3. Особенности защиты различных видов оборудования

Защита линейного тракта.Традиционным способом защиты кабеля от ударов молнии является заземлении металлической оболочки, а также прокладка грозозащитных тросов параллельно кабелю. На защищенность кабельной линии влияют такие факторы, как сопротивление грунта, рельеф местности, по кото­рой проложена трасса, наличие близко расположенных деревьев, опор ЛЭП и т. п. При использовании только одних этих мер защиты кабеля нельзя избежать основных причин на­рушения нормальной работы систем передачи – по­вреждений регенераторов и аварийного отключения дистанционного питания.

Причиной повреждений оборудования линейных трактов первичной сети, как правило, являются удары молнии, причем опасны не только прямые воздействия на кабель, но и высотные разряды между облаками. Линии систем передачи составляют очень разветвленную сеть. Они часто попадают в зону влияния ЛЭП, поэтому заметную долю неисправностей линейного оборудования составляют повреждения от наводок на жилы кабеля при коммутации в электросетях. Эти воздействия относятся к разряду импульсных.

На первичных сетях используются различные типы систем передачи. Многие из них совсем не обо­рудованы устройствами защиты от перенапряжений, другие имеют заводскую защиту, расположенную обычно на плате регенера­тора, которая часто оказывается недостаточно эффективной. В итоге во время грозового сезона наблюдается массовый выход из строя регенерационного и оконечного оборудования, при применении внешних устройств защиты количество повреждений уменьшается на порядок. Защиту линий связи от ударов молнии согласно ГОСТ 27149-86 необходимо производить, если плотность повреждений превышает 1 повреждение на 1000 км трассы в год. Согласно рекомендации ITU K.15, необходимо осуществлять необходимые мероприятия по защите на входе и выходе промежуточного, а так же входе оконечного оборудования систем передачи.

Рассмотрим функциональную схему защиты регенера­тора (см. рисунок 4.12). Большинство из находящихся сегодня в эксплуатации систем ИКМ-15, ИКМ-30 и ИКМ-120 выполнено именно таким образом.

Рис. 4.12: Схема защиты линейного регенератора.

Между обмотками и средними точками линейных транс­форматоров, а также параллельно приемнику дистанцион­ного питания, включены газонаполненные разрядники. Они предназначены для выравнивания потенциалов между раз­личными точками схемы, однако не выполняют основной функции защиты – выравнивания потенциалов относитель­но земли. Если эту схему несколько изменить и установить вместо двухэлектродных разрядников трехэлектродные, подключив их третий электрод к заземлению, вероятность повреждения только возрастет, так как создается дополнительный путь прохождения импульсов помехи через схему регенера­тора на землю.

Чтобы исключить этот эффект, подключенное к заземлению за­щитное устройство должно быть вынесено на некоторое расстояние от электронных схем. В линейно-аппаратных залах защита может устанавливаться на магистральных боксах, вводных стойках или кроссах. В регенераторах за­щитные устройства должны подключаться в местах ввода линейных кабелей, а их конструкция — обеспечивать удоб­ный монтаж, замену, проведение измерений и надежный электрический контакт в цепи. Такие устройства получили название модулей защиты.

Схемы модулей защиты систем передачи ИКМ-15, ИКМ-30 и ИКМ-120 различных модификаций представлены на рисунках 4.13. - 4.15.

Рис. 4.13. Однокаскадная схема Рис. 4.14. Двухкаскадная схема

модуля защиты. модуля защиты.

Рис. 4.15. Схемы модулей защиты, использующих варисторы.

На Рис. 4.13 представлена однокаскадная схема защитного устройства выполненная на трехэлектродном разряднике. На Рис. 4.14 представлена двухкаскадная схема, первый каскад - на трехэлектродном разряднике, второй – на варисторах с небольшой емкостью. В схемах, представленных на Рис. 4.15, в цепь заземления включается варистор, служащий для гашения дуги в разряднике, возможность возникновения которой определяется величиной напряжения дистанционного питания (ДП). Все схемы обеспечивают защиту от импульсных перенапряжений, вызванных грозой, ЛЭП и электрифицированным транспортом. Двухкаскадные схемы защиты предпочтительнее использовать для защиты систем передачи, собранных на современной элементной базе с использованием микросхем. Однако, следует учитывать тот факт, что двухкаскадная схема, за счет емкости варисторов, вносит в линию большие искажения, чем однокаскадная, и ее использование на регенерационных участках предельной длины может привести к появлению дополнительных ошибок в сигнале.

Защитные устройства с дугогасящим варистором, представленные на рис. 4.15, применяются, если напряжение ДП между проводами больше напряжения погасания дуги разрядника (150 В), иначе дуговой разряд, возникший под действием импульсного перенапряжения, будет поддерживаться за счет напряжения ДП, что приведет к выходу разрядника из строя.

Представленные выше защитные устройства можно применять и для защиты цифровых систем передачи с линейными сигналами семейства xDSL, если регенерационные участки имеют длину, меньшую предельно допустимой. Установка подобного устройства на участке, длина которого близка к максимальной, может привести к появлению ошибок в линейном сигнале. В последнее время появились устройства защиты, разработанные специально для xDSL трактов, выполненные на основе многоразовых элементов токовой защиты, такие элементы вносят минимальные искажения в сигнал и более предпочтительны для использования в системах с многоуровневым линейным сигналом.

Многокаскадные схемы устройств защиты телекоммуникационного оборудования. Опыт разработки и эксплуатации устройств защиты аппаратуры связи при помощи газонаполненных разрядников показал, что существенное влияние на время их срабатывания оказывает частота воздействующего напряжения. Преобладание высокочастотных составляющих напряжения грозового разряда замедляет срабатывание разрядника. В то же время импульс перенапряжения, минуя разрядник, проходит через входной трансформатор защищаемого устройства (наиболее типичным случаем можно считать регенератор) и попадает на его входные цепи. Скорость нарастания напряжения для импульса треугольной формы с амплитудой 5 кВ и временем нарастания переднего фронта 10 мкс (штатные параметры испытательного сигнала для проверки кабельных линий аппаратуры связи) составит 500 В/мкс. При задержке зажигания газонаполненного разрядника порядка нескольких микросекунд (такая величина подтверждается результатами испытаний) на входные элементы может поступить импульс соответствующей длительности с амплитудой, превышающей 500 в, что вполне достаточно для полного их разрушения.

Выход из создавшегося положения состоит в использовании многокаскадной схемы защиты. Она может включать в себя как газонаполненные разрядники в первой ступени (включённые, например, в первичную обмотку входного или во вторичную обмотку выходного трансформатора линейного регенератора), так и полупроводниковые приборы второго каскада (включённые параллельно вторичной обмотке входного или первичной обмотке выходного трансформатора линейного регенератора).

Безусловным преимуществом полупроводниковых приборов является малое время срабатывания, которое определяется величиной барьерной и диффузионной ёмкостей n-p перехода и активным сопротивлением материала диодов. Оптимизация полупроводниковых устройств защиты сводится, в основном, к уменьшению их ёмкости и активного сопротивления. Помимо уменьшения времени срабатывания, снижение ёмкости предотвращает возможные искажения формы импульсов информационного сигнала.

В качестве защитных устройств второго каскада часто используются цепочки последовательно соединённых полупроводниковых стабилитронов и точечных диодов. Две такие параллельно включённые цепи с встречным расположением элементов, уменьшают амплитуду импульса до величины напряжения стабилизации. Точечные диоды служат для уменьшения суммарной ёмкости схемы.

Другим вариантом построения полупроводниковых каскадов защиты является схема диодного моста с включённым в его диагональ двусторонним стабилитроном. Такое включение обеспечивает многократное уменьшение суммарной ёмкости диодов, увеличение электрической прочности схемы и удовлетворительную величину суммарных потерь в открытых диодах.

В настоящее время по данному принципу строятся специализированные полупроводниковые приборы, защищающие входы аппаратуры от возможных перенапряжений. Существуют полупроводниковые диоды, обеспечивающие рассеивание значительной мощности в процессе гашения перенапряжений. Такие диоды могут совмещать функции первого и второго каскадов защиты.

В качестве последних ступеней защиты в ряде случаев используются точечные диоды, шунтирующие переход база-эмиттер входных транзисторов (или соответствующих структур в составе входных микроэлектронных схем). Такое включение не искажает форму импульсов входного сигнала, но в то же время несколько повышает электрическую прочность входных цепей.

При всём многообразии вариантов организации защиты, в любом случае, выбор вариантов схемы защиты при заказе оборудования остаётся за операторами связи и требует грамотного инженерного подхода со стороны их эксплуатационных служб.