Разрядник, Назначение Опции

[EvilWrecker]

Добрый день!

Может ли кто нибудь дать вразумительный ответ на следующий вопрос:

Зачем в подобных изделиях(узип) подключают разрядник между экраном кабеля и землей?

Вы не поверите-кому только не задавал этот вопрос, ответа кроме " разрядник для уравнивания потенциала земли" не получил.Мне очень хочется понять функциональную разницу между вариантами с этим разрядником и без него,т.е необходимость и оправданность такого решения.

[EvilWrecker]

2gte:

bookevg написал практически весь ответ на ваши вопросы, я же попробую еще раз обрисовать на пальцах-максимально примитивно.

1.Действительно в подавляющем большинстве изделий стоят обычные резисторы.В этом устройстве стоят 2Вт-е.И они собсно горят.как ди в друних изделиях.
2.Наиболее качественное и совершенно решение выпускает Bourns- это правда.Здесь речь идет о TBU.
3.ВСЕ резисторы не держат такое напряжение- отчасти потому что они в этих схемах низкоомные,и при таком напряжении ток будет соответствующий.
4.У разрядника одна из ключевых характеристик - du/dt.При грозовых разрядах- т.е при значениях изменения скорости нарастания напряжения около 1кв/мкс эта характеристика определяет дальнейшую судьбу того, что стоит после узипа.
5.Диоды здесь- мост и 2 к защитному это ES1B.Защитный 1.5KE8.2CA.Смысл ставить защитный диод между выпрямительными здесь а не параллельно резисторам(мост выкинуть) мне неясен.30А против 130А в импульсе в пользу 1.5KE8.2CA.
6.Диоды здесь не " режут" то что прошло через резисторы.
7.В этой схеме к клеммнику PE подсоединяется земляной провод 2.5 квадрата и идет на заземление-в страну чудес.Причем выходит это заземление из шкафа с оборудованием и бежит с криками "УРАААААААААА!" прямо к "местному" заземлению.
9.Нет в приемнике никакго барьера, с пробивным напряжением больше чем у этого разрядника(нижний)

А теперь в свете этого повторяю вопрос.Смотрите на схему.

Молния бьет в кабель.Значение du/dt достаточно большое.Разрядник НЕ срабатывает сразу.Как вы думаете что будет с приемником?

Для наиболее сообразительных намекну6что было бы если цепи С(Х1)-С(Х3) не было вовсе а осталась только цепь С(Х1)-С(Х2)?При этом ко всему разрядник FV1 замыкался бы сразу на PE(земляной вывод его) и НИКАКИМ ОБРАЗОМ не соединялся бы с диодами.


Некоторые утверждают что в разрядник в ЭТОЙ(именно этой) схеме защищает от плавающего потенциала земли.Напряжение срабатывания этого разрядника 90В.Теперь посмотрите на узел правее узла подключения этого разрядника.Правильно-там диоды.А ткпкрь скажите мне, что будет если потенциал земли будет скажем 20В?Какие там 220- начнем с малого.А если 100?

[bookevg]

Молния бьет в кабель.Значение du/dt достаточно большое.Разрядник НЕ срабатывает сразу.Как вы думаете что будет с приемником?
Для наиболее сообразительных намекну6что было бы если цепи С(Х1)-С(Х3) не было вовсе а осталась только цепь С(Х1)-С(Х2)?При этом ко всему разрядник FV1 замыкался бы сразу на PE(земляной вывод его) и НИКАКИМ ОБРАЗОМ не соединялся бы с диодами.
Некоторые утверждают что в разрядник в ЭТОЙ(именно этой) схеме защищает от плавающего потенциала земли.Напряжение срабатывания этого разрядника 90В.Теперь посмотрите на узел правее узла подключения этого разрядника.Правильно-там диоды.А ткпкрь скажите мне, что будет если потенциал земли будет скажем 20В?Какие там 220- начнем с малого.А если 100?

Про разрядники
Зарубежные фирмы выпускают разрядники, которые нормированы по рекомендациям ITU - раздел вроде К. Точно не помню номер рекомендации, если надо посмотрю. В этих рекомендациях прописаны нормы срабатывания в зависимости от скорости нарастания du/dt. Мы в свое время (в 2009г.), м.б. одних из первых в России, пробовали ими защищать активные предохранители TBU на 850В фирмы Bourns. Так вот разрядники на 90В срабатывали на около или ниже 800В при импульсе 1.2/50мкс 4кВ и различныхх комбинациях выходного сопротивления генератора.

Исходные данные, которые наверное закладывали разработчики изделия.
В вашем случае наверное используется кабель с оплеткой и хорошей изоляцией сигнальных линий от оплетки.

Недостатки элементов схемы.
Как уже писали, что схема сама по себе не айс, так тут еще с элементами не очень. На защитные диоды есть информация про их поведение на стандартные импульсы большой мощности, а вот на диоды этого нет. Будем считать, что они такие же быстродействующие как защитные и проводят такой же импульсный ток (хотя я думаю, что это не так - корпуса разные у защитных и простых)

Анализ работы схемы - то, что предполагали разрабочики.
Т.о. можно сказать, что перенапряжение и сверхтоки, вызванные грозой, не проникает в сигнальные линии, а распространяются по оплетки. При поступлении сигнала помехи в схему защиты она приводит к срабатыванию грозоразрядника, если не найдет другого пути замыкания, но это уже зависит от качества разводки и примененного разъема, а также как будет стекаться ток на корпус.
Также грозоразрядник FV2 не даст произойти нагреву кабеля из-за разности потенциалов между системами заземлений удаленных друг от друга зданий. Но данная разность не должна превышать 90В * (100% - худшая точность разрядника%) / 100%. Данная схема опасна тем, что если разрядник загорит, то дугу не остановить пока не разорвать соединения с источником, особенно на постоянном токе.

Худший вариант схемы.
Предположим, что помеха (провод-корпус) большой мощности проникает в кабель канала связи как в оплетку, так и в сигнальные линии. Также будем считать, что потенциал помехи относительно корпуса на входе всех клемм разъема X1 одинаковый и имеет положительную полярность. Тогда ток вначале потечет по пути резисторы - мост - защитный диод - диод на корпус - далее на разъем заземления 0 на какой - неизвестно - но точно на тот у которого путь наиболее короткий до точки заземления. По мере роста тока напряжение по приведенной цепи возрастет и вызовет срабатывание грозоразрядника, только резисторы д.б. рассчитаны т.о., чтобы при заданном du/dt они создали напряжение достаточное для включения разрядника. Для 90В при 4кВ 1.2/50 - это будет 800В. Пусть диоды дают вольт 20-30, то остальное 880-870 на резисторах. Тогда, если резистор 10 Ом - это будет 880В/10 Ом = 88А и они должны выдержать импульс мощностью 77400 Вт. Я думаю все сгорит.

Что можно сделать
Попытаться уменьшить напряжение срабатывание разрядника FV1 - хотя бы 60 и 40В.

Пожелания
В вашей схеме было бы хорошо если нижние диоды (VD3 и VD7) сидели на X1-C, т.о. напряжение сигнальных линий до корпуса равно двум напряжениям разрядника.

Изюминка активных предохранителей TBU состоит в том, что вначале работают защитные диоды, ток, протекающий через TBU, нарастает и происходит его срабатывание, что приводит к резкому появлению напряжения на разряднике и его открыванию. Длительность работы схемы TBU- защитный диод около 100нс, далее разрядник, хотя TBU часть отсасывает, но мизер.

У Вас что то с логикой. Из обычно никак не вытекает нельзя.
Если Вы подключаете между зданиями и не можете проложить соответствующий провод уравнивания потенциала, то надо использовать оптику, а не заниматься херней.
Вместо обычно, могу сослаться на Profibus DP для которого рекомендуется провод уравнивания от 10 квадратов (внутри здания). Могу добавить, что знаю примеры выхода оборудования из строя при несоблюдении этой нормы. Как раз между зданиями. С кабелем связи закопанным в землю.

Обычно здесь было приписано к рабочему напряжению канала связи.
Если не нравиться, то смотрите таблицу и выбираете себе испытательное напряжение изоляции.
Далее вы как СУПЕР спец - можете делать что хотите, а для меня это одно из требований, которое означает, ЧТО НЕЛЬЗЯ сажать "общий" канала связи на точку заземления.
Вот как раз Сименс и сделал руководство для не очень грамотных специалистов, которые изобретают не по правилам и приводят к порче оборудования. Сименс все делает продуманно. Я был на многих цементных заводах, где стоит немецкое репара́ционное оборудование 20-30 г. прошлого века.
А насчет херни - можно вообще ничего не делать, а только нефть и газ продавать. Надо просто решать проблему, конечно я понимаю, что не у всех есть специфическое оборудование. У нас есть и нам не страшны уравнительные токи между зданиями, соответственно нет необходимости уравнивать потенциал провода. Способны выдержать 2кА, а если надо, то можем и 5кА сделать - как рекомендуте ITU.K21.
А насчет оптики в принципе согласен, т.к. она способна решить проблему устойчивости к нс помехам и устранить проблемы со стеком Ethernet, вызванные возможными ретрансами. А по RS485 можно достичь такого, что объем потерянных данных будет только 5%, ровно столько сколько длиться нс помеха при испытаниях, что соответствует требования ITU к критериям функционирования тракта связи.

[EvilWrecker]

Про разрядники
Зарубежные фирмы выпускают разрядники, которые нормированы по рекомендациям ITU - раздел вроде К. Точно не помню номер рекомендации, если надо посмотрю. В этих рекомендациях прописаны нормы срабатывания в зависимости от скорости нарастания du/dt. Мы в свое время (в 2009г.), м.б. одних из первых в России, пробовали ими защищать активные предохранители TBU на 850В фирмы Bourns. Так вот разрядники на 90В срабатывали на около или ниже 800В при импульсе 1.2/50мкс 4кВ и различныхх комбинациях выходного сопротивления генератора.

Исходные данные, которые наверное закладывали разработчики изделия.
В вашем случае наверное используется кабель с оплеткой и хорошей изоляцией сигнальных линий от оплетки.

Недостатки элементов схемы.
Как уже писали, что схема сама по себе не айс, так тут еще с элементами не очень. На защитные диоды есть информация про их поведение на стандартные импульсы большой мощности, а вот на диоды этого нет. Будем считать, что они такие же быстродействующие как защитные и проводят такой же импульсный ток (хотя я думаю, что это не так - корпуса разные у защитных и простых)

Анализ работы схемы - то, что предполагали разрабочики.
Т.о. можно сказать, что перенапряжение и сверхтоки, вызванные грозой, не проникает в сигнальные линии, а распространяются по оплетки. При поступлении сигнала помехи в схему защиты она приводит к срабатыванию грозоразрядника, если не найдет другого пути замыкания, но это уже зависит от качества разводки и примененного разъема, а также как будет стекаться ток на корпус.
Также грозоразрядник FV2 не даст произойти нагреву кабеля из-за разности потенциалов между системами заземлений удаленных друг от друга зданий. Но данная разность не должна превышать 90В * (100% - худшая точность разрядника%) / 100%. Данная схема опасна тем, что если разрядник загорит, то дугу не остановить пока не разорвать соединения с источником, особенно на постоянном токе.

Худший вариант схемы.
Предположим, что помеха (провод-корпус) большой мощности проникает в кабель канала связи как в оплетку, так и в сигнальные линии. Также будем считать, что потенциал помехи относительно корпуса на входе всех клемм разъема X1 одинаковый и имеет положительную полярность. Тогда ток вначале потечет по пути резисторы - мост - защитный диод - диод на корпус - далее на разъем заземления 0 на какой - неизвестно - но точно на тот у которого путь наиболее короткий до точки заземления. По мере роста тока напряжение по приведенной цепи возрастет и вызовет срабатывание грозоразрядника, только резисторы д.б. рассчитаны т.о., чтобы при заданном du/dt они создали напряжение достаточное для включения разрядника. Для 90В при 4кВ 1.2/50 - это будет 800В. Пусть диоды дают вольт 20-30, то остальное 880-870 на резисторах. Тогда, если резистор 10 Ом - это будет 880В/10 Ом = 88А и они должны выдержать импульс мощностью 77400 Вт. Я думаю все сгорит.

Что можно сделать
Попытаться уменьшить напряжение срабатывание разрядника FV1 - хотя бы 60 и 40В.

Пожелания
В вашей схеме было бы хорошо если нижние диоды (VD3 и VD7) сидели на X1-C, т.о. напряжение сигнальных линий до корпуса равно двум напряжениям разрядника.

Изюминка активных предохранителей TBU состоит в том, что вначале работают защитные диоды, ток, протекающий через TBU, нарастает и происходит его срабатывание, что приводит к резкому появлению напряжения на разряднике и его открыванию. Длительность работы схемы TBU- защитный диод около 100нс, далее разрядник, хотя TBU часть отсасывает, но мизер.

Неужели я дождался адекватного и вразумительного комментария

По теме

1.Скажите, разрядники какой фирмы вы использовали в тестах?
2.Какой префикс был у тбу в тестовых образцах?А лучше полное название даже
3.Диоды ES1B очень слабые для этго применения.Проводят они в несколько раз меньший импульсный ток нежели твс.
4.Оглядываясь на замечание о скорости срабатывания разрядника и на то что в этом устройстве стоят довольно медленные эпкосы, действительно ли можно утверждать, что при попадании разряда на оплетку разность потенциалов между С(Х1-Х3) и РЕ составит более сотни вольт, прежде чем сработает разрядник FV2?
5.Можно ли утвердать что вместо этого моста нужно было поставить 2 мощных твс параллельно каждой линии?
6.Можно ли утвержать что по причине гальванической связи земляной ного разрядника FV1 и сигнальных цепей а также того, что между сигнальным цепями и землей не выравнивается потенциал(в этой схеме) то в легко предсказуемых обстоятельствах потенциал в несколько десятков вольт может возникнуть в каскаде тонкой защиты сигнальных цепей?
7.Можно ли утверждать что лучше бы земляная нога разрядника FV1 шла сразу в цепи земли?
8.Можно ли утверждать что лучше бы оплетка кабеля замыкалась сразу на разрядник FV2 без соединения выводов С в Х1 и Х3- т.е из С(Х1) сразу на РЕ?
9.Помехи с твс,если поставить по парочке параллельно сигналкам,идут сразу на землю, потенциал которой может изменится.Иногда- очень изменится .Очевидно что разрядник включенный сюда в разрыв цепи неуместен т.к в этом случа пробивное напряжение твс ниже напрряжения срабатывания разрядника.Возможно ли использовать в этом лсучае диод с большим обратным напряжением, смещенным обратно по отношению к земле?По идее, максимум что возможно в этом случае-твс не будут работать т.к начнет работать цепь диодного ограничителя.
10.Про худший вариант схемы- да вы правы, все именно так в этом устройстве и происходит за исключением одного:все описанное вами проявляется в намного меньших значениях импульсных помех, абсолютно несопоставимых с грозой .А резисторы в этих узипах- 1.5Ом.
11.Что вы можете еще сказать про тбу в рамках этой темы?Судя по предыдущему посту, у вас уже имеется некоторый опыт использования этих устройств- каков он?)

[bookevg]

1.Скажите, разрядники какой фирмы вы использовали в тестах?

Стандартные 3-выводные от Bourns

2.Какой префикс был у тбу в тестовых образцах?А лучше полное название даже

C850-260-WH, но их уже не рекомендует - замена из серии TBU-CA085-300-WH

4.Оглядываясь на замечание о скорости срабатывания разрядника и на то что в этом устройстве стоят довольно медленные эпкосы, действительно ли можно утверждать, что при попадании разряда на оплетку разность потенциалов между С(Х1-Х3) и РЕ составит более сотни вольт, прежде чем сработает разрядник FV2?

да, смотрите описание вашего разрядника, найдите уровень срабатывания при определенном du/dt. Вообще медленные не эпкосы, а дуга будем загораться при различных напряжения в зависимости от скорости нарастания напряжения.

5.Можно ли утвердать что вместо этого моста нужно было поставить 2 мощных твс параллельно каждой линии?

Да, так и надо - один на X3-A, а другой на X3-B

6.Можно ли утвержать что по причине гальванической связи земляной ного разрядника FV1 и сигнальных цепей а также того, что между сигнальным цепями и землей не выравнивается потенциал(в этой схеме) то в легко предсказуемых обстоятельствах потенциал в несколько десятков вольт может возникнуть в каскаде тонкой защиты сигнальных цепей?

Потенциал в несколько десятков вольт может возникнуть в зависимости от того насколько приподнимется напряжение на защитном диоде и диодном мосте в зависимости от проводимого тока.
Связь между FV1 и защитой на резисторы-диодный мост-защитный диод д.б., просто их общая точка посажена на прямую к точке заземления, а вот у оплетки она посажена через свой FV2, что и и дает помехи выбирать по какому пути замкнуться на точку заземления. Вы не д.были давать ей такой выбор. На вашем месте я бы сделал так: оставил FV1, оставил резисторы (или заменил на TBU), поставил бы два защитных диода на X3-A и X3-B - среднюю точку FV1 и общие точки защитных диодов соединил вместе - это назвал бы "общим" канала связи, к этой "общей" бы посадил X1-C, а куда посадить X3-C зависит от дальнейшего использования и как выполнен тракт защищаемого оборудования. "Общий" канал связи соединить через варистор с точкой заземления X2-1,2 и X4-1,2.

7.Можно ли утверждать что лучше бы земляная нога разрядника FV1 шла сразу в цепи земли?

Так ведь она у вас туда и идет.

8.Можно ли утверждать что лучше бы оплетка кабеля замыкалась сразу на разрядник FV2 без соединения выводов С в Х1 и Х3- т.е из С(Х1) сразу на РЕ?

зависит от дальнейшего использования и как выполнен тракт защищаемого оборудования

9.Помехи с твс,если поставить по парочке параллельно сигналкам,идут сразу на землю, потенциал которой может изменится.Иногда- очень изменится .Очевидно что разрядник включенный сюда в разрыв цепи неуместен т.к в этом случа пробивное напряжение твс ниже напрряжения срабатывания разрядника.Возможно ли использовать в этом лсучае диод с большим обратным напряжением, смещенным обратно по отношению к земле?По идее, максимум что возможно в этом случае-твс не будут работать т.к начнет работать цепь диодного ограничителя.

Поэтому не надо защитные диоды сажать на точку заземления, т.к. ее потенциал может изменяться даже в отсутствии помех со стороны сигнальных линий. Суть твс - это продержаться до срабатывания разрядника. Вообще вопрос по данному пункту я до конца не понял.

11.Что вы можете еще сказать про тбу в рамках этой темы?Судя по предыдущему посту, у вас уже имеется некоторый опыт использования этих устройств- каков он?)

Опыт положительный. Время срабатывания достигает сотни нс. И при его помощи получается хорошо защищать драйвера или трансы. Уже используем во всю.