Obserwacja zachowania różnego rodzaju układów ograniczających przepięcia w systemach przesyłu sygnałów.

Celem ćwiczenia była obserwacja zachowania różnego rodzaju układów ograniczających przepięcia w systemach przesyłu sygnałów Układy te są stosowane w celu minimalizacji skutków uderzenia pioruna w sąsiedztwie lub też bezpośrednio budynek w którym znajduje się jakaś instalacja elektryczna, zabezpieczając tym samym stopnie wejściowe aparatury elektronicznej.

Pomiary charakterystyk amplitudowych ograniczników różnych typów.
Pomiary przeprowadzaliśmy w układzie jak na rysunku:

Dokonaliśmy pomiarów wartości międzyszczytowych napięć sinusoidalnie zmiennych na wejściach i wyjściach badanych ograniczników i na tej podstawie wyznaczyliśmy charakterystyki tłumienia tych układów w funkcji częstotliwości. Badaliśmy następujące typy ograniczników:

1- telefoniczny
2-DGA FF TV
3-PLUGTRAB PT2x2 24DC-ST
4-FLD24
5-BD250



Analizując kształt charakterystyki częstotliwościowej można dojść do wniosku, że niektóre z tych ograniczników, mimo iż są układami pasywnymi, generują napięcie w pewnym zakresie częstotliwości, o czym świadczy dodatni stosunek napięcia wyjściowego do wejściowego Ku >1. Przyczyną tego stanu rzeczy może być fakt występowania rezonansu na pewnych częstotliwościach pracy takiego elementu, zawiera on wszakże pewne indukcyjności i pojemności w swej strukturze, lecz bardziej prawdopodobny wydaje nam się fakt wpływu użycia różnej długości przewodów, co w przypadku przeprowadzania pomiarów w tak wysokich częstotliwościach ma niebagatelne znaczenie, po prostu na końcach przewodów napięcia są w różnych fazach i oscyloskop może je błędnie interpretować.
Znajomość charakterystyk częstotliwościowych w przypadku ograniczników umieszczanych na liniach sygnałowych jest niezbędna, nie możemy dopuścić bowiem do sytuacji, że urządzenie ochronne będzie miało jakikolwiek wpływ na pracę systemu w warunkach codziennych, a to miałoby miejsce w sytuacji, gdy częstotliwość graniczna ogranicznika byłaby mniejsza niż widmo sygnałów roboczych systemu chronionego. Podobne relacje muszą zachodzić również w przypadku napięcia. Napięcie ciągłej pracy ogranicznika musi być większe niż spodziewane sygnały występujące na danej linii sygnałowej, aby nie były one tłumione.

Pierwszy z badanych przez nas ograniczników jest przeznaczony do pracy w sieciach telekomunikacyjnych. Jego charakterystyka częstotliwościowa ma kształt:

Jak widać na powyższym wykresie, charakterystyka jest płaska przedziale do około 5GHz, więc ten element nie powinien wpływać na parametry sieci telefonicznej podczas jej normalnej pracy. Następnym punktem ćwiczenia było zbadanie odpowiedzi na udar napięciowy 1,2/50 zrealizowany w układzie jak na rysunku:

Zmienialiśmy amplitudę udaru i staraliśmy się wyłapać poziom, przy którym zaczyna on pracować. Poniższy przebieg czasowy obrazuje moment zadziałania iskiernika wykorzystanego do budowy tegoż ogranicznika- przebieg wejściowy i wyjściowy. Na oscylogramie widoczne jest, że przy napięciu wejściowym ok 600V iskiernik zaczyna przewodzić, w efekcie czego napięcie na wyjściu elementu zabezpieczającego gwałtownie maleje- poprzez wytworzony łuk elektryczny o bardzo niskiej rezystancji napięcie udarowe jest sprowadzane niemalże do zera.

Zarejestrowaliśmy również odpowiedź ogranicznika na udar o amplitudzie 900V, zamieszczony poniżej:

W tym przypadku układ zadział znacznie szybciej, co jest związane z tym, ze skoro była większa amplituda udaru, a czas ten sam, to musiał on szybciej narastać, i w efekcie reakcja iskiernika również nastąpiła szybciej. Ten ogranicznik nie powinien zakłócać pracy sieci telefonicznej, gdyż napięcie panujące na zaciskach przewodu dołączonego do abonenckiego telefonu wynosi 60VDc w stanie spoczynku, 10VDC podczas rozmowy, a podczas dzwonienia na 60VDC jest nakładana sinusoida 90VAC o częstotliwości 25Hz, więc owe 600V nie spowoduje zakłócenia pracy telefonu ( w skrajnej sytuacji napięcie na zaciskach aparatu telefonicznego wynosi 150V)

DGA FF TV jest pierwszym urządzeniem ochrony przepięciowej do systemów antenowych 75 Ω w technice modułowej ze zintegrowanym wejściem pomiarowym do testowania instalacji.
Pokrywa szeroki zakres częstotliwości w instalacjach TV i TV- Sat.

Zbudowany jest on, według danych producenta, z m. in. warystora, wg schematu:



Jego charakterystyka częstotliwościowa, wyznaczona przez nas, ma kształt:

Widać na tym wykresie, ze ogranicznik zachowuje się, jakby wzmacniał sygnał wejściowy, lecz to jest oczywiście niemożliwe, i jak już wcześniej napisaliśmy, wydaje się nam, że odpowiedzialnym za ten stan rzeczy jest fakt użycia przewodów o różnej długości, które ponadto wykazują różną tłumienność dla różnych częstotliwości. W każdym razie, w przedziale sygnałów telewizji naziemnej, tj do 1GHz tłumienność jest w granicach 0 dB, czyli nie wpływa na jakość odbieranych stacji.


Tak jak i poprzedni, ten ogranicznik również został poddany działaniu udaru napięciowego. Otrzymaliśmy następujące oscylogramy:

Zabezpieczenie zadziałało już przy udarze o amplitudzie 300V, co jest zresztą zgodne z danymi podanymi przez producenta, który podaje, że poziom ochrony żyła/ekran jest mniejszy niż 300V. Warystor działa wolniej niż iskiernik, w związku z czym eliminowanie przepięcia następowało wolniej niż w przypadku iskiernika umieszczonego w poprzednim układzie. Zwiększenie amplitudy udaru do 800V nie wpłynęło na szybkość zadziałania warystora, czas potrzebny do stłumienia przepięcia był w przybliżeniu taki sam.

Jest to ochronnik przepięciowy montowany na szynie DIN, przeznaczony do chronienia układów sygnałowych. Instalowany bezpośrednio przed chronionym obiektem. Wartość znamionowa odprowadzanego prądu przepięciowego wynosi 10 kA przy kształcie impulsu 8/20 μs.



Charakterystyka częstotliwościowa tego ogranicznika jest przedstawiona na powyższym wykresie. Wynika z niej, ze ogranicznik ten jest przeznaczony do pracy z szybkimi sygnałami nawet kilkugigahercowymi. o jego klasie świadczyć może choćby i cena, która wynosi w jednym ze sklepów internetowych 513zł za sztukę- dotyczy samego wkładu. Z wykresu czasowego odpowiedzi na udar napięciowy, umieszczonego na następnej stronie, można wnioskować o złożonej, kilkustopniowej budowie wewnętrznej ogranicznika, który zaczynał przewodzić już przy 400-450V.

Po zwiększeniu amplitudy napięcia udarowego do 500V obserwowaliśmy ze skróceniu uległ czas, po którym ogranicznik zaczynał pełnić swą rolę, ponadto napięcie na wyjściu było jeszcze niższe niż przy wymuszeniu udarem o amplitudzie 450V

Kolejnym badanym przez nas układem ograniczającym przepięcia był FLD 24. Niestety nie mogliśmy przeprowadzić badań do końca, gdyż okazało się, że jest on uszkodzony, o czym świadczy jego charakterystyka częstotliwościowa- tłumienie wynosiło 50dB w całym pasmie pracy- praktycznie nie przenosił sygnału z wyjścia na wejście.

Ostatnim przebadanym przez nas ogranicznikiem był BD250, którego charakterystykę częstotliwościową umieszczamy poniżej:

Ten ogranicznik zaczynał przewodzić przy napięciu 600V, co widać na poniższym oscylogramie,

a przy większym np. 900V jeszcze szybciej działał, zapewne z powodu szybszego osiągnięcia przez udar wartości napięcia załączenia, co zostało zobrazowane na następnej stronie:

Wnioski:

Ograniczniki pełnią ważną rolę w ochronie przeciwprzepięciowej, jednak należy pamiętać aby używać odpowiednich typów do konkretnych zastosowań, o czym już zresztą wcześniej wspomnieliśmy.
Przebadane ograniczniki dobrze pełniły swą rolę, oprócz oczywiście tego jednego niedziałającego, parametry nie odbiegały znacząco od tych podanych przez producentów.