Разрядник для защиты от перенапряжений цепей переменного тока Советский патент 1991 года по МПК H02H9/06 H01T4/10 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технике защиты от перенапряжений, и может быть использовано в силовых и слаботочных цепях как низкого, так и высокого напряжения.

Целью изобретения является повышение надежности защиты от перенапряжений путем повышения пропускной способности по току и снижение стоимости.

На фиг: 1 дана электрическая схема данного разрядника с катушкой индуктивности с ограничителями перенапряжений в виде варисторов: на фиг. 2 - то же, с ограничителями перенапряжений в виде встречно-последовательно включенных стабилитронов; на фиг. 3 - использование разрядника без катушки.индуктивности.

Все эти электрические схемы разрядников предназначены для защиты от быстро- нарастающих перенапряжений.

Разрядник содержит два встреМно-па- раллельно включенных рабочих диода 1 и 2,

последовательно с которыми включены искровые промежутки 3 и 4. Последовательно с диодами включена катушка 5 индуктивности (фиг. 1 и 2). цепочки, образованные одним из диодов 1 или 2 и катушкой 5 индуктивности, шунтированы варисторами 6 и 7 (фиг. 1) или двумя встречно-последовательно включенными стабилитронами, или ограничительными диодами 8-11 (фиг. 2)

Каждый из рабочих диодов 1 и 2 (фиг. 3) шунтирован цепочкой из конденсатора 12 или 13, соединенного последовательно со стабилитроном, или ограничительным диодом 14 или 15, который включен в соответствии с полярностями рабочих диодов 1 и 2.

Разрядник работает следующим образом.

В нормальном режиме к выводам разрядника приложено рабочее напряжение защищаемой цепи, недостаточное для пробоя рабочих диодов 1 и 2 по обратной ветви вольт-амперной характеристики и для пробоя искровых промежутков 3 и 4.

Ё

О 00

о ел

00 Ю

При появлении перенапряжения, полярность которого совпадает с направлением проводимости одного из рабочих диодов, например диода 1, начинается одновременно развитие пробоя в искровых промежутках 3 и 4. К искровому промежутку 3 напряжение прикладывается через сопротивление прямой проводимости диода 1, а к искровому промежутку 4 - через сопротивление обратной проводимости диода 2, ко- торое много меньше сопротивления утечки искрового промежутка 4.

Пробой искровых промежутков 3 и 4 происходит не через рабочие диоды 1 и 2, а через ограничители перенапряжений в ка- честве которых могут быть использованы варисторы 6 и 7 (фиг. 1} или диоды 8-11 (фиг. 2). катушка 5 индуктивности задерживает нарастание тока в рабочих диодах 1 и 2. В случае пробоя первым того искрового про- межутка, последовательно с которым рабочий диод включен в непроводящем направлении по отношению к полярности импульса перенапряжения, катушка 5 индуктивности, препятствуя нарастанию об- ратного тока в этом рабочем диоде, защитит его от повреждения в течение времени, необходимого для пробоя другого искрового промежутка. В течение этого времени функции защиты будет выполнять цепочка из пробитого искрового промежутка и ограничителя перенапряжения,

Ограничительные диоды и варисторы. используемые в качестве ограничителей перенапряжения, рассчитаны на кратковре- менную работу в режиме пропускания больших импульсов тока, на что не рассчитаны рабочие диоды.

Поэтому сравнительно дешевые ограничительные диоды и варисторы смогут без повреждений пропускать токи, вызванные перенапряжением в течение времени, необходимого для пробоя другого искрового промежутка, рабочий диод последовательно с которым включен в проводящем на- правлении по отношению к полярности импульса перенапряжения, а также в течение времени, необходимого для нарастания тока в катушке 5 индуктивности.

Таким образом, введение в схему раз- рядника недорогих элементов - катушки 5 индуктивности и ограничителей перенапряжения - позволяет существенно снизить его стоимость за счет снижения стоимости используемых в нем рабочих диодов.

Данный разрядник позволяет использовать в нем рабочие диоды с напряжением пробоя, лишь немного (на 20-30%) превышающим статическое напряжение пробоя искровых промежутков. Достигается это за

счет введения в схему разрядника катушки индуктивности и ограничителей перенапряжения.

Вместо варисторов 6 и 7 и ограничительных диодов 8-11 в варианте использования разрядника без катушки индуктивности (фиг. 3) могут быть использованы последовательные цепочки из конденсаторов 12 и 13 и ограничительных диодов 14 и 15.

Варисторы или ограничительные диоды в схеме защиты рабочих диодов 1 и 2 работают лишь в течение времени, равного интервалу между пробоем искровых промежутков 3 и 4. Длительность этого интервала мала, она при быстро нарастающих перенапряжениях измеряется десятыми долями микросекунды, поэтому в варисторах б и 7 или ограничительных диодах 8-11, 14 и 15 выделяется незначительная энергия, что позволяет использовать в разряднике маломощные и дешевые варисторы или ограничительные диоды, а также конденсаторы небольшой емкости в схеме, приведенной на фиг. 3.

По сравнению с известным предлагаемый разрядник может быть выполнен на любые необходимые рабочие токи, вплоть до тока прямого удара молнии - 200 кА.

Рабочие диоды в течение времени 10 мс допускают ток перегрузки в десятки килоам- пер. В течение времени разряда молнии, имеющего много меньшую длительность, они способны пропустить в несколько раз больший ток. Для создания разрядника на высокое рабочее напряжение необходимо лишь набрать диодные цепи на это напряжение и изменить напряжение пробоя искрового промежутка. Создание искровых промежутков на токи в сотни килоампер не представляет сложностей. Поэтому разрядник может быть изготовлен в меньших габаритах, с меньшей стоимостью и на больший ток по сравнению с известным.

Разрядник позволит также решить проблему обеспечения защиты от перенапряжений низковольтных устройств распределения электроэнергии, сопровождающие токи в которых могут достигать десятков и сотен килоампер.

Разрядник пригоден также для использования в слаботочных низковольтных цепях, питающих от маломощных источников. При этом очень важную роль начинают играть его малые габариты, связанные с отсутствием элементов, в которых рассеивается большая энергия, таких как рабочие нелинейные резисторы, что позволяет использовать разрядник в микроэлектронной технике.

Формула изобретения Разрядник для защиты от перенапряжений цепей переменного тока, содержащий две параллельные цепи, каждая из которых состоит из искрового промежутка и рабочего диода, в которых указанные рабочие диоды включены встречно друг к другу, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности защиты от перенапряжений путем повышения пропускной

способности по току и снижения стоимости, он снабжен катушкой индуктивности, включенной последовательно с обоими указанными рабочими диодами ветвей, причем последовательные цепочки, образованные указанной катушкой индуктивности и рабочими диодами ветвей, шунтированы каждая соответствующим дополнительно введенным нелинейным ограничителем перенапряжения.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение надежности защиты от перенапряжений путем повышения пропускной способности по току и снижение стоимости. Разрядник содержит две параллельные цепи, состоящие из искровых промежутков и встречно включенных рабочих диодов Последовательно с этими цепями включена катушка индуктивности. Рабочие диоды вместе с катушкой индуктивности шунтированы ограничителями перенапряжений. 3 ил.

ь

:

V/

г-11

#35 пТ

F

rtj

Фиг.1

V

1

2Zi

1п

1541