УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ Российский патент 2007 года по МПК H02H9/06 

Описание патента на изобретение RU2304835C1

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и предназначено для защиты электрооборудования от перенапряжений.

Для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются устройства, ограничивающие уровень перенапряжения путем шунтирования ими защищаемого оборудования при опасном для последних уровне напряжений.

Известны вентильные разрядники, содержащие последовательно соединенные искровые промежутки и рабочее сопротивление с нелинейной вольтамперной характеристикой [1]. Защитные характеристики такого разрядника определяются пробивным напряжением искровых промежутков и коэффициентом нелинейности рабочего сопротивления.

Недостатком этого устройства являются нестабильность пробивного напряжения и его изменение вследствие нарушения герметичности искрового промежутка, сложность конструкции и ограниченный ресурс при длительном пропускании разрядного тока.

Известен ограничитель перенапряжения (ОПН), содержащий сопротивление с высокой степенью нелинейности на основе оксида цинка (ZnO) [2]. ОПН ограничивает амплитуду перенапряжений так же, как и вентильный разрядник, но вследствие более высокой степени нелинейности он может быть применен без искровых промежутков. ОПН обеспечивает ограничение коммутационных перенапряжений до уровня Uзащ=1,8 Um и грозовых перенапряжений до уровня Uзащ=2,4 Um, где Uзащ - остающееся напряжение ограничения ОПН, Um - амплитуда номинального напряжения сети.

Недостатком этого устройства является то, что оно не способно ограничить перенапряжения существенно ниже двукратного.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее воздушный разрядник с управляющим электродом, включенным последовательно с рабочим сопротивлением [3].

Недостатками этого устройства являются узкий диапазон рабочих напряжений, значительное падение напряжения на разряднике в открытом состоянии, низкая отключающая способность и, как следствие, небольшой ресурс и низкая надежность.

Техническим результатом предложенного решения является существенное расширение диапазона рабочих напряжений, увеличение допустимых импульсных токов и скорости восстановления электрической прочности после отключения сопровождающего тока, а так же увеличение надежности и срока службы.

Технический результат достигается тем, что в устройстве защиты от перенапряжений, содержащем управляемый разрядный промежуток, соединенный последовательно с рабочим сопротивлением, в качестве управляемого разрядного промежутка используется вакуумный управляемый разрядник, а рабочее сопротивление выполнено в виде параллельно соединенных нелинейного сопротивления R и линейного сопротивления Z, содержащего активную и реактивную составляющую, причем используется нелинейное сопротивление с Uзащ<KUm,

где 1<К<1,8, Uзащ - остающееся напряжение ограничения, Um, - амплитуда номинального напряжения сети, а величина линейного сопротивления должна удовлетворять неравенству:

Uпер/Iпер>Z>Uзащ/Imax,

где Imax - ток через R при U=Uзащ, Iпер - значение тока в R (reference current), при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости 2 (фиг.2) в область сопровождающего тока 1, Uпер - напряжение на R при токе I=Iпер.

Изобретение иллюстрируется фиг.1, где показана принципиальная схема устройства для ограничения перенапряжений. На фиг.2 приведена типичная вольтамперная характеристика нелинейного элемента.

Устройство содержит вакуумный разрядник 1 с блоком запуска 2 и соединенное последовательно с разрядником рабочее сопротивление 3, которое состоит из параллельно соединенных нелинейного сопротивления R - 4 и линейного сопротивления Z - 5. Такое устройство подключается параллельно защищаемому объекту в каждой фазе напряжения сети.

Устройство работает следующим образом.

Включение вакуумного разрядника 1 осуществляется с помощью блока запуска 2, который после подачи управляющего импульса выдает на управляющий электрод импульс поджига с заданными параметрами напряжения и тока.

Вакуумный разрядник 1 способен надежно включаться в широком диапазоне рабочих напряжений (0,01-1)Uном и длительно пропускать разрядный ток. После включения разрядника через него начинает протекать импульсный ток, величина которого ограничивается рабочим сопротивлением 3. При подходе тока к нулю разрядник отключает ток, и на нем восстанавливается сетевое напряжение.

Нелинейное сопротивление 4 служит для ограничения уровня перенапряжений при включении разрядника. Защитный уровень в предложенной схеме можно выбрать близким к номинальному напряжению на защищаемом оборудовании, т.е. коэффициент кратности перенапряжений К<1,8. В результате рассеиваемая в сопротивлении 4 энергия при протекании разрядного тока будет существенно меньше, чем в схеме без вакуумного разрядника.

Параллельное соединение с нелинейным сопротивлением 4 линейного сопротивления 5 также позволяет уменьшить выделяемую в нелинейном сопротивлении энергию. Величина линейного сопротивления Z выбирается на основе критерия оптимального распределения энергии, поглощаемой в сопротивлениях R и Z из соотношения:

Uпер/Iпер>Z>Uзащ/Imax,

где Imax - ток через R при U=Uзащ, Iпер - значение тока в R, при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости 2 (фиг.2) в область сопровождающего тока 1, Uпер - напряжение на R при токе I=Iпер=1-20 мА.

Если Z>Uпер/Iпер, в этом случае Z превышает R во всех реальных режимах и основная часть энергии рассеивается в R.

Если Z<Uзащ/Imax, то почти весь ток протекает через Z и R практически не работает.

Указанное соотношение определяет диапазон величины линейного сопротивления Z. Оптимальная величина R выбирается из этого диапазона на основе инженерного расчета. Задачей этого расчета является выбор линейного сопротивления такой величины, чтобы большая часть энергии поглощалась в нем, и в тоже время, чтобы это сопротивление имело приемлемые габаритные и стоимостные показатели.

Источники информации

1. Чунихин А.А., Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1985, С.395.

2. Series capacitors for power system. Part 2: Protective equipment for series capacitor banks. IEC 143-2: 1994, P.75.

3. Курехин В.В. Защита сетей от опасных уровней коммутационных перенапряжений // Управление электромеханическими объектами в горной промышленности. Кемерово: Кн. Изд-во, 1982, С.27 (прототип).

Похожие патенты RU2304835C1

название год авторы номер документа
Устройство защиты от перенапряжений 1982
  • Богатенков Игорь Михайлович
  • Халилов Фирудин Халилович
SU1078530A1
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ 2011
  • Лепёхин Николай Михайлович
  • Мирошниченко Валерий Петрович
  • Перунов Анатолий Афанасьевич
  • Присеко Юрий Степанович
  • Филиппов Валентин Георгиевич
  • Фоминич Эдуард Николаевич
  • Тенда Валерий Витальевич
RU2459333C1
ОГРАНИЧИТЕЛЬ ВНУТРЕННИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ 1993
  • Трусов Г.Г.
  • Старкова Л.Е.
RU2085002C1
РЕЗОНАНСОСТОЙКИЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ 1992
  • Крыжановский Вадим Викторович
  • Шур Соломон Саулович
RU2041542C1
РАЗРЯДНИК С ЗАЩИТНЫМ ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ 2020
  • Подпоркин Георгий Викторович
RU2735091C1
Устройство для защиты от перенапряжений высоковольтной электрической сети 1976
  • Богатенков Игорь Михайлович
  • Костенко Михаил Владимирович
SU624337A1
Устройство для защиты от перенапряжений высоковольтного распределительного устройства 1982
  • Кузьмичева Кира Ивановна
  • Рашкес Виктор Самуилович
  • Хоециан Карен Варосович
SU1120448A1
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ МНОГОФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ 2001
  • Данилов Г.А.
  • Заболотников А.П.
  • Сухар В.М.
RU2193268C1
Разрядник для защиты от перенапря-жЕНий ВыСОКВОльТНыХ элЕКТРичЕСКиХуСТАНОВОК пОСТОяННОгО TOKA 1969
  • Торосян А.С.
  • Фотин В.П.
SU352601A1
Ограничитель перенапряжений 1983
  • Авдеенко Борис Константинович
  • Ивон Александр Иванович
  • Черненко Иван Михайлович
  • Щелоков Алексей Иванович
SU1096702A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 304 835 C1

Реферат патента 2007 года УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и может быть использовано для защиты электрооборудования от перенапряжений. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих напряжений, увеличение допустимых импульсных токов и скорости восстановления электрической прочности после отключения сопровождающего тока и увеличение надежности и срока службы. Устройство защиты от перенапряжений содержит управляемый разрядный промежуток, соединенный последовательно с рабочим сопротивлением. Управляемый разрядный промежуток выполнен в виде вакуумного управляемого разрядника. Рабочее сопротивление выполнено в виде параллельно соединенных нелинейного сопротивления R с Uзащ<KUm, где 1<К<1,8, К - коэффициент кратности, Uзащ - остающееся напряжение ограничения, Um - амплитуда номинального напряжения сети. Линейное сопротивление Z содержит активную и реактивную составляющую, при этом его величина удовлетворяет неравенству: Uпер/Iпер>Z>Uзащ/Imax, где Imax - ток через R при U=Uзащ, Iпер - значение тока в R, при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости в область сопровождающего тока, Uпер - напряжение на R при токе I=Iпер. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 304 835 C1

Устройство защиты от перенапряжений, содержащее управляемый разрядный промежуток, соединенный последовательно с рабочим сопротивлением, отличающееся тем, что в качестве управляемого разрядного промежутка используется вакуумный управляемый разрядник, а рабочее сопротивление выполнено в виде параллельно соединенных нелинейного сопротивления R и линейного сопротивления Z, содержащего активную и реактивную составляющую, причем используется нелинейное сопротивление с

Uзащ/KUm,

где 1<К<1,8, К - коэффициент кратности перенапряжения, Uзащ - остающееся напряжение ограничения; Um - амплитуда номинального напряжения сети, а величина линейного сопротивления должна удовлетворять неравенству

Uпер/Iпер>Z>Uзащ/Iзащ,

где Imax - ток через R при U=Uзащ, Iпер - значение тока в R, при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости в область сопровождающего тока, Uпер - напряжение на R при токе I=Iпер.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2304835C1

КУРЕХИН В.В
Защита сетей от опасных уровней коммутационных перенапряжений
Управление электромеханическими объектами в горной промышленности
- Кемерово: Книжное издательство, 1982, с.27
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ МНОГОФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ 2001
  • Данилов Г.А.
  • Заболотников А.П.
  • Сухар В.М.
RU2193268C1
Линия связи с устройством для защиты от перенапряжений 1981
  • Смирнов Александр Михайлович
SU955351A1
Самоуправляемое устройство защиты 1991
  • Кириллов Виктор Павлович
SU1820440A1
УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПРОКАТНОГО ВАЛКА СО ШПИНДЕЛЕМ 2004
  • Плахтин В.Д.
  • Травников А.А.
RU2258570C1
Установка для сушки плоских изделий 1984
  • Лившиц Давид Иосифович
  • Ващук Ярослав Петрович
  • Газецкий Виталий Антонович
SU1285283A1
US 2005068709 A1, 31.03.2005.

RU 2 304 835 C1

Авторы

Алферов Дмитрий Федорович

Белкин Герман Сергеевич

Ивакин Виктор Николаевич

Иванов Валерий Павлович

Сидоров Владимир Алексеевич

Даты

2007-08-20Публикация

2006-01-10Подача