Politechnika Białostocka

Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej Instrukcja do zajęć laboratoryjnych Temat ćwiczenia: UKŁADY OGRANICZAJĄCE PRZEPIĘCIA W SYSTEMACH PRZESYŁU SYGNAŁÓW Ćwiczenie nr. Laboratorium z przedmiotu: Ochrona przeciwzakłóceniowa 2 Kod: TS1C52009 Opracowali: Dr inŝ. Renata Markowska Dr inŝ. Leszek Augustyniak Prof. dr hab. inŝ. Andrzej Sowa Białystok 2014

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 2 1. PRZEPIĘCIA W SYSTEMACH PRZESYŁU SYGNAŁÓW Podstawowe informacje dotyczące wartości szczytowych i kształtów przepięć powstających w liniach przesyłu sygnałów otrzymywane są na podstawie analiz wyników rejestracji prowadzonych w rzeczywistych warunkach. Do chwili obecnej w kraju takie rejestracje nie są prowadzone i do wstępnej oceny zagroŝenia przepięciowego urządzeń technicznych wykorzystane są wyniki obserwacji wykonywanych przez ośrodki zagraniczne. Analiza otrzymanych wyników pozwala wyodrębnić kilka podstawowych kształtów indukowanych napięć. Typowe kształty przedstawiono na rys.1. Rys.1. Przykładowe przebiegi napięć indukowanych w liniach telekomunikacyjnych. Podstawowe informacje o wartościach podstawowych parametrów charakteryzujących przepięcia w liniach telekomunikacyjnych przedstawiono w tablicy 1. Tablica 1. Wartości podstawowych parametrów charakteryzujących przepięcia atmosferyczne indukowane w liniach telekomunikacyjnych Parametr typ linii wartości średnie amplituda (V) wartości maksymalne* czas czoła (µs) wartości średnie czas do półszczytu (µs) wartości średnie przewody napowietrzne 500-800 kilka-kilkanaście kv 0,1-20 20-200 napowietrzne kable z wiązkami parowymi napowietrzne kable współosiowe zakopane kable z wiązkami parowymi 400-600 1500-2000 20-500 00-800 00-400 800-1000 100-00 500-1000 100-200 500-600 50-100 1000-1500 zakopane kable współosiowe 50-150 400-500 200-500 500-1500 * - w przypadku uderzenia w przewody napowietrzne lub w bliskim sąsiedztwie zakopanych kabli następują przebicie izolacji i przepięcia osiągają wartość równą wytrzymałości udarowej izolatorów lub izolacji kabli. W części dostępnych publikacji przedstawiane są informacje o ilości przepięć powstających w badanych liniach transmisji sygnałów i podawany czas trwania pomiarów. Dzięki temu moŝna w przybliŝeniu określić przeciętne liczby przepięć o róŝnej amplitudzie, powstających w pojedynczej linii telekomunikacyjnej podczas dnia burzowego. Zebrane wyniki zestawiono na rys. 2.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów Pewnym uzupełnieniem przedstawionych danych są wyniki badań prowadzonych podczas burzy w liniach obciąŝonych impedancjami o małych wartościach. Dostępne wyniki rejestracji prądów indukowanych przez wyładowania atmosferyczne przedstawiono na rys. 2 i. Rys. 2. Liczby przepięć o róŝnych amplitudach występujących w liniach telekomunikacyjnych podczas dnia burzowego wg danych: 1, 5 - japońskich, 2 - kanadyjskich,, 4, 7 - amerykańskich, 6 - francuskich, 8 - niemieckich. Rys.. Liczba udarów prądowych o róŝnych amplitudach indukowanych w linii telekomunikacyjnej przez wyładowania atmosferyczne w czasie jednego dnia wg danych: 1, - amerykańskich, 2 - kanadyjskich. Analizując krytycznie dostępne dane naleŝy stwierdzić, Ŝe podane liczby są w większości przypadków zaniŝone. Wynika to z faktu stosowania aparatury pomiarowej, która nie jest w stanie zarejestrować wszystkich pojawiających się przepięć. Dotyczy to szczególnie przepięć powstających podczas wielokrotnych wyładowań doziemnych. Potwierdzeniem tego są wyniki rejestracji prowadzonych w Japonii. Na ich podstawie zaproponowano do obliczeń liczby przepięć atmosferycznych o dowolnej wartości szczytowej powstających w ciągu roku w telefonicznej linii kablowej następujące zaleŝności: liczba przepięć u abonenta: NA = 2,5 10 2 N δ -0,9 U -1,8 liczba przepięć w centrali: NC = 4,2 10 N δ -0,9 U -1,8 przy czym: N - liczba dni burzowych w roku w obszarze, przez który przebiega linia, δ - przewodność gruntu w tym obszarze, U - wartość szczytowa powstającego napięcia. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe przedstawione dane obejmują w większości przypadków napięcia indukowane przez wyładowania w sąsiedztwie linii przesyłu sygnałów. Podczas bezpośredniego uderzenia piorunu w róŝne elementy linii mogą wystąpić udary napięciowe o wartościach szczytowych od kilkuset kv do nawet kilku MV. Oczywistym jest, Ŝe napięcia o takich wartościach powodują przeskoki na izolatorach lub przebicia w kablach, co ogranicza wartości przepięć dochodzących do urządzeń do kilkudziesięciu kv. Wyniki rejestracji przepięć w liniach przesyłu informacji rozbudowanego systemu komputerowego wykazują równieŝ moŝliwość wystąpienia przepięć o amplitudzie kilkuset V w wieloŝyłowych, ekranowanych kablach biegnących między budynkami.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 4 Podejmowane są równieŝ próby określenia napięć indukowanych w liniach transmisji sygnałów ułoŝonych w obiekcie budowlanym w przypadku uderzenia piorunu w bliskim sąsiedztwie tego obiektu. Przykład wyników otrzymanych na podstawie badań symulacyjnych zestawiono w tablicy 2. Tablica 2. Napięcia indukowane w kablu o długości 100m - uderzenia w sąsiedztwie obiektu. Uderzenie pioruna obok obiektu Prąd udarowy Uw Up Obiekt budowlany badany kabel Pierwsza składowa I = 200kA Tc= 10µs di/dt=20ka/µs Kolejna składowa I = 50kA Tc= 0,25µs di/dt=200ka/µs Pierwsza składowa I = 100kA Tc= 1µs di/dt=100ka/µs 20 V 60 V 80 V 75 V 720 V 10 V 2. ZAGROśENIE W OBIEKTACH UDERZONYCH PRZEZ PIORUNY Bezpośrednie uderzenie piorunu w obiekt budowlany pozbawiony urządzeń piorunochronnych powoduje najczęściej: uszkodzenie pokryć dachowych, wybicie szyb oraz uszkodzenie ścian, zniszczenie aparatów elektrycznych w rozdzielnicy oraz instalacji elektrycznej i telekomunikacyjnej (wszelkiego rodzaju przewody oraz gniazda są wyrywane ze ścian, zniszczenie wszelkiego rodzaju urządzeń elektrycznych i elektronicznych zainstalowanych w obiekcie. Od kilkunastu lat podejmowane są równieŝ próby oceny zagroŝenia powstającego podczas bezpośredniego wyładowania w obiekt budowlany posiadający instalację piorunochronną. Źródłem informacji są: wyniki badań symulujących zjawisk zachodzących w naturze, wyniki rejestracji prowadzonych podczas prowokowania bezpośrednich wyładowań piorunowych w badane budynki. W pierwszym przypadku w prowadzonych badaniach do instalacji odgromowej doprowadzany jest prąd udarowy symulujący prądy piorunowe wpływające do tych instalacji. Generator wytwarzający prądy udarowe umieszczony jest na dachu lub obok obiektu (rys. 4a). Porównując warunki występujące podczas pomiarów i w czasie wyładowania piorunowego moŝna, wykorzystując wyniki badań symulacyjnych, ocenić wartości szczytowe indukowanych napięć atmosferycznych. Przykładowe wyniki takich badań zamieszczono w tablicach i 4. Podejmowane są równieŝ próby prowokowania bezpośrednich wyładowań piorunowych w badane budynki (rys. 4b). W takich przypadkach do rozwijającego się nad budynkiem wyładowania piorunowego wystrzeliwane są rakiety ciągnące za sobą długie przewody, co stwarza przewodzącą ścieŝkę dla prądu piorunowego i powoduje, Ŝe piorun uderza bezpośrednio w budynek. Wyniki otrzymane przy pomocy przedstawionych metod badawczych wskazują, iŝ zaobserwowane przepięcia mają najczęściej formę wysokoczęstotliwościowych tłumionych oscylacji.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 5 a) b) Rys.4. Układy do symulacyjnych badań zagroŝenia piorunowego występującego w czasie bezpośrednich udarów w obiekt Tablica. Napięcia indukowane w kablu o długości 100m. podczas uderzenia w budynek. Uderzenie pioruna w obiekt budowlany Prąd udarowy Uw Up Przewody instalacji odgromowej Obiekt budowlany Badany kabel Pierwsza składowa I = 200kA Tc= 10µs di/dt=20ka/µs Kolejna składowa I = 50kA Tc= 0,25µs di/dt=200ka/µs Pierwsza składowa I = 100kA Tc= 1µs di/dt=100ka/µs 460 V 70 V 410 V 90 V 820 V 170 V Tablica 4. Napięcia wzdłuŝne indukowane w przewodzie ułoŝonym w budynku uderzonym przez piorun. Prąd udarowy Pierwsza składowa I = 200kA Tc= 10µs, di/dt=20ka/µs Kolejna składowa I = 50kA, Tc= 0,25µs, di/dt=200ka/µs Pierwsza składowa I = 100kA, Tc= 1µs, di/dt=100ka/µs Napięcie wzdłuŝne Budynek 1 Budynek 2 Budynek 2500 V 500 V 50 V 5000 V 400 V 20 V 10 000 V 800 V 50 V gdzie: Budynek 1 budynek o szkielecie stalowym lub Ŝelbetowym, odstępy podpór,5m, średnica podpór 0 cm, okładziny ścian izolowane, Budynek 2 - budynek o ścianach grubości 0 cm z betonu zbrojonego, odległość między prętami 15 cm, pręty o średnicy 18 mm, Budynek - budynek o ścianach grubości 200 cm z betonu zbrojonego, odległość między prętami 12 cm, pręty o średnicy 2 mm,

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 6 W tabl. 5 zestawiono obliczone wartości szczytowe napięć indukowanych w róŝnego rodzaju układach przez prąd udarowy o stromości narastania 100 ka/µs i amplitudzie 100 ka (wartości osiągane przez prąd piorunowy). Tablica 5. Wyznaczone na podstawie badań symulacyjnych wartości napięć indukowanych w przewodach ułoŝonych wewnątrz budynku uderzonego przez piorun. Obiekt kilkupiętrowe budynki parterowe niewielkie obiekty Zakłócany układ linie sygnalizacji i sterowania proste pętle tworzone z przewodów napięcia pomiędzy fasadą budynku a przewodem zerowym kabel koncentryczny skręcona para przewodów pętle tworzone przez przewody I elementy uziemione Przewidywane amplitudy indukowanych napięć 4000-5000 V 1000-20000 V kilka kv kilkadziesiąt V kilka kv kilkadziesiąt kv kable między budynkami kabel ekranowany o długości kilkudziesięciu metrów 00-500 V. UKŁADY OGRANICZAJĄCE PRZEPIĘCIA Układy zabezpieczające stosujemy w przypadkach, gdy oddzielne uŝycie pojedynczych elementów ochronnych nie zapewnia dostatecznego poziomu ochrony przed przepięciami. Łączenie elementów ochronnych w układy umoŝliwia zsumowanie ich ochronnych zalet i wyeliminowanie niepoŝądanych efektów związanych z ich oddzielnym zastosowaniem Układ składa się z pojedynczych elementów zabezpieczających połączonych elementami wzdłuŝnymi, nazywanych równieŝ elementami odsprzęgającymi (rys. 5). Jako elementy wzdłuŝne najczęściej stosowane są rezystancje lub indukcyjność. element wzdłuŝny WEJŚCIE WYJŚCIE Ochrona podstawowa np. odgromnik Ochrona dodatkowa np. dioda, warystor Rys. 5. Ogólny układ połączeń dwustopniowego układu zabezpieczającego przed przepięciami. 4. ZASADY DOBORU UKŁADÓW OGRANICZAJĄCYCH PRZEPIĘCIA W celu ułatwienia dokonania właściwego doboru elementów lub układów ograniczających przepięcia opracowano szczegółowy sposób postępowania, którego zastosowanie umoŝliwia: ochronę urządzeń z uwzględnieniem maksymalnego zagroŝenia, jakie moŝe wystąpić w analizowanym systemie (np. bezpośrednie wyladowanie atmosferyczne), dobór odpowiedniego układu ograniczającego przepięcia dla dowolnej linii przesyłu sygnałów, właściwe rozmieszczenie ograniczników w systemach pomiaru i sterowania, dobór ograniczników nie wpływających na jakość pracy chronionego systemu.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 7 Dobierając właściwości ochronne ograniczników przepięć, ich rozmieszczenie w systemie oraz sposoby montaŝu naleŝy uwzględnić przedstawione poniŝej zasady pogrupowane w trzynastu kolejnych etapach postępowania. ETAP 1. Określenie, na podstawie informacji dostarczonych przez producenta, odporności urządzeń na działanie udarów dochodzących z linii przesyłu sygnałów. W przypadku istnienia zaleceń określających zakres badań danej grupy urządzeń producent powinien podać (w innym przypadku naleŝy wymagać od producenta podania) wartości odporności udarowej urządzeń oraz norm, zgodnie z którymi prowadzono pomiary. Przykłady zalecanych odporności udarowych urządzeń elektronicznych przedstawiono tablicy 6. Tablica 6. Wymagania dotyczące odporności sterowników programowalnych i indywidualnych urządzeń peryferyjnych Rodzaj naraŝenia EFT/B - normalne - podwyŝszone Wszystkie zasilacze 2 kv 4 kv Poziomy odporności udarowej Cyfrowe WE/WY U 24 V 1 kv 2 kv Cyfrowe WE/WY U < 24 V, WE/WY analogowe, WE/WY komutacyjne 0,5 kv 0,5 kv Udary - normalny - podwyŝszony 1kV 2 kv 1 kv 2 kv nie wymagane nie wymagane ETAP 2. Określenie podstawowych danych charakteryzujących znamionowe warunki pracy urządzenia. Przed doborem urządzeń ochrony przepięciowej naleŝy określić: znamionowe i maksymalne dopuszczalne napięcie przesyłanych sygnałów, maksymalny prąd występujący w liniach przesyłu sygnałów, częstotliwość graniczną, sposób przesyłu sygnałów (układy symetryczne lub niesymetryczne), dopuszczalne tłumienie w linii przesyłu sygnałów, impedancję falową linii przesyłu sygnałów, dopuszczalną impedancję, jaką moŝna wstawić w torze przesyłu sygnałów, rodzaje złącz stosowanych w systemie przesyłu sygnałów, rodzaj elementów lub układów ochronnych zastosowanych bezpośrednio w urządzeniu (w przypadku ochrony wprowadzonej przez producenta urządzenia). ETAP. Określenie stopnia zagroŝenia udarowego urządzenia. Dobierając właściwości urządzeń ochrony przepięciowej naleŝy uwzględnić moŝliwość oddziaływania na urządzenia lub linie sygnałowe zagroŝeń stwarzanych przez: Rozpływający się prąd piorunowy lub prądy zwarciowe w sieci elektroenergetycznej. Takie zagroŝenie występuje podczas bezpośrednich wyładowań piorunowych w obiekty posiadające instalację piorunochronną, do których dochodzą linie przesyłu sygnałów lub w przypadku doprowadzania napowietrznych linii sygnałowych do obiektów nie posiadających instalacji piorunochronnych. Impulsowe pole elektromagnetyczne wywołane przez pobliskie wyładowania piorunowe oraz przez udary występujące w instalacji elektrycznej. Ochronę przed tego rodzaju przepięciami naleŝy zastosować w obiektach posiadających instalację piorunochronną, gdy linie przesyłu sygnałów nie wychodzą na zewnątrz obiektu lub w obiektach nie posiadających instalacji piorunochronnej i linii przesyłu sygnałów wychodzących na zewnątrz obiektu.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 8 ETAP 4. Wstępny dobór właściwości urządzeń ochrony przepięciowej. W przypadku moŝliwości wystąpienia zagroŝeń stwarzanych przez bezpośrednie działanie prądów piorunowych lub zwarciowych naleŝy zastosować układy ochrony przepięciowej odporne na działanie prądów udarowych o wartościach szczytowych 2,5 5 ka i kształcie 10/50 (tabl. 7 i 8). Tablica 7. Zasady określania liczby stopni ochrony. Opis układu Linie przesyłu sygnałów dochodzą z zewnątrz do obiektu (istnieje zagroŝenie bezpośrednim oddziaływaniem prądów piorunowych) Długie linie przewodów systemu przesyłu sygnałów ułoŝone w obiekcie budowlanym Krótkie linie przewodów ułoŝone wewnątrz obiektu ZagroŜenie Prądy udarowe kształtu 10/50 2,5kA 5 ka Prądy udarowe 8/20 kilka kilkanaście ka Udary prądowe 8/20 kilkadziesiąt kilkaset A Poziom ograniczania udarów większy równy 1000V mniejszy od 1000V większy równy 1000V mniejszy od 1000V *) mniejszy od 1000V Układy ochronne Jednostopniowy układ odgromników gazowanych Jeden wielostopniowy układ ochronny 2 układy ochronne rozmieszczenie: wejście do obiektu i przy urządzeniu Jednostopniowy układ odgromników gazowanych Wielostopniowy układ ochronny Jednostopniowy układ warystorów lub diod ochronnych *) przy odporności powyŝej 1000 V moŝna nie stosować układów ochronnych. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi indukowanymi, przepięciami przepuszczonymi przez pierwszy stopień ochrony lub generowanymi przez inne źródła zakłóceń wymaga zastosowania układów ochrony przepięciowej odpornych na działanie: napięć udarowych o wartościach szczytowych od kilkuset V do kilku kv i kształcie 1,2/50, prądów udarowych o wartościach szczytowych od kilkuset A do kilku ka (do10 ka) i kształcie 8/20. Wstępnie dobrane elementy lub układy ochronne powinny ograniczać udary do poziomów leŝących poniŝej poziomów odporności udarowej chronionych urządzeń. W zaleŝności od sposobu przesyłu sygnałów naleŝy uwzględnić poziom ograniczenia udarów w układach przewód - przewód lub przewód ziemia (rys. 6). U ns U s U ns Rys. 6. Ochrona w systemach symetrycznych i niesymetrycznych. ETAP 5. Określenia liczby stopni ochronnych w torze przesyłu sygnałów. Liczbę stopni ochronnych w torze przesyłu sygnałów naleŝy wyznaczyć na podstawie istniejącego zagroŝenia, poziomu odporności udarowej urządzeń oraz ich rozmieszczenia w obiekcie. Do ochrony urządzeń o odporności udarowej od strony wejść sygnałowych na poziomie 1000 V i wyŝszej naleŝy zastosować układ jednostopniowy (jeden lub dwa odgromniki gazowane). Urządzenia o odporności udarowej poniŝej 1000 V od strony wejść sygnałowych powinny być chronione przy pomocy:

pojedynczego wielostopniowego układu ochronnego (rys. 7a), dwóch układów ochronnych (rys. 7b), pojedyncze jednostopniowe układy ochronne. Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 9 Tablica 8. Ogólna klasyfikacja urządzeń ochrony przepięciowej stosowanych do ochrony przed działaniem prądu piorunowego. ZałoŜenia Udar piorunowy 10/50 Prąd indukowany 8/20 Przebiegi prądów udarowych odwzorowujących zagroŝenia stwarzane przez prąd piorunowy indukowany udar prądowy 2,5 ka 10/50 udar prądowy 5 15 ka 8/20 Napięcia na wyjściu układu ograniczającego przepięcia Układy z odgromników gazowanych kilkaset V ( 500V 700V) kilkaset V ( 500V 700V) Układy wielostopniowe składające się z odgromników gazowanych i diod lub warystorów kilka kilkadziesiąt V kilka kilkadziesiąt V Układy ochronne z diod zabezpieczających (zastosowanie ograniczone tylko do ochrony przed prądami udarowymi o wartościach szczytowych do kilkuset A) kilka kilkadziesiąt V kilka kilkadziesiąt V

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 10 A Pierwszy stopień ochrony Drugi stopień ochrony B Urządzenie Jeden układ ochronny Urządzenie Rys. 7. Wielostopniowe układy ochronne: A) skupiony B) rozłoŝony ETAP 6. Określenie maksymalnych dopuszczalnych napięć sygnałów roboczych U NS i wybór układu ochrony przepięciowej o trwałym napięci pracy U C spełniającym warunek U C U NS. ETAP 7. Określenie sposobu przesyłu sygnałów (napięcie znamionowe niesymetryczne w układzie przewód - przewód lub napięcie znamionowe symetryczne w układzie przewód - ziemia ) i dobranie odpowiedniego układu ochronnego. ETAP 8. Określenie maksymalnego prądu roboczego występującego w systemie przesyłu sygnałów I NS i wybór układu ochrony przepięciowej o prądzie znamionowym I NO spełniającym warunek I NO I NS. Przykład układu ogranicznik chronione urządzenie z oznaczeniem prądu I NO przedstawiono na rys.8. I NO 1 2 ogranicznik 4 Chronione urządzenie Rys. 8. Przykład prądu w linii z ogranicznikiem. ETAP 9. Określenie znamionowej częstotliwości sygnałów f NS w analizowanym systemie i porównanie z częstotliwością znamionową f NOGR lub graniczną f GRAN ogranicznika. Ogranicznik przepięć nie moŝe zniekształcać przesyłanych sygnałów. Wielkościami, które charakteryzują właściwości ogranicznika przepięć, są częstotliwość znamionowa f NOGR oraz graniczna f GRAN (lub tzw. pasmo przenoszenia ). Przy powyŝszych częstotliwościach tłumienie jakie wprowadza określane jest najczęściej na poziomie 1 db (częstotliwość znamionowa) lub db (częstotliwość graniczna). Przykładową charakterystykę zmian tłumienia wprowadzanego przez odgromnik w funkcji częstotliwości przedstawiono na rys. 9.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 11 f gran db f(hz) a M db Rys. 9. Przykład zmian tłumienia w funkcji częstotliwości dla typowego układu ochronnego. Ogranicznik dobierany do ochrony urządzenia lub systemu przesyłu sygnałów f NS powinien spełniać następujące warunki: f NS f NOGR f NS < f GRAN ETAP 10. Wybór układu ochronnego posiadającego dodatkowe impedancje odprzęgające w przypadku jego montaŝu przed urządzeniem, którego wejścia sygnałowe posiadają własne elementy ochronne (np. wewnątrz urządzenia zamontowano fabrycznie warystory lub diody). Instalując układy ochronne bezpośrednio przed urządzeniem posiadającym własne elementy ochronne naleŝy zapewnić właściwą współpracę wszystkich elementów ochronnych, jakie występują w linii przesyłu sygnałów. Wymaga to porównania ich właściwości ochronnych i oceny moŝliwości wzajemnej koordynacji działania. W rzeczywistych warunkach przeprowadzenie takiej analizy i ocena moŝliwości współpracy zewnętrznego układu ochronnego z wewnętrznymi elementami ochronnymi jest najczęściej niemoŝliwa z powodu braku danych. W takich przypadkach, do ochrony urządzeń posiadających własne elementy lub układy ochronne naleŝy zastosować układy posiadające dodatkowe elementy odsprzęgające (rys. 10). Układ ochronny 1 2 1 Elementy odsprzęgające 2 Dioda w urządzeniu Rys. 10. Dodatkowe elementy odsprzęgające w ograniczniku przepięć. ETAP 11. Porównanie wartości elementów odsprzęgających zastosowanych w układzie ogranicznika z wartościami dopuszczalnymi w danej linii przesyłu sygnałów. ETAP 12. Wybór sposobu montaŝu ogranicznika przepięć. Przewód łączący ogranicznik przepięć z lokalną szyną wyrównywania potencjałów lub obudową urządzenia powinien być moŝliwie najkrótszy dzięki temu unikamy spadków napięć na jego indukcyjności Dotyczy to szczególnie ograniczników przeznaczonych do ochrony przed działaniem prądu piorunowego.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 12 NaleŜy równieŝ uwzględnić zalecenia dotyczące moŝliwości łączenia z lokalnymi systemami wyrównywania potencjałów ekranów przewodów. Jeśli znamionowe warunki pracy zalecają izolowanie ekranu przewodu dochodzącego do urządzenia (ekran nie moŝe być połączony z lokalnym punktem wyrównywania potencjałów) naleŝy, w celu wyrównywania powstających róŝnic potencjałów, połączyć ekran z lokalnym punktem wyrównywania potencjałów przy pomocy odgromnika gazowanego. Przykładowe połączenia ograniczników przepięć stosowanych w torze przesyłu sygnałów, którego ekran powinien być izolowany lub uziemiony przedstawia rys. 11. Wejście 1-2 Ogranicznik przepięć 1 2 4 Wejście -4 Chronione urządzenie Do połączenia z ekranem Do połączenia z ekranem Bezpośrednio uziemiony ekran Wejście 1-2 Ogranicznik przepięć 1 2 4 Wejście -4 Chronione urządzenie Do połączenia z ekranem Do połączenia z ekranem Rys. 11. Układy połączeń ograniczników przepięć w przypadku ekranu, który moŝe być uziemiany lub ekranu izolowanego. ETAP 1. Ocena poprawności połączeń ograniczników przepięć w torze sygnałowym i w instalacji elektrycznej. Podstawową zasadą ochrony przed przepięciami jest zapobieganie powstawania róŝnic potencjałów pomiędzy: przewodami w poszczególnych instalacjach dochodzących do urządzenia, róŝnorodnymi instalacjami dochodzącymi do urządzenia. Ogólną zasadę ochrony przedstawiono na rys. 12. Instalacja elektryczna Tory przesyłu sygnałów CHRONIONE URZĄDZENIE 1 2 1 2 Ograniczniki przepięć w instalacji elektrycznej Ograniczniki przepięć w torach przesyłu sygnałów Rys.12. Wyrównywanie potencjałów instalacji dochodzących do urządzenia.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 1 5. PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA UKŁADÓW OGRANICZAJĄCYCH PRZEPIĘCIA W większości przypadków do ochrony przed przepięciami stosujemy układy wielostopniowe. Najczęściej są to połączenia odgromników gazowanych i diod. Typowe układy stosowane do ochrony urządzeń telekomunikacyjnych w systemach analogowych i cyfrowych przedstawiono na rys. 1 i 14. a a a d Zwora termiczna Odgromnki b e b b c a Zwora termiczna Dioda a a Termo wyłącznik SID a b Odgromnik b b Zwora termiczna Termo wyłącznik Odgromnk b Sygnalizacja optyczna a a L1 R L1 b Odgromniki Zwora termiczna MOV MOV b L2 Odgromniki Rys. 1. Typowe układy stosowane do ochrony urządzeń telekomunikacyjnych abonenckich. R W W W PE L2 5 a 5 1 4 4 4 2 5 6 6 4 6 Rys. 14. Układy przeznaczone do ochrony w cyfrowym systemie ISDN.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 14 6. PROGRAM ĆWICZENIA Badanie właściwości ochronnych typowych układów zabezpieczających w przypadku doprowadzenia: napięć sinusoidalnych o zmiennych częstotliwościach, udarów napięciowych. 6.1. Pomiary charakterystyki amplitudowej ograniczników róŝnych typów W przypadku układów, do których sygnał doprowadzany jest za pomocą skrętki o impedancji falowej 100Ω, wyjścia układów w celu dopasowania obciąŝa się rezystorem o impedancji 100Ω. PoniewaŜ impedancja wyjściowa generatora wynosi zwykle 50Ω, w celu eliminacji odbić na wejściu układów stosuje się rezystancyjne dzielniki dopasowujący generator. Zasadę pomiaru przedstawia rys. 15. 25Ω We1 Wy1 G 50Ω 25Ω We2 Badany układ Wy2 100Ω Kanał A OS Kanał B Rys. 15. Układ do pomiaru charakterystyki amplitudowej ograniczników przepięć stosowanych w liniach przesyłu sygnałów. NaleŜy dokonać pomiarów wartości międzyszczytowych napięć sinusoidalnie zmiennych na wejściach i wyjściach badanych ograniczników przepięć oraz wykreślić charakterystyki tłumienia tych układów w funkcji częstotliwości. 6.2. Pomiary właściwości ochronnych ograniczników Przykładowy schemat układu do badania właściwości ochronnych ograniczników w przypadku układów lub urządzeń, do których sygnał doprowadzany jest za pomocą skrętki o impedancji falowej 100Ω, przedstawiono na rys. 17. NaleŜy zarejestrować przebiegi czasowe napięć i prądów udarowych na wyjściu badanych układów zabezpieczających oraz dokonać pomiarów wartości szczytowych zarejestrowanych napięć i prądów, w przypadku doprowadzenia na ich wejście udarów napięciowych 1,2/50 (µs/µs) o regulowanej amplitudzie od 250...2500V.

Układy ograniczające przepięcia w systemach przesyłu sygnałów 15 GUP 2,7kΩ We1 Badany układ Wy1 100Ω Sonda OS We2 Wy2 UPS Rys. 16. Układ do pomiaru właściwości ochronnych ograniczników przepięć 6.. Opracowanie wyników badań Wykreślenie charakterystyk amplitudowych (tłumienia) badanych układów. Przedstawienie wejściowych i wyjściowych udarów napięciowych. Ocena badanych układów. PRZEPISY BHP Podczas badań naleŝy przestrzegać zasad i przepisów bezpieczeństwa pracy omówionych na zajęciach wstępnych, zawartych w Regulaminie porządkowym laboratorium Kompatybilności Elektromagnetycznej i Ochrony Przeciwzakłóceniowej z uwzględnieniem przepisów BHP. Regulamin dostępny jest w pomieszczeniu laboratoryjnym w widocznym miejscu. Dodatkowo z uwagi na specyfikę ćwiczenia naleŝy zachować szczególną ostroŝność podczas obsługi generatorów udarowych. Nie naleŝy przekraczać nastaw wartości szczytowych napięć lub prądów generatora powyŝej wartości podanych przez prowadzącego. Wszelkie zmiany konfiguracji obwodów naleŝy przeprowadzać przy odłączonym źródle napięcia probierczego. LITERATURA 1. Markowska R., Sowa A.: Ograniczanie przepięć w instalacjach elektrycznych w obiektach budowlanych. Seria: Zeszyty dla elektryków - nr 9. Dom Wydawn. Medium, Warszawa, 2011. 2. Sowa A. W.: Ochrona urządzeń oraz systemów elektronicznych przed naraŝeniami piorunowymi. Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej. Białystok 2011.. Sowa A.: Kompleksowa ochrona odgromowa i przepięciowa. Biblioteka COSiW SEP, 2005. 4. Alain Charoy: Zakłócenia w urządzeniach elektronicznych: zasady i porady instalacyjne, tom 1, Źródła, sprzęŝenia, skutki; Warszawa: WNT, 1999. 5. Alain Charoy: Zakłócenia w urządzeniach elektronicznych: zasady i porady instalacyjne, tom 2, Uziemienia, masy, oprzewodowanie; Warszawa: WNT, 2000. 6. Alain Charoy: Zakłócenia w urządzeniach elektronicznych: zasady i porady instalacyjne, tom, Ekrany, filtry, kable i przewody ekranowane; Warszawa: WNT, 2000. 7. Alain Charoy: Zakłócenia w urządzeniach elektronicznych: zasady i porady instalacyjne, tom 4, Zasilanie, ochrona odgromowa, środki zaradcze; Warszawa: WNT, 2000. 8. Augustyniak L.: Laboratorium kompatybilności elektromagnetycznej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok, 2010. 9. Vijayaraghavan G., Brawn M.: Grounding, Bonding, Shielding and Surge Protection, Newnes 2004. 10. Wydawnictwo ALFA WEKA Sp. z o.o. Certyfikat CE w zakresie kompatybilności elektromagnetycznej. 11. Gonschorek K. H., Singer H.: Elektromagnetische Vertäglichkeit Grundlagen. Analysen. Maßnahmen. B. G. Teubner Stuttgart 1992.