В цепях электропитания постоянного тока ПП необходимо защищать от коммутационных перенапряжений, вызванных изменениями режима работы этих цепей, и атмосферных перенапряжений, происходящих из-за гальванической и индукционной связи с другими электрическими цепями (см. главу I).
Полупроводниковые приборы защищают от коммутационных перенапряжений шунтированием их защитным диодом, диодом и резистором, RC-цепочкой (рис. 28).
Рис. 28. Схемы защиты транзисторов от коммутационных перенапряжений в цепях постоянного тока
В первых двух случаях для снижения перенапряжений используют проводящее направление диода, в третьем — шунтирующее действие емкости. В последнее время для указанных целей применяют кремниевые СН1 и оксидно- цинковые СН2 варисторы (см. главу III, п. 8). При выборе варистора и схемы его включения следует руководствоваться документом.
Защита ПП от атмосферных перенапряжений, проникающих в цепи постоянного тока, осуществляется защитными блоками (см. рис. 16). Эти блоки должны быть установлены непосредственно у защищаемых ПП.
Рассмотрим схему защиты, приведенную на рис. 29. В цепи электропитания постоянного тока полупроводниковых приборов центрального поста включают два защитных блока ЗБ-1: один в общую цепь питания центрального устройства ЦУ, центрального генератора ЦГ, центрального демодулятора ЦДм и центрального распределителя ЦР; другой — в цепи питания блока памяти БП, усилительных приставок УП и контрольных реле. Такое разделение питания позволяет исключить потерн энергии в ЗБ-1 и повысить эффективность защиты ПП.
В некоторых устройствах роль защитных блоков могут выполнять сглаживающие фильтры выпрямительных установок. Последние должны быть расположены непосредственно у защищаемых ПП. Эффективное действие сглаживающего фильтра может быть увеличено включением на его выходе кремниевого стабилитрона (рис. 30, а).
Рис. 29. Схема защиты полупроводниковых приборов частотной диспетчерской централизации на центральном посту
Рис. 50. Схема включения кремниевых стабилитронов в цепях питания усилителей
В ряде случаев целесообразно один кремниевый стабилитрон Д1 (маломощный) включать на зажимах питания ПП, другой (Д2) — на выходе сглаживающего фильтра (рис. 30,б). Сопротивление резистора R1 выбирается порядка 5—10 Ом. Напряжение стабилизации кремниевого стабилитрона Д2 должно быть на 15—20% выше номинального значения питающей цепи [12, 13]. Иногда кремниевый стабилитрон целесообразно включать параллельно емкости С2 сглаживающего фильтра (рис. 30, в). Вышеприведенные схемы защиты обеспечивают также стабилизацию питающего напряжения. Для ограничения перенапряжений вместо кремниевых стабилитронов могут быть использованы оксидно-цинковые варисторы СН2.
Эффективность применяемых защитных блоков и сглаживающих фильтров следует определять также, используя генератор импульсных напряжений при амплитуде волны 10/500 мкс, равной импульсному напряжению пробоя разрядников РВНШ-250.
Рельсовые цепи
На участках железных дорог с тепловозной тягой рельсовые цепи подвержены, главным образом, воздействиям атмосферных перенапряжений, которые нередко вызывают пробой полупроводниковых вентилей в путевых реле (см. главу I). Токи, обусловливаемые этими перенапряжениями, не опасны для указанных путевых приборов, так как их включают в рельсовые цепи через повышающие трансформаторы малой мощности, волновое сопротивление обмоток которых относительно велико (несколько сотен омов). Поэтому при разработке дополнительного каскада грозозащиты путевых реле с полупроводниковыми вентилями следует только согласовать электрические характеристики приборов защиты с импульсной электрической прочностью полупроводниковых вентилей. Согласование электрических характеристик приборов защиты с токонесущей способностью полупроводниковых вентилей не имеет смысла.
В типовой схеме (рис. 31, а) защиты реле ИМВШ-110 с выпрямителями, собранными из германиевых диодов Д7Г или Д7Ж (их электрическая прочность составляет несколько сотен вольт), предусмотрены два каскада защиты, выполненные на керамических выравнивателях ВК.
Рис. 31. Схемы защиты импульсных ИМВ1Н-110 и нейтральных АНВШ2-24001 путевых реле
Выравниватель ВК-10 (основной каскад) включен параллельно вторичной обмотке релейного трансформатора РТр, т. е. непосредственно в рельсовую колею, а ВК-20 (дополнительный каскад) — параллельно его первичной обмотке. Применение ВК-20 объясняется тем, что из-за токов утечки выравнивателей ВК-10, возникающих под действием более высокого рабочего напряжения, могут быть нарушения работы импульсных рельсовых цепей. Выравниватель ВК-20 имеет по сравнению с ВК-10 более высокое сопротивление и в то же время остающееся напряжение значительно ниже импульсной электрической прочности полупроводниковых вентилей реле (см. главу II, п. 4).
Проведенные ВНИИЖТом испытания показали, что эти схемы защиты снижают возникающие в рельсовые цепях атмосферные перенапряжения в десятки и сотни раз. Их максимальное значение не превышает 70—75 В.
Аналогично защищают от перенапряжений штепсельные реле с выпрямителями АНВШ2-2400 в рельсовых цепях переменного тока с непрерывным питанием (рис. 31,б). В первом каскаде защиты используют выравниватель БК-10, во втором — выравниватель ВОЦШ-110 (см. главу III, п. 7). При выравнивателе ВОЦШ-110 достигаются необходимые условия согласования его остающегося напряжения с импульсной электрической прочностью кремниевых диодов Д205, применяемых в качестве выпрямителей в указанном реле.
В заключение следует отметить, что в последнее время за рубежом для исключения влияния опасных индуцированных напряжений и токов большое внимание уделяется способам прокладки монтажных проводов, экранирования и заземления ПП. В зависимости от допустимого напряжения оборудование подразделяют на неограниченное, силовое, контролирующее и вычислительное. Защита каждого из них должна исключать в нем какие-либо переходные процессы повышенного напряжения. При этом оборудование одного допустимого напряжения можно монтировать на одном стативе, а провода прокладывать на одном кабельросте или в желобе. При необходимости соединения оборудовании с разным допустимым напряжением должны быть применены устройства защиты [12, 13].