Трехфазный ограничитель перенапряжений Советский патент 1992 года по МПК H02H9/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для защиты электрических сетей от перенапряжений.

Известны защитные аппараты - ограничители перенапряжений (ОПН), содержащие варисторы, включенные между проводом защищаемой от перенапряжения сети и землей.

ОПН успешно подавляет коммутационные и грозовые перенапряжения в сети, од-. нако длительное воздействие коазистационарных перенапряжений, пре- вышлющих допустимую для данного аппарата величину мох:ет привести к его повреждению, что ограничивает область его использования.

Известен трехфазный ОПН, принятый за прототип, содержащий три варистора, подключенные своими первыми выводами с соответствующим фазам сети, вторые РЫВО- ды варисторов соединены в звезду, нейтраль которой заземлена через искровой промежуток, параллельно которому включен дополнптельно.й бези -д ктивный элемент, имеющий линейную вольтамперную характеристику.

Уровень допустимых квазистационарных перенапряжений s таком техническом решении южет быть повышен, однако недостаточно для надежного ограничения перенапряжен,. в сетях с неэффективно заземленной или изолированной нечтXI

00

XI

о

со

рзлью. При этом слишком высоким оказывается защитный уровень аппарата при ограничении коммутационных перенапряжений.

Целью изобретения япляется улучше- ние защитных характеристик ограничите- лей перенапряжений в режимах коммутационных и грозовых перенапряжений и повышение надежности его работы за счет увеличения допустимого для ограни- чителя уроонл резонансных г,ззд-йствий, например, в сетях с изолированной или неэффективно заземленной нейтралью.

Указанная цель достигается в трехфазном ограничителе перенапряжений, ссдер- жащем три варистора, подключенные своими первыми выводами к соответствующим фазам сети. Вторые выводы варисто- ров соединены в заезду, нейтраль которой заземлена через сопротивление, в резуль- тате того, чю сопротивление представляет собой терморезистор прямого подогрева с положительным температурным коэффициентом сопротивления и скачкообразным изменением сопротивления при температуре переключения. Скачкообразное изменение сопротивления терморезистора при температуре, большей температуры переключения, соответствует выражению

0,05 Ј 1,0,

А,

где RT-сопротивление терморезистора при температуре, большей ТПер.;

Нд- динамическое сопротивление варистора при напря.;.аи, не большем фазно- го.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что при замыкании на землю одной из фаз сети линейное напряжение, приложенное к здоровым фазам, перераспределяется между варисторами этих фаз и параллельно включенными вари- стором больной фазы и терморезистором прямого подогрева с положительным температурным коэффициентом сопротивле- ния и скачкообразным изменением сопротивления от температуры. Правильный выбор терморезистора, когда соотношение -.е/| ду д ..ИоМ .лчес.- нм сопсот/ьлс- ниом варпсгорз и сопротивлением терморе- зистопз при температуре, большей температуры его переключения, удовлетворяет заявленному, позволяет рез.о поаисить надежность ограничителя при работе с сети с изолированной или НРТГФЭКТИВНО зззем- ленной нейтралью, что особенно сахно для защиты собственных нужд энергетических объемов и кабельных ceri-},i. При этом в poiK .iMC ограничения ког- м/тациогных перенапряжений защитный уровень предлагаемого ограничителя значительно улучшается.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг. 2 - график зася- симости сопротивления позистора от температуры.

Трехфазный ограничитель перенапряжений содержит вариаторы 1-3. подключзн- нле .своими первыми выводами к фазам сети А, В и С. Вторые выводы соединены в звезду, нейтраль которой заземлена через терморезистор 4 прямого подогрева с положительным температурным коэффициентом сопротивления и скачкообразным изменением сопротивления в зависимости от температуры, например позпстор.

Зависимость R (Т) активного сопротивления терморезистора 4 от температуры показана на фиг. 2, где через Тпер. обозначена так называемая температура переключения, при превышении которой происходит скачкообразное изменение активного сопротивления терморезистора 4 от начального значения R0 R (Т Тпер.) до конечного RT R fj Тпер.), а участок зависимости, где Ro R RT. характеризует скорость изменения сопротивления терморезистсра 4.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном эксплуатационном режиме напряжения на фазах сети А, В и С обрадуют симметричную звезду. Вследствие этого каждый из варисторов 1-3 находится под воздействием соответствующего фазного напряжения и условия работы взристо- ров 1-3 не отличается от условий работы в сети с эффективно заземленной нейтралью. Напряжение, воздействующее на терморезистор 4, равно нулю, терморезистор 4 не обтекается током и его сопрот изление on ре- деляется температурой окружающей среды, меньшей, -ем Тпер., т.е. равно RO.

- При возникносении в сети однополюсного замыкяния на зэмлю, например на фазе А. вар /оторы 2 и 3, подключенные к здоровым фазам В и С, оказываются под воздействием линейного а параллельно в: ,1. энмыц .1 -. леи 1

под воздейс.зизм фазного. .опряжинил. Это состояние продол;.ьегс.1 до тих пор. пока

1 U

начавшийся обтекаться 1--. - термо| 0

резистор 4 не нагреется до температуры, рапной температуре подключен::/, Тпер. При доели чении ;еомо озисторсм 4 гемпе- ратурн подчл очемг. i Г-,-.р его сспрогиз.-е- нке у до SMT ieH /i-i R, { RI. Всле,ст1ч:е этого г. нг.лг.лоние, приложенное к здоровым фазам В и С, делится между варисторами 2 л Зй параллельно включенными между нейтралью звезды вариаторов и землей вариатором 1 и терморезистором 4.

Если при напряжении U . динамическое сопротивление Рд оаристора 1 больной фазы больше сопротивления RT терморезистора 4, то напряженке, воздействующее на терморезистор 4, уменьшается до величины, меньшей фазного, а напряжение, воздействующее на варисторы 2 и 3 здоровых фаз, станет меньше линейного. Соответственно при правильно выбранном соотношении между Ra и RT уменьшится ток. протекающий по варисторам 2 и 3 здоровых фаз, а значит уменьшится их нагрев. Вследствие этого, с одной стороны, резко повысится надежность ограничителя при работе в сети с изолированной или неэффективно заземленной нейтралью, например, в системах собственных нужд энергетических объектов и кабельных сетях. С другой стороны, в режиме ограничения коммутационных перенапряжений защитный уровень предлагаемого устройства улучшится на 20-25%. снижаясь до напря- жения2,1-2,3 иф(иф-фазное напряжение).

Изобретение иллюстрируется оценочными расчетами напряжения, воздействую- щего на терморезистор 4, по сравнению с

UN

фазным, т.е. т-г-, и степени снижения тока

через варисторы 2 и 3 здоровых фаз, т.е. I , для предлагаемого устройства по сравнению с обычным, у которого нейтраль звезды варисторов заземлен наглухо, в зависимости от отношения сопротивления RT терморезистора 4 к динамическому сопротивлению варистора больной фазы при напряжении, меньшем фазного. . Результаты расчетов сведень з следующую таблицу.

Из данных таблицы видно, что предлагаемое изобретение является эффективным при Сопротивлении Ri-терморезисторэ 4. лежащем в пределах от RT -0,05 RA до RT $ 1.0 RR.

С ростом отношения RT/RA уменьшаются токи через варисторы здоровых фаз, снижается их нагрев, а значит повышается надежность при воздействии резонансных реренэпряхчсний.

При этом увеличивается напряжение UN. воздействующее на терморезистор 4, и при RT/ПД 1.0, становится близким к фазному, что ухудшает защитные характеристики ограничителя перенапряжений при воздействии коммутационных перенапряжений и усложняет техническое выполнение

терморезистора.

В области RT/Rfl 0.05.эффект повышения надежности вариаторов при резонансных перенапряжениях снижается, так как ток через варисторы здоровых фаз остается

значительным. Дальнейшее увеличение соотношения между сопротивлением терморезистора при температуре ТПер. и динамическим сопротивлением варистора

при напряжении, не большем фазного,

больше 1,0 не приводит к снижению напряжения, воздействующего на терморезистор, оно остается близким к фазному, при этом защитные характеристики ограничителя перенапряжений не улучшаются.

Таким образом, техническое преимущества изобретения заключаются в повышении надежности и улучшения защитных характеристик ограничителей перенапряжений, что особенно важно в режимах воздействий резонансных перенапряжений в сетях в изолированной или неэффективно заземленной нейтралью.

Формула изобретен и я

1.Трехфазный ограничитель перензп- ряжений, содержащий три варистора, подключенные своими первыми выводами к соответствующим фазам сети, вторые выводы варисторов соединены в звезду, нейтраль которой заземлена через

сопротивление, отличающийся тем, что, с целью улучшения защитных характеристик и повышения надежности работы, сопротивление представляет собой терморезистор прямого подогрева с псложите 1ьным температурным коэффициентом сопротивления и скачкообразным изменением сопротивления при температуре переключения.

2.Ограничитель по п. 1. о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что при температуре выше температуры переключения Тпер скачкообразное изменение сопротивления терморезистора соответствует выражению

°-05 | 1-0где RT-сопротивление терморезистора при температуре выше Тпер..

Нд- динамическое сопротивление ваои- стора при напряжении не больше фазно- го.

Использование: в энергетике, в устройствах защиты электрооборудования от перенапряжений. Сущность: с целью улучшения защитных характеристик ограничителей перенапряжений и повышения надежности их в работе в трехфазном ограничителе перенапряжений, содержащем три варистора. соединенных звездой, нейтраль заземлена через термооезистор прямого . подогрева с положительным температурным коэффициентом сопротивления и скачкообразным изменением сопротивления при температуре переключения. При температуре большей чем температура переключения скачкообразное изменение сопротивления терморезистора соответстР вует выражению. 0,05 --- 1,0. где RT RA сопротивление терморезистора при температуре, большей температуры переключения; RA - динамическое сопротивление варистора при напряжении, не большем фазного. 1 табл. 1 з.п.ф-лы. 2 ил. Ц/ С

Јиг. 2