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).
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Устройство защиты от перенапряжений | 1982 |
|
SU1078530A1 |
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ | 2011 |
|
RU2459333C1 |
ОГРАНИЧИТЕЛЬ ВНУТРЕННИХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ | 1993 |
|
RU2085002C1 |
РЕЗОНАНСОСТОЙКИЙ ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ | 1992 |
|
RU2041542C1 |
РАЗРЯДНИК С ЗАЩИТНЫМ ИСКРОВЫМ ПРОМЕЖУТКОМ | 2020 |
|
RU2735091C1 |
Устройство для защиты от перенапряжений высоковольтной электрической сети | 1976 |
|
SU624337A1 |
Устройство для защиты от перенапряжений высоковольтного распределительного устройства | 1982 |
|
SU1120448A1 |
УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ МНОГОФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ | 2001 |
|
RU2193268C1 |
Разрядник для защиты от перенапря-жЕНий ВыСОКВОльТНыХ элЕКТРичЕСКиХуСТАНОВОК пОСТОяННОгО TOKA | 1969 |
|
SU352601A1 |
Ограничитель перенапряжений | 1983 |
|
SU1096702A1 |
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.
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.
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 |
|
RU2193268C1 |
Линия связи с устройством для защиты от перенапряжений | 1981 |
|
SU955351A1 |
Самоуправляемое устройство защиты | 1991 |
|
SU1820440A1 |
УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПРОКАТНОГО ВАЛКА СО ШПИНДЕЛЕМ | 2004 |
|
RU2258570C1 |
Установка для сушки плоских изделий | 1984 |
|
SU1285283A1 |
US 2005068709 A1, 31.03.2005. |
Авторы
Даты
2007-08-20—Публикация
2006-01-10—Подача