УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2004 года по МПК H02H9/04 H01C7/12 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для защиты электрооборудования электрических сетей от перенапряжений, преимущественно грозовых.

Известен способ защиты от перенапряжений, вызванных грозовыми импульсами в электрической сети, заключающийся в уменьшении амплитуды грозового импульса путем изменения сопротивления подключенного к сети устройства для защиты от перенапряжений (а.с. СССР №624337, Н 02 Н 9/04, 1978).

Известны устройства для защиты от перенапряжений, например трубчатые вентильные разрядники (а.с. СССР №762086, Н 02 Н 9/04, 1980 г.; заявка Франции №2717231, Н 02 Н 9/04, 1995 г.).

Недостаток этих устройств заключается в том, что при слишком больших импульсах тока разрядники работают с перегрузками и могут быть разрушены, чем приводят к КЗ на ВЛ и ПС.

Прототипом заявляемого способа является способ защиты от перенапряжений (а.с. СССР №1769291, Н 02 Н 9/04. 1992 г.), заключающийся в уменьшении амплитуды грозового импульса путем изменения сопротивления устройства защиты от перенапряжений, подключенного к защитному оборудованию. Способ основан на изменении проводимости устройства защиты при номинальном и повышенном напряжении. Скачок напряжения в сети, вызванный грозовым импульсом, вызывает изменение сопротивления устройства защиты и протекающего через него тока. Изменение сопротивления вызывает сильное увеличение тока через него при незначительном увеличении падения напряжения на нем. Увеличение напряжения устройства защиты приводит к ограничению соответствующего фазного напряжения в сети.

Однако указанный способ не позволяет значительно снизить амплитуду перенапряжений, превышающую двойное или тройное номинальное напряжение сети.

Известно устройство защиты от перенапряжений, содержащие резистор (а.с. СССР №754562, Н 02 Н 9/04. 1980 г.), принятое за прототип заявляемого устройства.

Недостатком устройства является низкая пропускная способность и высокий уровень ограниченных перенапряжений, превышающий нормированное напряжение электрооборудования. Кроме того, рассмотренные технические решения не обеспечивают защиту электрооборудования от воздействия высокочастотного спектра грозового импульса, вызывающего межвитковый пробой высоковольтных трансформаторов и электрических машин.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности защиты от перенапряжений.

Поставленная задача решена в способе защиты от перенапряжений, заключающемся в уменьшении в электрической сети амплитуды напряжений, вызванной грозовым импульсом, путем изменения сопротивления устройства защиты, подключенного к защищаемому электрооборудованию, благодаря тому, что подавляют высокочастотную составляющую грозового импульса, при этом устройство защиты подключают последовательно защищаемому электрооборудованию, а также благодаря тому, что в устройстве защиты от перенапряжений, содержащем резистор, резистор выполняют как минимум двухслойным, причем, внутренний слой резистора выполняют из неферромагнитного материала с высокой электропроводностью, а внешний слой выполняют из резистивного слоя ферромагнитного материала.

Внешний слой резистора может быть выполнен из дисперсного ферромагнитного материала, состоящего из двух компонент, одна из которых электропроводна. Концентрация электропроводной компоненты выбирается выше объемного порога протекания, но ниже поверхностного порога протекания.

Резистор может быть выполнен с профилированной поверхностью внешнего слоя.

Заявляемый способ основан на использовании явления “скин-эффекта”, в результате которого под влиянием внешнего электромагнитного поля происходит выталкивание электрического поля и тока из толщи проводника на его поверхность. На низких частотах при отсутствии внешних воздействий ток протекает по всей толще проводника, а под воздействием внешнего источника - только в узком поверхностном слое, поэтому сопротивление на высоких частотах значительно выше сопротивления на низких частотах, что приводит к поглощению высокочастотной составляющей внешнего электромагнитного поля.

На фиг.1 представлена схема подключения устройства к сети.

На фиг.2 - многослойный резистор, разрез.

Устройство 1 защиты от перенапряжений подключено к фазному проводу 2 сети последовательно защищаемому объекту 3.

Устройство 1 представляет собой многослойный резистор, содержащий внутренний слой 4 и внешний слой 5 (фиг.2).

Внутренний слой 4 выполняется из неферромагнитного материала, например алюминия, внешний слой 5 может быть выполнен, например, из пермаллоя.

Повышение эффективности устройства защиты достигается при выполнении внешнего слоя 5 из дисперсного ферромагнитного материала, например порошка никеля или железа с диэлектрическим связующим. При этом используется тот факт, что в тонком слое дисперсного материала (где протекает высокочастотный ток) его электропроводность значительно понижается.

Внешний слой 5 резистора может быть выполнен с профилированной поверхностью, например, в форме канавок, что дополнительно увеличивает сопротивление резистора при протекании высокочастотного тока.

Способ защиты от перенапряжений реализуется устройством защиты от перенапряжений следующим образом.

Устройство 1 постоянно подключено к фазному 2 проводу сети последовательно защищаемому объекту 3, в качестве которого может быть высоковольтная подстанция, электрические машины, высоковольтный трансформатор и т.п.

В нормальном режиме работы - на частоте примерно 50 Гц сопротивление резистора 2 невелико (примерно 10^-2 Ом) и не препятствует протеканию тока по всему объему (слои 4, 5) резистора.

Скачок напряжения в электрической сети, вызванный грозовыми разрядами, изменяет состояние резистора 1. За счет “скин-эффекта” ток протекает в тонком приповерхностном слое внешнего слоя 5 резистора 1. Сопротивление резистора 1 резко увеличивается и на частотах порядка 50 кГц составляет сотни ом, поглощая высокочастотную составляющую спектра грозового импульса. При этом на резисторе формируется значительное напряжение, в результате чего снижается уровень напряжения в фазе подключения и, соответственно, на защищаемом оборудовании.

Выполнение резистора 1 из слоев материалов с различной электропроводностью позволяет получить значительные сопротивления на высоких частотах, обеспечивая высокий уровень ограничения перенапряжений и подавление высокочастотной составляющей грозового импульса.

Использование заявляемого изобретения позволяет значительно снизить уровень перенапряжения, возникающего при грозовых разрядах, и повысить прозозащиту защищаемых объектов, предупредить выход из строя трансформаторов и электрических машин, предотвращая пробой межвитковой изоляции, возможного под воздействием высокочастотных грозовых импульсов. Использование заявляемого изобретения в качестве дополнительной к разрядникам и ОПН защиты позволяет сэкономить ресурс этих дорогостоящих защитных аппаратов.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для защиты электрооборудования электрических сетей от перенапряжений, преимущественно грозовых. Устройство для защиты от перенапряжений содержит резистор, выполненный многослойным, как минимум двуслойным, при этом один из слоев которого выполнен из неферромагнитного материала с высокой электропроводностью, а другой слой - из ферромагнитного материала, причем ферромагнитный слой нанесен на неферромагнитный слой, а резистор соединен последовательно с защищаемым объектом. Технический результат заключается в повышении эффективности защиты от перенапряжений. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для защиты от перенапряжений, содержащее резистор, выполненный многослойным, как минимум двуслойным, при этом один из слоев которого выполнен из неферромагнитного материала с высокой электропроводностью, а другой слой - из ферромагнитного материала, причем резистор последовательно соединен с защищаемым объектом, отличающееся тем, что ферромагнитный слой нанесен на неферромагнитный слой.2. Устройство защиты от перенапряжений по п.1, отличающееся тем, что внешний слой резистора образован дисперсным ферромагнитным материалом, состоящим по крайней мере из двух компонент, одна из которых электропроводна, причем ее концентрация выше объемного порога протекания, но ниже поверхностного порога протекания.3. Устройство защиты от перенапряжений по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что внешний слой выполнен с профилированной поверхностью.