Приборы проверки устройств защиты от

Приборы проверки устройств защиты от перенапряжений
Сторожук Николай Леонидович,
Заместитель генерального директора НПО «Инженеры электросвязи»,
кандидат технических наук
Современная аппаратура связи, по сравнению с предыдущим поколением электронной техники,
требует качественно нового подхода к защите от перенапряжений и помех. Это связано, прежде
всего, со сменой элементной базы. Сегодня цифровые схемы характеризуются чрезвычайно
малыми энергиями полезных сигналов. Поэтому защита от электромагнитных воздействий
является обязательным условием бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования.
Наиболее вероятными путями проникновения перенапряжений в аппаратуру являются
сигнальные и питающие цепи. Следовательно, эти цепи необходимо защищать в первую очередь,
путём установки специальных устройств.
Для защиты оборудования связи и энергетики применяются устройства защиты от импульсных
перенапряжений (УЗИП).
Согласно определению, приведенному в стандарте ГОСТ Р 51992-2002 (МЭК 61643-1-98), – это
устройства, предназначенные для ограничения переходных перенапряжений и отвода импульсов
тока, содержащие, по крайней мере, один нелинейный элемент.
Из определения следует, что УЗИП в своём составе должны содержать элементы защиты по
напряжению, току или их комбинацию.
Элемент защиты по напряжению должен удовлетворять следующим основным
требованиям:
 не допускать утечки через себя полезного сигнала или электроэнергии, в идеале иметь
бесконечное сопротивление;
 при разности потенциалов, превышающей определенное значение, резко увеличивать свою
проводимость;
 многократно выдерживать прохождение импульсных токов.
Элементы защиты по току предназначены для защиты от длительных воздействий, поэтому
требования, предъявляемые к ним, отличаются от требований к элементам защиты по напряжению.
Качественный элемент токовой защиты должен удовлетворять следующим требованиям:
 надежно защищать оборудование, на входе которого он включен, от чрезмерных токов;
 при выходе из строя этот элемент должен обеспечивать обрыв цепи;
 иметь минимальный размер и быть удобным для монтажа;
 иметь минимальное сопротивление;
 должен быть элементом многократного использования (по возможности).
Основными элементами, используемыми в УЗИП, являются:
Для защиты по напряжению:
 разрядник (воздушный или газонаполненный);
 варистор;
 полупроводниковые элементы.
Для защиты по току:
 плавкая вставка;
 позистор (полимерный или керамический).
Эти элементы характеризуются следующими основными параметрами:
Разрядник:
 статическое напряжение пробоя (при скорости нарастания фронта тестового импульса не
более 100 В/с);
 динамическое напряжение пробоя (при скорости нарастания фронта тестового импульса
1000 В/мкс);
2
 импульсный ток (тестовые импульсы 8/20 или 10/350).
Варистор:
 квалификационное напряжение (напряжение, при достижении которого через варистор
будет протекать ток 1 мА);
 импульсный ток (тестовые импульсы 8/20 или 10/350);
 ёмкость.
Полупроводниковые элементы:
 напряжение ограничения;
 импульсный ток (тестовые импульсы 8/20 или 10/350);
Плавкая вставка, полимерный и керамический позисторы:
 вносимое сопротивление;
 время срабатывания защиты;
 рабочий ток (ток гарантированного несрабатывания);
 аварийный ток (ток гарантированного срабатывания).
Нарушения качества связи и нормального режима работы электроустановок из-за
неисправных или неправильно примененных защитных устройств явление не такое уж редкое.
Часто выход оборудования из строя происходит потому, что параметры элементов устройства
защиты изменились под воздействием различных факторов, или же не соответствовали
заявленным производителем.
Срок службы защитных устройств, как правило, короче срока службы оборудования связи и
сильно зависит как от условий применения, так и от качества использованных комплектующих.
Определить, пригодно ли защитное устройство для использования можно только лишь путем
измерения его электрических характеристик. В Табл. 1 показаны основные характеристики
элементов защиты, их изменение под воздействием различных факторов, а также возможные
последствия таких изменений.
Табл. 1.
Элемент
Параметр
Причина изменения
Разрядник
Статическое и
динамическое
напряжение пробоя
Разрушение электродов под
воздействием помех
Сопротивление
изоляции
Загрязнение керамического
изолятора снаружи или образование
проводящих участков на изоляторе
внутри разрядной камеры.
Воздействие помех, низких
температур, старение.
Варистор
Позистор
керамический
Позистор
полимерный
Квалификационное
напряжение
Ток утечки
Сопротивление
контактов
керамика/проводник
Сопротивление
Сопротивление
контактов
керамика/проводник
Сопротивление
Воздействие помех, температур,
нарушение технологии.
Старение, воздействие
перенапряжений.
Воздействие помех, температур,
нарушение технологии.
Увеличивается после срабатывания
Изменение
параметра
Уменьшение
Результат
Увеличение
Ухудшение защитных
свойств
Уменьшение
Утечки тока,
понижение изоляции,
короткое замыкание.
Уменьшение
утечки тока,
понижение изоляции
замыкание на землю.
Увеличение
Увеличение.
Отсутствие
контакта
Увеличение
Увеличение.
Отсутствие
контакта
Увеличение
Срабатывание от
рабочего напряжения
Варистор не работает
Срабатывание от
рабочего тока,
увеличение затухания
Увеличение затухания,
обрыв.
Срабатывание от
рабочего тока,
увеличение затухания
3
Таким образом, проверка устройств защиты является обязательным условием надежного и
безопасного функционирования систем связи и электропитающих установок. В частности,
проверку элементов и устройств защиты по напряжению рекомендуется обязательно проводить
перед грозовым сезоном. Следовательно, существует необходимость иметь приборы, которые
способны произвести проверку работоспособности элементов и устройств защиты. Наличие таких
приборов на АТС городского и сельского типов регламентируется РД 45.120-2000.
Такой прибор должен давать однозначное заключение о работоспособности
элементов и
устройств защиты, используя методы неразрушающего контроля. Контролируя напряжение
срабатывания устройства защиты, вносимого сопротивления, сопротивлений провод-земля и
провод-провод можно судить о его работоспособности.
Если рассматривать самый сложный вариант схемы УЗИП – пятиточечная схема, то можно
выделить следующие параметры, которые возможно контролировать неразрушающими методами:
 вносимое сопротивление в каждый провод;
 сопротивлений провод-земля и провод-провод;
 ёмкость провод-земля и провод-провод;
 напряжение срабатывания защиты по напряжению;
 рабочий ток – ток гарантированного не срабатывания (кроме плавких вставок);
 аварийный ток – ток гарантированного срабатывания (кроме плавких вставок);
 скорость срабатывания защиты по току (кроме плавких вставок).
При этом контроль напряжения срабатывания защиты рационально проводить по методике
проверки статического напряжения пробоя разрядников, т.к. они могут являться частью схемы, а
остальные элементы защиты по напряжению не критичны к скорости нарастания тестового
напряжения и, кроме того, обычно на корпусе разрядника маркируют именно статическое
напряжение пробоя.
Исходя из вышеописанного, НПО «Инженеры электросвязи» подготовило такой прибор к
серийному выпуску.
Прибор «Гроза» (Рис 1.) разработан с учётом технической необходимости тестирования
элементов защиты по току и по напряжению и предназначен для проверки и измерения параметров
УЗИП различного назначения, в том числе:
Рис. 1.
4





модулей кроссовой защиты;
устройств защиты оборудования проводной связи;
ограничителей перенапряжения для сетей напряжением 0,4 кВ и ниже;
устройств защиты высокочастотных трактов;
элементов защиты – разрядников, варисторов, стабилитронов,
предохранителей.
позисторов,
Прибор позволяет производить измерения следующих параметров:






статическое напряжение пробоя;
квалификационное напряжение;
вносимое сопротивление в каждый провод;
ассиметрия;
аварийный ток – ток гарантированного срабатывания;
скорость срабатывания защиты по току.
Прибор имеет сетевое и аккумуляторное питание, что позволяет производить измерения
непосредственно на местах установки защитных устройств. В комплект поставки входят
управляемые адаптеры, позволяющие проводить испытания различных типов защитных устройств,
в том числе и многопарных кассет. Прибор имеет встроенную энергонезависимую память и USB
порт для подключения к ПК, что позволяет вести статистику и учёт выхода из строя защитных
устройств. Прилагаемое программное обеспечение дает возможность создавать отчёты о
проведённых измерениях.
Структурная схема прибора представлена на Рис. 2.
Рис. 2.
5
Прибор «Гроза» получился многофункциональным и достаточно сложным, позволяющим
решать проблемы проверки устройств и элементов защиты, а также измерять их параметры.
Благодаря своей универсальности, прибор может быть использован как при эксплуатации
линейных сооружений и оборудования связи, электропитающих установок, так и в испытательных
лабораториях при разработке и производстве защитных устройств.
На практике, в большинстве случаев, возникает проблема проверки защитных устройств по
напряжению, так как их неисправность визуально или с помощью неспециализированных
приборов не обнаруживается, не сказывается на работоспособности защищаемой аппаратуры, но
таит наибольшую опасность для неё.
Для проверки таких устройств НПО «Инженеры» разработало более простой и дешёвый прибор
– «Искра» (Рис. 3.).
Рис. 3.
Прибор «Искра» предназначен для проверки статического напряжения пробоя
газонаполненных разрядников и квалификационного напряжения варисторов, в том числе,
установленных в различных устройствах защиты. С входящего в его состав генератора напряжения
после нажатия кнопки запуска на вход испытуемого устройства подаётся нарастающее
напряжение, максимальное значение которого 800 В. При срабатывании проверяемого элемента,
напряжение выключается, а максимальное его значение фиксируется на индикаторе прибора.
Применение вышеописанных приборов поможет операторам связи и энергетикам своевременно
обнаруживать неисправные УЗИП, что сократит случаи выхода из строя аппаратуры вследствие
воздействия на нее перенапряжений.