ОГРАНИЧИТЕЛЬ ВНУТРЕННИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК H02H9/06 H02H9/04 

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью от внутренних перенапряжений.

Известны вентильные разрядники для защиты от перенапряжений, включаемые между фазным проводом и землей и содержащие искровые промежутки с последовательно соединенными нелинейными резисторами [1]
Однако из-за высокого уровня пробивного напряжения они не обеспечивают защиты от внутренних перенапряжений большой длительности, а сопровождающий ток может привести к нарушению теплового баланса нелинейных резисторов.

Известны также нелинейные ограничители перенапряжений, в которых удается отстроиться от сопровождающего тока промышленной частоты [2] Однако эти ограничители разрушаются при длительном воздействии перенапряжений, имеющих место при дуговых замыканиях на землю.

Известны ограничители перенапряжений (ОПН), выполненные из ряда последовательно соединенных оксидноцинковых резисторов, и включаемые между фазным проводом и землей [3]
В таких ограничителях ток, протекающий через резисторы при номинальном фазовом напряжении составляет милиамперы, что обеспечивает термическую стойкость резисторам. Однако нелинейные резисторы ОПН имеют ограниченную пропускную способность. При длительном воздействии перенапряжений они могут выйти из строя вследствие длительного протекания через резисторы тока, превышающего допустимые значения. Поэтому количество последовательно включенных резисторов выбирают с учетом максимально возможных напряжений на ОПН. При этом ухудшаются защитные характеристики ОПН.

Наиболее близким к изобретению является устройство ограничения перенапряжения, содержащее три нелинейных резистора, подключенных своими первыми выводами к соответствующим фазам сети, вторые выводы резисторов соединены в звезду, нейтраль которой заземлена через искровой промежуток параллельно которому включен безиндуктивный элемент, имеющий линейную вольтамперную характеристику [4]
Недостатком такого устройства является наличие элемента с линейной вольтамперной характеристикой, что приводит к ухудшению вольтамперной характеристики (ее завышению) устройства и требует применения последовательных искровых промежутков. Кроме того, при длительных воздействиях напряжений рабочей частоты, превышающих максимальное фазное напряжение сети, нелинейные резисторы могут выйти из строя вследствие протекания через них длительного тока выше допустимого.

Цель изобретения повышение надежности устройства и снижение тепловых нагрузок на оксидноцинковые резисторы.

Указанная цель достигается тем, что устройство защиты от перенапряжений выполняется в виде двух независимых звезд, каждая из которых содержит две группы оксидноцинковых резисторов, первые из которых выбираются на начальное пробивное напряжение 0,6 от линейного напряжения сети (U_Л) и подключаются одним выводом в фазу сети, а другим образуют общую точку звезды к которой подключается резистор второй группы, выбираемый на напряжение 0,6 U_Л и соединенный с землей. Кроме того, с целью получения эффекта поляризации и за счет этого снижения токовых нагрузок на оксидноцинковые резисторы, в каждую из двух независимых звезд включены три последовательных диода.

Резистор фазы A первой звезды подключен к аноду первого диода этой звезды, а резистор этой же фазы второй звезды подключен к катоду первого диода второй звезды; резистор фазы B первой звезды подключен к общей точке, образованной катодом первого диода и анодом второго диода первой звезды, резистор фазы B второй звезды подключен к общей точке, образованной анодом первого диода и катодом второго диода второй звезды; резистор фазы C первой звезды подключен к общей точке, образованной катодом второго и анодом третьего диодов первой звезды, а резистор фазы C второй звезды подключен к общей точке, образованной анодом второго и катодом третьего диода второй звезды, катод третьего диода первой звезды соединен с резистором второй группы первой звезды, а анод третьего диода второй звезды с резистором второй группы этой звезды; вторые выводы резисторов второй группы обоих звезд объединены в общую точку и присоединены к земле.

В результате применения двух независимых звезд снижается токовая нагрузка на оксидноцинковые резисторы, так как каждая звезда пропускает ток при перенапряжениях разной полярности.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого защитного устройства.

Устройство защиты от перенапряжений содержит первую группу столбов оксидноцинковых резисторов 1, 2, 3, 4, 5, 6, вторую группу столбов оксидноцинковых резисторов 7, 8, диоды 9, 10, 11, 12, 13, 14.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем режиме, когда напряжение в фазах сети равно номинальному или незначительно превышает его, сопровождающие токи через первые и вторые группы столбов резисторов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 не протекают, так как к оксидноцинковым резисторам не приложено достаточного напряжения и диоды 9, 10, 11, 12, 13, 14 заперты. При проявлении повышенного напряжения в положительной полуволне фазы A относительно земли (>1,2U_Л) или фаз B и C открываются соответствующие диоды 9, 10, 11 и через резисторы 1, 2, 3, 7 гасится возникшее перенапряжение относительно земли или фаз B и C. При снижении напряжения по синусоиде до значения 1,2U_Л, ток в диодах 9, 10, 11 вследствие нелинейных характеристик оксидноцинкованных резисторов 1, 2, 3, 7 протекать не будет.

При появлении повышенного напряжения в отрицательной полуволне фазы A относительно земли или фаз B и C (>1,2U_Л) в работу вступают соответствующие диоды 12, 13, 14 и резисторы 4, 5, 6, 8, а процесс гашения происходит аналогичным образом как и в положительной полуволне.

При появлении повышенного напряжения в положительной полуволне фазы B относительно земли или фаз A и C открываются соответствующие диоды 10, 11, 12 и перенапряжения гасятся через резисторы 2, 3, 5, 6, 7, а при отрицательной полуволне фазы B относительно земли и фаз A, C перенапряжения гасятся через диоды 9, 13, 14 и резисторы 1, 2, 4, 5, 8.

При появлении перенапряжений в положительной полуволне фазы C относительно земли или фаз A и B открываются соответствующие диоды 11, 12, 13 и перенапряжения гасятся через резисторы 3, 4, 5, 6, 7, а в отрицательной полуволне фазы C относительно земли или фаз A и B перенапряжения гасятся через диоды 9, 10, 14 и резисторы 1, 2, 3, 4, 8.

Во все цепи гашения перенапряжений, кроме диодов и резисторов, включаются обмотки фаз генераторов, трансформаторов, активно-индуктивные сопротивления сети.

Использование: в электроэнергетике и предназначено для защиты трехфазных электрических сетей с изолированной нейтралью от внутренних перенапряжений. Сущность: устройство выполняется в виде двух независимых звезд, каждая из которых содержит две группы оксидноцинковых резисторов, выбираемых на пробивное напряжение 0,6 от линейного напряжения сети. Первая группа резисторов подключается одним выводом в фазу сети, а другим образует общую точку звезды, к которой подключается резистор второй группы, вторым выводом соединенный с землей. Для получения эффекта поляризации в каждую из независимых звезд включены три последовательных диода. Цель - снижение количества оксидноцинковых резисторов, повышение надежности устройства и снижение тепловых нагрузок на резисторы. 1 ил.

Ограничитель внутренних перенапряжений в трехфазных сетях с изолированной и компенсированной нейтралью, содержащей первые три оксидноцинковых резистора, подключенные первыми выводами к соответствующим фазам сети, вторые выводы соединены в первую звезду, отличающийся тем, что в него введены вторые три оксидноцинковых резистора, первые выводы которых подключены к фазам сети, вторые выводы соединены во вторую звезду, нейтрали первой и второй звезд заземлены соответственно через третий и четвертый оксидноцинковые резисторы, шесть диодов, причем второй вывод резистора фазы А первой звезды подключен к аноду первого диода, второй вывод резистора фазы В первой звезды подключен к катоду первого диода и аноду второго диода, второй вывод резистора фазы С первой звезды подключен к катоду второго диода и аноду третьего диода, катод которого подключен к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого заземлен, второй вывод фазы А второй звезды подключен к катоду четвертого диода, второй вывод резистора фазы В второй звезды подключен к аноду четвертого диода и катоду пятого диода, второй вывод резистора фазы С второй звезды подключен к аноду пятого диода и катоду шестого диода, анод которого подключен к первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого заземлен.