к.т.н., Сапа Владимир Юрьевич

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Казахстан

Защитные элементы для линий передачи данных

Элементы, ограничивающие перенапряжения в этой области, должны, с одной стороны, обладать способностью отводить сильные импульсные токи (до 10 кА), а с другой – быстро ограничивать перенапряжения, близкие по значениям к рабочим напряжениям. Эти требования удовлетворяются в многоступенчатых схемах. На рисунке 1 приведена схема одного из таких устройств, состоящего из газонаполненного разрядника, металлооксидного варистора (грубая защита) и ограничительного стабилитрона (тонкая защита). При появлении импульса перенапряжения сначала срабатывает стабилитрон. Ток i₁ вызывает падение напряжения на индуктивности L₁ u_L1 = d i₁/dt, что приводит к срабатыванию варистора. Под воздействием напряжения u_L2 = L₂d i₂/dt разрядник пробивается. Таким образом, приходящий импульс (10 кВ) со скоростью изменения напряжения 1 кВ/мкс ступенчато ограничивается до 35В.

Рисунок 1. Трехступенчатый ограничитель перенапряжений с газонаполненным разрядником, варистором (грубая защита) и стабилитроном (тонкая защита). Под графиками указано время срабатывания ступеней.

Аналогичные схемы разнообразных модификаций по системам передачи сигналов, напряжению и току являются обычными для линий передачи измерительной информации, сигналов регулирования и управления как связанных с заземлением, так и изолированных от земли. Конструктивно они встраиваются в корпусы приборов, в стандартные шины, клеммы или печатные платы.

Устройства для защиты от перенапряжений линий передачи данных должны обеспечить защитные функции, не ухудшая свойства линии, т.е. они не должны вызывать в заданном частотном диапазоне недопустимого демпфирования. В таких устройствах исключается использование индуктивностей и варисторов из-за большой их собственной емкости.

Рисунок 2. Блок защиты от перенапряжений для устройства V24/RS232C: 1 – защитное заземление; 2 – вывод данных; 3 – ввод данных; 4 – рабочее заземление, система опорного потенциала.

На рисунке 2 в качестве примера приведена схема адаптера для устройства V24/RS232C. Он рассчитан на ток до 5 кА (импульс (8/20 мкс), срабатывает за время 100 пкс, ограничивает напряжение крутизной 1 кВ/мкс до 20 В и позволяет передавать информацию до 40 Кбайт/с.

На рисунке 3. показан другой пример – схема адаптера, ограничивающего перенапряжения в коаксиальной системе передачи данных с заземленным сигнальным токовым контуром. В ней ограничительный стабилитрон, выполняющий функцию тонкой защиты, включен в диагональ моста, образованного диодами с малыми собственными емкостями. При этом собственная емкость стабилитрона не учитывается. В таком защитном устройстве граничная частота может быть выше 100 МГц.

Рисунок 3. Блок защиты от перенапряжений для коаксиальных линий.

Существуют также защитные устройства для всех широко распространенных стандартных плат, конструктивно совмещенных со встроенными разъемами.

При использовании ограничителей перенапряжений в сигнальных цепях и токовых контурах управления необходимо стремиться ограничить переходные перенапряжения до безопасного значения, при котором остаточное напряжение не будет восприниматься как полезный сигнал, что вызывало бы непредвиденную реакцию системы. Чтобы предотвратить это, необходимо использовать дальнейшие средства обеспечения электромагнитной совместимости.

Литература:

1. Основы электромагнитной совместимости: учебник для вузов / под ред. докт. тех. наук, проф. Р.Н. Карякина; Алт. гос. тех. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: ОАО «Алтайский полиграфический комбинат», 2007.

2. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы ее обеспечения в технике: Пер. с нем. / И.П. Кужекин; Под ред. Б.К. Максимова. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 304 с.

3. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: Учеб. пособие / Г.Я. Вагин, А.Б. Лоскутов, А.А. Севостьянов. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 224 с.