals by logic And, output SK 3 with a temperature sensor 3.1 of its case, intermediate SK 4, containing, in turn, the third 4.1 ... ninth 4.7 resistors, the first 4.8 and second 4.9 capacitors, p first 4.10 and second 4.11 zener diodes, transistor 4.12 and thyristor 4.13 intermediate SK, input SK 5 with its thyristor 5.1 and resistor 5.2, control and management module 8, which contains, in turn, microcontroller 8.1, coordinator 8.2 and group 8.3 of external light indicators " norm "8.3.1," overload "8.3.2," overheating "8.3.3, shutdown of MES" 8.3.4 and disconnection of KSZU 8.3.5, as well as minus 9 and plus 10 network inputs, which are inputs of KSZU, minus 11 and plus 12 outputs KSZU, representing the inputs of the protected load (not shown, so as not to download the drawing) and the inputs 13 of the auxiliary power supply of low-current microelectronics of control of the KSZU (can be autonomous from a miniature battery (battery) or from the same network; in this application this question does not develop, because beyond the scope of the considered technical solution).

Используемые в КСЗУ комплектующие элементы являются широко применяемыми в РФ. При этом авторами были использованы в качестве: микроконтроллера 8.1 - микросхема 1887 ВЕ1У; тиристоров 5.1 и 4.13 -2Т242-80-12; СК 3 - МККТ1-5-В; варисторов 2.8 - СН2-2А-470; разрядников 2.1 и 2.2 - Р-159; транзистора 4.12 - 2МК442Б; диодов 2.5, 5.1 и 7 - 2Д232-80-12; термопредохранителей 2.7-ТПЭЗ.095.03.The components used in the KSZU are widely used in the Russian Federation. Moreover, the authors used as: microcontroller 8.1 - microcircuit 1887 BE1U; thyristors 5.1 and 4.13 -2T242-80-12; SK 3 - MKKT1-5-V; varistors 2.8 - CH2-2A-470; arresters 2.1 and 2.2 - R-159; transistor 4.12 - 2MK442B; diodes 2.5, 5.1 and 7 - 2D232-80-12; thermal fuses 2.7-TPEZ.095.03.

Плюсовой вход 10 КСЗУ через плавкую вставку 1 соединен с первыми выводами первого разрядника 2.1, каждого из К резисторов группы 2.6, каждого из К варисторов группы 2.8, дросселя 6, анода тиристора 5.1входного СК 5, катодами первого 2.5 и второго 7 диодов, второй вывод дросселя 6 соединен с анодом второго диода 7, плюсовыми входами промежуточного 4 и выходного 3 СК и со входом «контроль напряжения на входе выходного СК» согласователя 8.2 МКУ 8, выход выходного СК 3 соединен со входом согласователя 8.2 МКУ 8 «контроль напряжения на нагрузке» и с плюсовым выходом КСЗУ 12, минусовой вход 9 которого соединен с первыми выводами второго разрядника 2.2, первого 2.3 и второго 2; 4 резисторов, каждого из К группы 2.7 термопредохранителей, резистора 5.2 входного СК 5, с минусовым выходом промежуточного СК 4, с входами «корпус» согласователя 8.2 МКУ 8 и КСЗУ и с минусовым выходом 11 КСЗУ, выход датчика 3.1 температуры корпуса выходного СК 3 соединен с одноименным входом согласователя 8.2 МКУ 8, выход МКУ 8 «выжигание плавкой вставки» соединен с управляющим входом тиристора 5.1 входного СК 5, выход МКУ 8 «вкл/выкл» соединен с управляющим входом выходного СК 3, двунаправленные выводы согласователя 8.2 соединены с двунаправленными выводами микроконтроллера 8.1, соответствующие выходы которого соединены поразрядно со входами группы 8.3 внешних световых индикаторов, выходы которых соединены с корпусом, вторые входы первого 2.1 и второго 2.2 разрядников и первого резистора 2.3 соединены между собой и с входом согласователя8.2 «контроль тока через разрядники», анод первого диода 2.5 соединен со вторым выводом второго резистора 2.4 и со входом согласователя 8.2 «контроль тока через первый диод», катод тиристора 5.1 входного СК соединен со вторым выводом резистора 5.2 входного СК 5, вторые выводы каждого из К группы 2.8 варисторов поразрядно соединены со вторыми выводами соответствующих термопредохранителей из группы 2.7 и катодами каждого из К светодиодов из группы 2.9.1, аноды которых соединены с соответствующими входами сборки 2.9.2 сигналов по логике ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со входом «отказ МОН» согласователя 8.2, плюсовой вход промежуточного СК 4 соединен с первыми выводами третьего 4.1 и четвертого 4.2 резисторов, второй вывод третьего резистора 4.1 соединен с первыми выводами первого конденсатора 4.8 и пятого резистора 4.3, вторые выводы которых соединены с катодом первого стабилитрона 4.10, анод которого соединен с первыми выводами седьмого 4.5 и восьмого 4.6 резисторов, катодом второго 4.11 стабилитрона и входом согласователя 8.2 «ток через тиристор», второй вывод седьмого резистора 4.5 соединен с анодом второго стабилитрона 4.11, эмиттером транзистора 4.12, первым выводом девятого резистора 4.7 и минусовым выходом промежуточного СК 4, второй вывод четвертого резистора 4.2 соединен с первыми выводами второго конденсатора 4.9 и шестого резистора 4.4, вторые выводы которых соединены с коллектором транзистора 4.12 и анодом второго тиристора 4.13, катод которого соединен с минусовым выходом промежуточного СК 4, база транзистора 4.12 соединена со вторым выводом девятого резистора 4.7 и выходом согласователя 8.2 «выключение тиристора 4.13».The positive input 10 of the KSZU through the fuse-link 1 is connected to the first terminals of the first spark gap 2.1, each of the K resistors of group 2.6, each of the K varistors of group 2.8, the inductor 6, the anode of the thyristor 5.1 input SC 5, the cathodes of the first 2.5 and second 7 diodes, the second output the inductor 6 is connected to the anode of the second diode 7, the positive inputs of the intermediate 4 and output 3 SC and with the input "voltage control at the input of the output SC" of the coordinator 8.2 MCU 8, the output of the output SC 3 is connected to the input of the coordinator 8.2 MCU 8 "control the load voltage" and with a positive exit m KSZU 12, the negative input 9 of which is connected to the first terminals of the second arrester 2.2, the first 2.3 and second 2; 4 resistors, each of group K of thermal fuses 2.7, resistor 5.2 of input SK 5, with negative output of intermediate SK 4, with inputs of the “case” of coordinator 8.2 of MCU 8 and KSZU and with minus output 11 of KSZU, the output of the temperature sensor 3.1 of the body of output SK 3 is connected with the input of the coordinator of the same name 8.2 MCC 8, the output of the MSC 8 “fuse burning” is connected to the control input of the thyristor 5.1 of the input SC 5, the output of the MCU 8 “on / off” is connected to the control input of the output SC 3, the bi-directional outputs of the coordinator 8.2 are connected to the bi-directional output microcontroller 8.1, the corresponding outputs of which are connected bitwise with the inputs of group 8.3 of external light indicators, the outputs of which are connected to the housing, the second inputs of the first 2.1 and second 2.2 arresters and the first resistor 2.3 are connected to each other and to the input of the coordinator 8.2 "current control through the arresters" , the anode of the first diode 2.5 is connected to the second output of the second resistor 2.4 and to the input of the coordinator 8.2 "control current through the first diode", the cathode of the thyristor 5.1 of the input SC is connected to the second output of the resistor 5.2 of the input SC 5, the second the outputs of each of the K groups of 2.8 varistors are bitwise connected to the second terminals of the corresponding thermal fuses from group 2.7 and the cathodes of each of the K LEDs from group 2.9.1, the anodes of which are connected to the corresponding inputs of the signal assembly 2.9.2 by OR-NOT logic, the output of which is connected to input "failure MON" of the coordinator 8.2, the positive input of the intermediate SC 4 is connected to the first terminals of the third 4.1 and fourth 4.2 resistors, the second terminal of the third resistor 4.1 is connected to the first terminals of the first capacitor 4.8 and fifth resistor 4.3, the other terminals of which are connected to the cathode of the first zener diode 4.10, the anode of which is connected to the first terminals of the seventh 4.5 and eighth 4.6 resistors, the cathode of the second zener diode 4.11 and the input of the coordinator 8.2 "current through the thyristor", the second terminal of the seventh resistor 4.5 is connected to the anode of the second zener diode 4.11, the emitter transistor 4.12, the first output of the ninth resistor 4.7 and the negative output of the intermediate SC 4, the second output of the fourth resistor 4.2 is connected to the first terminals of the second capacitor 4.9 and the sixth resistor 4.4, the second conclusions of which ineny collector of transistor 4.12 and the anode of the second thyristor 4.13, the cathode of which is connected to the minus output intermediate SC 4 base of transistor 4.12 is connected to the second terminal of the ninth resistor 4.7 and the outlet 8.2 matcher "off thyristor 4.13".

КСЗУ работает следующим образом.KSZU works as follows.

Пусть, например, КСЗУ предназначено для защиты от сбоев и повреждения потребителей электроэнергии, подключенным к выходам 11 и 12 КСЗУ, входы 9 и 10 которого подключены к сети постоянного тока с номиналом 270 В+/-10% и пусть нагрузка на указанных выходах с учетом использованной в ней изоляции и других технических особенностей не допускает на выходах 11 и 12 превышения напряжения 500 В, импульсных перенапряжений в течение 100 мс в диапазоне от 350 до 500 В и в течение 3 с в диапазоне от 320 до 350 В, тока нагрузки более 5 А, а также превышения температуры 100 градусов корпуса СК 3. При этом на входах 9 и 10 сетевые перенапряжения могут достигать 1000 и более вольт.Let, for example, KSZU be designed to protect against failures and damage to consumers of electricity connected to outputs 11 and 12 of KSZU, inputs 9 and 10 of which are connected to a DC network with a nominal value of 270 V +/- 10% and let the load at these outputs be subject to the insulation used in it and other technical features does not allow overvoltage of 500 V at outputs 11 and 12, surge overvoltage for 100 ms in the range from 350 to 500 V and for 3 s in the range from 320 to 350 V, load current more than 5 A, as well as temperature rises of 100 degrees IC body 3. Thus the inputs 9 and 10 of network overvoltages may reach 1,000 or more volts.

Указанную задачу КСЗУ решает путем поэтапного максимально возможного гашения избыточной энергии с помощью специальных шунтирующих и рассеивающих энергию средств, выстроенных в КСЗУ в последовательную цепочку от входов 9 и 10 к выходам 11 и 12 (Фиг.1) без отключения нагрузки от сети, а при достижении предельно больших величин рассеиваемой энергии - путем отключения КСЗУ от сети. На первом этапе в МОН 2 с помощью разрядников 2.1 и 2.2 путем их функционального пробоя гасится возникшее в сети перенапряжение порядка 1,5 кВ, исключая тем самым пробой изоляции в последующих цепях.The KSZU solves this problem by phasing out the maximum possible extinguishing of excess energy with the help of special shunting and energy dissipating means arranged in a KSZU in a sequential chain from inputs 9 and 10 to outputs 11 and 12 (Figure 1) without disconnecting the load from the network, and when extremely large quantities of dissipated energy - by disconnecting the KSZU from the network. At the first stage, in MON 2, with the help of arresters 2.1 and 2.2, through their functional breakdown, the overvoltage of the order of 1.5 kV arising in the network is suppressed, thereby eliminating the breakdown of insulation in subsequent circuits.

На следующем этапе остаточные перенапряжения (импульсные и длительные) сглаживаются на группе 2.8 из К варисторов 2.8.1…2.8.К (например, при К=12; чем больше К, тем качественнее работа КСЗУ), через каждый из которых создаются импульсы тока в пределах нескольких ампер в течение времени от десятков наносекунд до десятков миллисекунд. Выход из строя части варисторов из группы 2.8 не является аварийным режимом, т.к. по погасшим светодиодам 2.9.1.1…2.9.1.К узла 2.9 индикации оператор видит какие из варисторов перегорели и может заменить их без прекращения работы КСЗУ вместе с соответствующими термопредохранителями из группы 2.7 (конструктивно выполнены как раздельные сменные типовые элементы замены).At the next stage, residual overvoltages (pulsed and continuous) are smoothed on group 2.8 from K varistors 2.8.1 ... 2.8.K (for example, at K = 12; the greater K, the better the operation of the KSZU), through each of which current pulses are generated in within a few amperes over a period of time from tens of nanoseconds to tens of milliseconds. The failure of part of the varistors from group 2.8 is not an emergency mode, because according to the LEDs 2.9.1.1 ... 2.9.1 that go out, to the display unit 2.9, the operator sees which of the varistors have blown and can replace them without interrupting the operation of the KSZU together with the corresponding thermal fuses from group 2.7 (they are structurally designed as separate replaceable typical replacement elements).

Затем работают силовые ключи (СК) 5, 4 и 3. Причем, если на выходе КСЗУ сохраняется напряжение не более 500 В (анализ осуществляет МКУ 8 с помощью микроконтроллера 8.1, получающего цифровую информацию с выходов согласователя 8.2, снимающего аналоговую информацию из характерных точек КСЗУ), то СК 5, 4 и 3 не срабатывают и электрооборудование нагрузки продолжает работать. СК 3 отключает выходное напряжение по команде от МКУ 8, поступающей на соответствующий вход управления СК 3 через согласователь 8.2 в следующих ситуациях: напряжение на выходах 11 и 12 превысило 500 В или находится в течение 100 мс в диапазоне от 350 до 500 В или находится в течение 3 с в диапазоне от 320 до 350 В или выходной ток превысил 5 А или температура корпуса СК 3 достигла 100 градусов С. При достижении напряжения на входе СК 3 уровня 450 В по сигналу от МКУ 8 открывается тиристор 4.13, управляемый транзистором 4.12 и резисторами 4.1…4.7, конденсаторами 4.8 и 4.9 и стабилитронами 4.10 и 4.11, создающий соответствующий уровень шунтирующего тока, снижающего напряжение на входе СК 3. При этом в зависимости от развития ситуации перенапряжения сети шунтирующий ток тиристора обеспечивает на входе СК 3 напряжение менее 500 В или превышает его. В первом случае в соответствии с микропрограммой микроконтроллера 8.1 при напряжении 350-500 В на входе СК 3 в течение 100 мс МКУ 8 выдает сигнал на управляющий вход СК 3 о закрытии этого ключа и тиристора 4.13 СК 4, а во втором случае при напряжении более 500 В - выдает сигнал закрытия сразу без какой-либо задержки. Если же перенапряжение в сети развивается таким образом, что на входе СК 3 напряжение превышает 600 В, то одновременно с закрытием СК 3 и тиристора 4.13 с помощью соответствующего управляющего сигнала от МКУ 8 открывают тиристор 5.1 СК 5, задачей которого является разрыв входной плавкой вставки 1 и отключение входа 10 (9) КСЗУ вместе с нагрузкой от сети.Then the power switches (SC) 5, 4 and 3 work. Moreover, if the voltage of not more than 500 V is stored at the output of the KSZU (the analysis is performed by the MCU 8 using microcontroller 8.1, which receives digital information from the outputs of the coordinator 8.2, which takes analog information from the characteristic points of the KSZU ), then SK 5, 4 and 3 do not work and the electrical equipment of the load continues to work. SK 3 disconnects the output voltage on command from MKU 8, which is supplied to the corresponding control input of SK 3 through coordinator 8.2 in the following situations: the voltage at outputs 11 and 12 has exceeded 500 V or is within 100 ms in the range from 350 to 500 V or is in within 3 s in the range from 320 to 350 V or the output current exceeded 5 A or the temperature of the housing SK 3 reached 100 degrees C. When the voltage at the input of the SK 3 level of 450 V is reached, the signal from MKU 8 opens the thyristor 4.13, controlled by transistor 4.12 and resistors 4.1 ... 4.7, capacitors 4.8 and 4.9 and st bilitronami 4.10 and 4.11, making the appropriate level of shunt current reduces the voltage on the CK input 3. In this case, depending on the situation of overvoltage thyristor current shunt network provides to CK input voltage of 3 V or less than 500 exceeds it. In the first case, in accordance with the microcontroller microprogram 8.1, at a voltage of 350-500 V at the input of SC 3, for 100 ms the MCU 8 gives a signal to the control input of SC 3 to close this key and thyristor 4.13 SC 4, and in the second case at a voltage of more than 500 B - gives a close signal immediately without any delay. If the overvoltage in the network develops in such a way that the voltage at the input of SC 3 exceeds 600 V, then simultaneously with the closure of SC 3 and thyristor 4.13, using thyroid control signal from MKU 8, thyristor 5.1 SK 5 is opened, whose task is to break the input fuse insert 1 and disconnecting input 10 (9) KSZU along with the load from the network.

С помощью световых индикаторов группы 8.3 оператор получает интегральную характеристику о состоянии работы КСЗУ.Using the light indicators of group 8.3, the operator receives an integral characteristic about the status of the KSZU.

Claims

Комбинированное сетевое защитное устройство (КСЗУ), содержащее модуль ограничителей напряжения (МОН), содержащий, в свою очередь, первый и второй разрядники, первый и второй резисторы, первый диод, группы из К резисторов, К термопредохранителей, К варисторов и узел индикации в составе групп из К светодиодов и К резисторов и сборки сигналов по логике И, КСЗУ также содержит входной, промежуточный и выходной силовые ключи (СК), дроссель, второй диод, модуль контроля и управления (МКУ), входную плавкую вставку, плюсовой и минусовой входы и плюсовой и минусовой выходы КСЗУ, в свою очередь, входной СК содержит свои тиристор и резистор, МКУ содержит микроконтроллер, согласователь и группу из пяти внешних световых индикаторов «норма», «перегрузка», «перегрев», «отключение МОН» и «отключение КСЗУ», а на корпусе выходного СК расположен датчик температуры его корпуса, при этом плюсовой вход КСЗУ через плавкую вставку соединен с первыми выводами первого разрядника первого разрядника, каждого из К резисторов группы, каждого из К варисторов, дросселя, анода тиристора входного СК, катодами первого и второго диодов, второй вывод дросселя соединен с анодом второго диода, плюсовыми входами промежуточного и выходного СК и со входом «контроль напряжения на входе выходного СК» согласователя МКУ, выход выходного СК соединен со входом согласователя МКУ «контроль напряжения на нагрузке» и с плюсовым выходом КСЗУ, минусовой вход которого соединен с первыми выводами второго разрядника, первого и второго резисторов, каждого из К термопредохранителей, резистора входного СК, с минусовым выходом промежуточного СК, с входами «корпус» согласователя МКУ и КСЗУ и с минусовым выходом КСЗУ, выход датчика температуры корпуса выходного СК соединен с одноименным входом согласователя МКУ, выход МКУ «выжигание плавкой вставки» соединен с управляющим входом тиристора промежуточного СК, выход МКУ «вкл/выкл» соединен с управляющим входом выходного СК, двунаправленные выводы согласователя соединены с двунаправленными выводами микроконтроллера, соответствующие выходы которого соединены поразрядно со входами внешних световых индикаторов, выходы которых соединены с корпусом, вторые входы первого и второго разрядников и первого резистора соединены между собой и с входом согласователя «контроль тока через разрядники», анод первого диода соединен со вторым выводом второго резистора и со входом согласователя «контроль тока через первый диод», катод тиристора входного СК соединен со вторым выводом резистора входного СК, вторые выводы каждого из К варисторов поразрядно соединены со вторыми выводами соответствующих термопредохранителей и катодами каждого из К светодиодов, аноды которых соединены с соответствующими входами сборки сигналов по логике ИЛИ-НЕ, выход которой соединен со входом «отказ МОН» согласователя, отличающееся тем, что промежуточный СК содержит второй тиристор, третий, … девятый резисторы, первый и второй конденсаторы, первый и второй стабилитроны и транзистор, при этом плюсовой вход промежуточного СК соединен с первыми выводами третьего и четвертого резисторов, второй вывод третьего резистора соединен с первыми выводами первого конденсатора и пятого резистора, вторые выводы которых соединены с катодом первого стабилитрона, анод которого соединен с первыми выводами седьмого и восьмого резисторов, катодом второго стабилитрона и входом согласователя «ток через тиристор», второй вывод седьмого резистора соединен с анодом второго стабилитрона, эмиттером транзистора, первым выводом девятого резистора и минусовым выходом промежуточного СК, второй вывод четвертого резистора соединен с первыми выводами второго конденсатора и шестого резистора, вторые выводы которых соединены с коллектором транзистора и анодом второго тиристора, катод которого соединен с минусовым выходом промежуточного СК, база транзистора соединена со вторым выводом девятого резистора и выходом согласователя «выключение тиристора». A combined network protective device (KSZU), containing a voltage limiter module (MES), containing, in turn, the first and second arresters, the first and second resistors, the first diode, groups of K resistors, K thermal fuses, K varistors and an indication unit groups of K LEDs and K resistors and signal assembly according to the logic I, KSZU also contains input, intermediate and output power switches (SC), a choke, a second diode, a control and management module (MCU), an input fuse, plus and minus inputs, and positive and the negative outputs of the KSZU, in turn, the input SK contains its thyristor and resistor, the MKU contains a microcontroller, a coordinator, and a group of five external light indicators: “norm”, “overload”, “overheat”, “disconnect MON” and “disconnect KSZU” and on the case of the output SC there is a temperature sensor of its case, while the positive input of the KSZU through the fuse is connected to the first terminals of the first spark gap of the first spark gap, each of the K resistors of the group, each of the K varistors, the inductor, the anode of the thyristor of the input SK, cathodes ne of the second and second diodes, the second output of the inductor is connected to the anode of the second diode, the positive inputs of the intermediate and output SK and with the input "voltage control at the input of the output SC" of the coordinator of the MCU, the output of the output SC is connected to the input of the coordinator of the MCU of "voltage control at the load" and with KSZU positive output, the negative input of which is connected to the first outputs of the second arrester, the first and second resistors, each of K thermal fuses, the input SK resistor, with the negative output of the intermediate SK, with the inputs of the “housing” co-MCC and KSZU and with a negative output of KSZU, the output of the temperature sensor of the housing of the output SK is connected to the input of the coordinator of the MKU of the same name, the output of the MCU “fuse-burn” is connected to the control input of the thyristor of the intermediate SK, the output of the MKU is “on / off” connected to the control input of the output SC, bi-directional outputs of the coordinator are connected to bi-directional outputs of the microcontroller, the corresponding outputs of which are connected bitwise with the inputs of external light indicators, the outputs of which are connected to the housing, the second the inputs of the first and second arresters and the first resistor are connected to each other and to the input of the coordinator "control current through the arresters", the anode of the first diode is connected to the second output of the second resistor and to the input of the coordinator "control current through the first diode", the cathode of the thyristor of the input SK is connected to the second the input SC resistor, the second terminals of each of the K varistors are bitwise connected to the second terminals of the corresponding thermal fuses and the cathodes of each of the K LEDs, the anodes of which are connected to the corresponding input odes of signal assembly according to the logic OR NOT, the output of which is connected to the input "failure MON" of the coordinator, characterized in that the intermediate SC contains a second thyristor, a third, ... ninth resistors, first and second capacitors, first and second zener diodes and a transistor, while the positive input of the intermediate SC is connected to the first terminals of the third and fourth resistors, the second terminal of the third resistor is connected to the first terminals of the first capacitor and fifth resistor, the second terminals of which are connected to the cathode of the first zener diode, the anode to the second output of the seventh resistor is connected to the anode of the second zener diode, the emitter of the transistor, the first output of the ninth resistor and the negative output of the intermediate SC, the second output of the fourth resistor is connected with the first terminals of the second capacitor and the sixth resistor, the second terminals of which are connected to the collector of the transistor and the anode of the second thyristor, the cathode of which is connected to the negative swing intermediate CK, transistor base is connected to the second terminal of the ninth resistor and the output matcher "off thyristor."