РАЗРЯДНИК ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1971 года по МПК H01H73/00 

1П реди.а;га ам1ое устройство отию1с и;тся к аблаОТ1И защиты от п ран-аоряжемнй преобр азов аTeuibiHbiX ycT,aiHoiBioK ие|рещ1ач элеипроанеррии посшаятным такюм. Оио мюжет быть П|р1И1ме1Нвно и в .р1а1ап|реде1Л1ителын.ьвх усФанюиках перемеинюло така, где нюабхоиимо имеггь стабияивирюванные защитные промежутки, обеспечивающие небольшие отношения между разрядным и рабочим напряжениями.

Известны многоэлементные разрядники для защиггы от перенапряжений, например, распределительных или преобразовательных установок передач электроанергии, содержащ ие пллиную цеть, oupaiaaBiaiHiHiyio ггоследювателыно а ещиманными ои1Л01вьЕМи пр:01меж1ушк.аМ1И и OBiH3iaiHHiyio с «ей чврш аиспишные cioinipio11И1ВЛ6Н1И1Я, 1В(С1помогапреЛЫН1ую цапь, шатючающую в себя 1ПО1Д,жи1га;Ю,щее ycnpOMKTiBO, шсггоящее ИЗ параляешыно ооещиюаниых актисвнюго ли1Н1ей1Н10го со1П1р10ши1ви вния и ,поцж1игающе1го црамежутка, пю1ДК1Люче1Н1Н(01ГО также параллельдо otnieoiMy :Из указгамных оиш10)вых п|рО межутKiOiB.

.OiUjHiaiKO Б ню|р1М1ашБН0 м реж1И1ме акиппуатлци п«р|еД|а1Ч HipK 1ве1бш1а1Г10итр1ИЯТ нъ1.х попод1Н ЫХ укдаоВ1ИЯХ набл-юдаютюя частые л ожные срабатывания р1ав|рЯД1Н1И1К10)з ив-з.а .HepiaiaHOiMeipiHiaro расиредел1ани:я -н,а1пр1ЯЖ.йн1ИЯ между эЛбме1Н1Т.а1ми. НабЛЮдаютюя р азрпу шения разридцчимав БСЛе1Дот В(И« ИХ Ч1аСФин1Ных ор1а1ба1тьГ1ва1Н1ий. Это

П р101и|схояиггь npsi лож1но(.м ора,баты|ва1Н1И1и ОИН1СМПО из эле1ме1нтх)1Б разрядника «ли прИ весьма .KjpiaiTiKioapeiMeHiH.bix ииках перенаоряжешлй, когда npai: ар,а|б-аты1в.а1нии ой1нк го эшамешта

асталыные элементы ие vianeiB-aroT сработ-ать. При этам ток черев шуиггирующие aoiiipicxnHianeН1И(Я увеши1чи|вавт(ся больше допучсгаимого, что и приводит к разрушению р.азряа ник.а через неюотарый И1Н1Т€1р1Вал дремани.

В пр ешЛагаемой р ааря нотке с целью жесткого р аютредеабнйя Н1а1П|р1ЯЖ€1н1И1я между ело эл1е1манта1ми в рабонам режи(ме и при нвблаитогиривтных ло.гоа«,ых условиях, ,ум€1ньш€1ния pias6ipiocia разрядаого нащряжеми-га, р.аэф|уак1и подж1И1па:юще(по .П1р10 мвж1утк.а от напряжения в рабочем режиме и самопогасания при кратковреМ16Н1НЫ-Х П9ре1Н1а1П|ряже1ниях .во вюшлмогательиой цепв установлены полупроводниковые си мметричиые стабилизирующие приборы, соединенные пюсаедавательно с подЖ1ИгаЮЩ1Н1М СТ1ройствам.

На фиг. 1 изображава приищеиалыная схема П|редл1оже1н1ного раз|ряД1Ника; ва фиг. 2 - вольт-амперная характеристика симметричного стабилизирующего полупроводникового прибора; на фиг. 3 - прИ1Н1Цигаиашыная с.чема одного из BapHiaiHTOiB П10ДЖ1И1па1Ющело тсггройст1В1а; :на фиг. 4 - осцилчяошрам.мы йадря жбния тючек разрядаика отноюиггешьто звмпи.

ст10Я:ЩИ:й ИЗ ирех эл амвытав /, 2 и 3. КюличеCTiao элехгантов ;ра;3|р Я Д1НИ1ка можат быть иным в зав1::1С1имост1и от praiQowero иалряжаквдя .разрядника п отношения между напряжением срабатывания разрядника н его рабочим нанряжением.

Главная цень 4 разрядника в соответствии с -колииеством злем-аншсив состоит из ,.едо1вателыно вюлючеганых црех силовых щромежуткав 5, 6 .и 7. В|ап1амога1телыва;я цель 8 иеоин-ор 0(Д1на ,по элеминшам. В элементах 2 и: 3 вюноMoraiieaibiEafl цепь OOCTOIHTT из пО1след1С1вате1ль но аклточенмых снмметриганых п ОШ у1прю(вад1Н1И1Мовых ста1би1ШИ13И)р|ующих 9 и /О (ст абил1И1Т р10И101в или лаииганых диодов).

Вюпомюгательная цень в элементе 1 обстоит из ажтиюношо лииейно-го оощрютивления 11 н И1ак1р ов1ого иромежутк а 12, котюрые на стыке эл1емш1та I я 2 соадиюаны между собой сошрютивЛйниам 13. Прюмежутак 12 «имеет BOtHicTipyiKцию, подобную, например, искровым промежуткам вентильных разрядников типа РВС, т. е. герметичен и имеет стабильное напряжение срабатывания.

Гл1а1В1Н1а1Я 4 и вюпюмюгатеяьНая 8 ценИ piaisр1ЯД1ника со1е)Д1И1нены .между -собой актигаными Л1И1неЙ1НЪ1м1и 1001П|р1ат1ивле1Ния1М1И М, 14 IH 15, причем велимииа сонрютивленмя 11 {R на м;н1ого больше, че1М lOonipoTiHiBланий (R()Колйчесшво ттаслеио1вателын1о -вйслюманщых cTaidiHWiHTipioiHioiB выбрано TaiKiHiM oi6ipiai3ioiM, чтобы rtVcT 1,,, пде VH -®аи|больше:е значение р1а бачег1о :Н1а1пр.яже1Н1ии устаиювви, защишаемого разрядника, Уст - напряжение стабилизации единичного полупроводникового симметричного стабилизирующего прибора, п - количество единичных полупроводниковых стабилизируюших приборов в разряднике.

На фиг. 2 ло оси ai6iciii,Hicc ютложены вел,нчины томов через п:олу(П1р01вояии1К авый inipini6iOip, а ею оси cipHiHiHiaT - вели ЧИ1ны -вапряжаний на полурр€(В|ОДК1ИМ01В 01м прябюре.

в тех случаях, когда отношение между напряжением орабатьш аш-ия Раз|ря1щни1ка к рабо4ie My на П|р1яже1нию больше , взавдещ coinipoти(в.ле1н1И1я 11 Агогут быть .приманены Д1ва .ncicneд авататыно cioeaiHiHieiHiH.bix 1ао1п1р10шн1вле1Н1И.я 16 и 17, а поджигающий 1прр1м;ежут101к 12 включен неносрещсивенио п aip алиея ыио соп р оши1вле1нито /б. Глаивая цепь IB элем1е1нте / та1кже садерЖигг два послед10 Вательно 1нключен1Бых силювых цр101межут1к1а 18 т :19, ооеди1н9Н1ных оо вопомюгателыной цепью через Сапро1Т1И1вле1Н1ИЯ 20 и 21.

На фиг. 4 23 соответствует напряжению на раЗр1Я(ДН1И1ие, 23 - 1на1Пряж ен:и.ю на ста1б1И1Л1и.зи1р)ующ1вх приборках 9 и 10, п1р;Я1маЯ 24 - 1П а«ряже1Н1иао ога стаоипиз1ир(уюЩ|ем приборе W, н|рЯ1М ая 25 - Н:а цряже1НИго между землей и :11И13Ш И1М пютанади-алом поджигачощего п|р1С1.межут1ка, а Та1кже нашр яжанию гла1йныХ 1Пр101межуш1 :ах 7 и 5, мрцввая 26 - напряжеоиню на miaiBiHiOM щрюмежуггке 7. Указачь ные напряжения соответствуют моменту, пр1г Дшеств1ующе М у срабатыва1Н1И1Ю разрядника.

В piaeoweM режи1ме иаиряженяе Ун и а разряднике меньше напряжения стабилизации п)олу1П1р101В1ош:ниюовых пр1И1бор1ав пУот, вследстви е чепо напряжение делится 1меж1ду элимеитами 2 и 5 из-за ;б1ольше1го зн.а4е1ния iBHyiTipiaHHeno сапротивления оолупроводщимовых прибюрив по (ор амнанию с С10|проппи1ате1ни1ем 11.

Межщуэлектрюдщое paclcтc яииe про1межуткав 6 и 7 вьибр ано таюнм ., чтобы

и1С1Клю(чи|ть И1Х iapia6iaTbiBiaiHiHe ш рабочем режиме .три любых мете10р ол оли1че1оюих усло1В1И1ЯХ. Ор.ед1нее -напряжение сра1батывания п|р;01межутKIOIB 6 и 7 )но выбрать в 1,6--1,8 р-аза больше, чем раб;о.чее .напряжение ,Hia ooioiTiBerrcTiByTOщих эле1ме1Н Т1а1Х.

В р1абочем ,Hia элементе / напряжени1е paiBHio цулю. Следювателыню, равно 1Н1улю и НаирЯжаНИе иа промежутках 12 и. 5. При неб1Л1аго1Нрият1ных погодных условиях

(дожде, снеге, гололеде и т. д.) ;н в особенлости- в пер1иод вьисыхаиия влаж1ных поверхностей ф|арфор101вых по;к рышак элементов 2 и 3 оо1пр10111Н1вЛе1Н1И1Я у1тече1к по лаверкяюстя-м STHLX эле1ме1Н1Т01в (Могут быть раэл1И1Чиьгми, в:сл1едот1В1ие

чего .каиряжЕй1И Я ла этих злементах также будут атремитыся распределяться .н-еравнюмерйю. Э. буиугг нренят ст1вавать :ста|б1ИчП изК1рующ1и е Цепогаки, н-а которых 1натряже1ние практически ,не М;ожет гюдняться выше ,:а:пряже11 ия

отабил1иза1ци1и, т. е. «Уст 1,05-1,1 У (точки 24 ,и 25) - стабилиЗИрующая цепочка элемешта, Ilia которой «аиряжение стремится ;нод|}М1.матБся, ,п|р10;Пу1С;ка.я через себя так , сэxpaiHHST П01СТ01ЯНСШВО распределе ния .шаиряжения Между эл:е.ментаа1и с тсхч1ностью 5-10%. Не1обходи1мо отменить, чшо за счет таков утечки 1не1К1ото р1ая доля рабочего на;пряже1Н1Ия ляжет на .С01нрот1и1вление 11. Номинальные то:ки атаб1члиз,ируюш,их цепочек должны быть больше длчстелыных TOIKJOIB утечек через фа|рфоровые но1вер.ч1ности. TaiK юяк -HepaiBHOiMepnoe ра-спр|дделе11ие нашряже-иия 10|быч но наблюдается в период высы.ха1Н1ия э ар форОВы.х новер.чиюстей пр1и |Н еб1Эльш1и.х утеч1ках тока, то постаи;лен1ные 1выше услтавн-я я-вляются -(а иболее жест1ки ми. образо.м, «а элеме Н1тах 2 л 3, следоват ельно, на промежупках б и 7 ,в рабочем ре.лсиМе И1меются ,постоя1Н1Н1ые (величин.ы iraп|р яже1ния, что лр1и достато1Ч1Н1Ом запасе иал.ряжсния ора1ба1тыва1ния этих промежутков 1исключит срабатываиия разрядника.

При поя(вле1НИ1И1 пере1Н1апряжеН|ИЙ -на раз1рядни1ке по цепи, состоящей из со1Проти,вле1ни Я 11 и стабил;изирую1.цих пр:ибаро1в 9 и 10, нотечет

ТЮ1К

. l-./iV-,

где У - :налряже ние -.на .ряд-нике; «УСТ - суммарное яапр.яжение стабилизации стабилизирующих нр-иборов 9 и 10.

При п.овыше1ни1и яашряжений (На р1азряд1Н1Ике прамежупкаХ 6 IH 7, они также сюяэаны оо нспом10|гатешь1Н101Й Целью через арагаиишелыно небсхтьшие ао1П|р10Т1Н1Вле1ния 13, 14 и 15, а емкоОТ1И п,|рО1меж1угпно1в 5 и: 7 неболышие и оцаниванотся 1нвак1Олиии1М1и десятками пф. Вел-ичина разности напряжений V-Vci ляжет на элемент 1. Это i&ymeT иметь меютю при всех оаренагаряжениях, уровень которых аиже ршэрядмого нап.ряже(Н1И1Я |раз|р1я;д1Н1ика. При огаредел-вином таюе 1 «аП рлж е1ние я а э-лвмвнгге / дюотишиет ;в еш1и1Ч1И1нъ1 разрядного напряжения Ур12 промежутка 12. Соошветютвующве TQKiy /1 напряжение Hia (рааряивике о б03вачнм через УРО + Ур12 яУст+/|7 11. Уро, пУст (1,05--ЛДУп) задааиы тех1ни1чвеским требав1а1Н1Иам к ,раэр1яин1И1К у, а (вешимина /i определлетоя оскпр10ши1Вле1Н1 вм 11 (Ru}. Слиш1к;ом большие величимы .оап|р1от1И1вл1внИЯ // прИ1ВОЯ1Ят к TOfMiy, что и во .в|рвмя рабочего ;р. за счет уггечии ( эламвнгге / 1Т01Я В1ИШся сипр ещ-еланиая дюл/я paiSaqiaro иащряжания. Это 1не цреиставЛЯет опаюнооти прИ: достатач1во вьюоюо1М снт1ношан И;и Уро/Уя. Слишком малые щеличины сопротивления (R) дриведут /к частым ларе руакам ота би1Л1ишр101но1вых цап-очак и ,сопр&ти1влен1ия Ы. Поэто1му ото выбр.ано из у сл101вия ,2Ун, где /у - ма1к1С1И1М алЬ1Н1ая величииа дл1И1телыных токов утечек. В момант t, (когда наиряжание на р,аз1ря1д Мке дост1И1га1вт вел1И1ЧИ1ны УРО, промежутюк 12 орабатает, и через сопроти1влетние 13 (Ris) и стабил1И131И(ру ЮЩ1ие при1боры 9, 10 поте{чат ток УРО:- гаУст h-р. пак через ст а|бил1ишр101Н:ные цеоочжи /ст (t) блиегг ipaiBOH /с.(,) /, + /2. В:С1Я pasiHiOiCTb |Н1апряжаний УРО-nVe-r Ляжет на 1соЕрО11И1вЛйН:ие , иашряжение ina nipio-Meжу|Т1ке 6 ловьюипся до V,(f)V.. Под дейстннем это:г;о На1П|ряж.ания в момент /2 .произойдет ирабатываиие прюйгежутка 6. Воли за .црамежутак врал-шни tz-ti произойдет снижение напряжения на разряднике и срабатывания Н1рамеж1утка 6 :не произой1дет, то последующем 1он,иже1ни1и напряжения до Уп так .Чарез юолрюти влвпия // и 13 (R и Riz) уменьшится до 1нуяя (иа самом деле до долей ма), дуга .в п|рс1межутке 12 логаюнет, и раэрядипк вер-нстоя в 1нар1малнное состоЯ:Н ие. Необходимо также отметить, что снижение напряже1Н1И Я гна раз рЯ|Д1ни(ке может пр 0нзойт1и и БСЛ0дст ВИ1е большой величины тока /2, выбира1ОИ1епаоя И|3 л1слов1Н(я пропуокной опосоонооти стабиии-трон1нь х ii,enoi4eiK. (2) ,5/3,, где 15 - величима соп|роти(ви1.ан1ИЙ 15. Если , то практин-ааки асе (наиряжение падает на прО1меж у;так 7, и в м омбнт /з п|рои 3 ойдет его .орабатывание. Отказ ор абатывания |Про:межуггка 7 (практиншки исключается, так KiaiK на него дей1ствует слишотом ,высо.кое Изпряжеиие. После орабатыва1Н1ия все напряжан1ие ляжет .на сапроти1вление 14 и, следов ательно, на лромежутак 5, ор-абатьшание KOTapOiro в : шмент з п|ри1вадет к закорачиванию устаиовюи, т. е. за1ве рШвнию работы р азряд1нч 1ка. Пр,п .выборе ,вел1Н ЧИ:н сощротивлепий 13-15 нужно И1СХОД1И1ТЬ из следующего: сли|щко1.м высокие вел1ичи1ны этих сапро:ти1влений мо;гут npinвести iK yxjwmeiHiHio вольт-;сак у1нд1ной характеpiHioTiHiKH р азряд1Н1И1ка всладств1ие задержк т з арядки napiasiHiTHbix е1М1К1о:стей разрядиик.а, а слишком малые вес11ичи1ны этих С01проти1влеи11 1й ариведут к пер-егрузке стабиш1Ивирующ.нх цепочек. ПрИ вьиборе (вел1И1Ч1Н1Н указа1Н(ных сопротивлений целесообразно исходить из величины тока /2 пооядка 5-10а, а тока 1 порядка 20-ЗОд. ПрИ1М:енен1иам стабил.итр|0Н1ных цепочек, помаьмо четкого р аСП1ределе1Нля иапр.яжания по элементам разрядника л возврата разряд1Н1И1ка в нор-мальн.ое состояиле после Ч1астнч1ного cipaбатываиия (ара баты1ва:ния шромежутка 12, достигается еще и уманьшанч е разброса нацряженИЯ юрабатыБа1ния р аз|рядн1И1ка. Абсолютные ,вел ИЧИ1ны среднек1вад1ратичных р1азбро.сов на.пряжен;ия срабатывания разряд1Н1Нка и HicKpOiBoro Н рО1межут1к.а 12 .чнсчпенно раяны, так ка1к коэффИ1П;иен:Т нелг11неЙ1ности . стабилизирующих .цепочек лрактическн равен а 0 и для сонр.отивлевия 11а. О т носи тел в ел1Ич;ПН а с р е дн вкв а д р а ти ч Hioro разброса на.лряжетгя ор абаты:ва1Н«я разрЯД.ика (В процентах граВна ст(Ур„)(У... где а (Уро) % и ст (Ур) % - среднеквадратичные р-азбросы разрядных 1налр|Яже Ннй р.азрядни.ка и промежутка 12 соошветствеино. Некоторые защитные аппараты прео:бра: овательных установок постоя:н нОго должны орабатывать при 35-40%-iHOiM повышани.н напряжений ITO отношению к рабочему напряжению ycTaiHOfBK.H. OcyщecтBvTeнlиe пoджiIIтaюЩ1ИХ промежутков, удовлетворяющи х этому требованию в обычных .схемах разрядаинков с равномерной шунткровкой, овяза.но с определевньгми трудностя ми, вьгзва1Н1НЫ.М1И .необходимостью предотвращен.ия короны, обеслечания небольшого разброса напряже1на Й срабатывания ;П Т. Д. В .предлагаемой схеме запальный элелтент разряжен по (Н апрялсению в рабочем режи.ме, что уп рощает требо1ва:н ня, предъявл.ясмыс к поджигающему про гежутку, обеспечивает снижееие разброса разрядника напряжений.

Кол.и чесшзо злемеитаз р:а3|р5гд1Н1ика выбираетVpo.

ся ,в 3aiBH(C«.,H от отношан дя - ,- При опвоVltу

ше1Н1Иях .,5 по;сл-е арабатыаашия цромежуика 12 лере1н:а1П р:яже1Н1И1Я на гЛа аны1Х щрюмеж)1Т1ка,х 6 а 7 б уд|ут opaimiHTaibiHio «ебольшие. Зтю может Л1р.иввот1и ж з адаржке и;х cipai6iaTbiBaiHiHiH, а следювателыно, к ужущшейию вюиыговмундной xaip-aiKTepiHicmniKH раз|р1Я|Д|Н1И1ка. По|этоМУ для уВеа 1Че1ния пе,ре1На1П1ряже)ний на главных црюм ежутмак иеабхсд шмю увеотичешие коЛ1Ичест1ва эл ам-еитов со ста1биш1И13н|р1у.Ю|ЩИ1М1и цепочисами.

При отношениях-гр- -2 после ар|а1батыван(ия

Va

пра-меж1ут1К101в 75, 6 н 7 (на цр амежут ок 5 действует небольшое перенапряжение.

:В этом сл:у1чае целеюообразно нваколыко видоизменить cxeiMy эдеманта / (см. фиг. 3).

В ipai5oi4eM ;реж1И1.ме иа сопрошищЛании 16 и 17 ваиряжение paiBHio 1Н|ул1Ю. Оап|р1огпи1влещи1я /б и 17 имеюгг npiHiMieipiBo iOH«mawaBiy io вешииину. Пасяе ораб атьпБ ания п1рО1М|&жу ток 12 иа промежутке 19 деЙ СТ1В|уе1Т двойное :П,е1ре1Нап|ряжин«е. Да:л1ге п ромежуггжи 6 и 7 (рра батыдаа ют ло последов ат-епынизюпи, о1пи1са1Н1Ной выше фиг. 1. После сра1б атыва1Н1 я этих пр-амежутиов ,Hia mpoмежутск IS будет дей1ст|&авать лереяаиряжение :с а,м:пл1итудой, раза большей, чем на промежуток 5|на фиг. .

Гла131ные П1ро межутк и должны иметь высокую те р1М1И1чваиую и дигаамич-еимую устойчиваоть для 1П|р;о1пу10кагаи.я токов короткого эаьмыKiaiH H. К 1ваиряж©ниго сра:батьгва1ни.я этих дромежутков Л(редъявляюп1ся облегченные требоваии-я, а имэнио: м-акаималиный разбрюс piasРяд1ных :н1а п|ряже1ний с учетам MieiTieoipo oriHMeоких усл1ав1Ий и |И13№а1ШИ1ва(Н|Ия электродов после М11юла1с1ра;т1й01го яра батьиващия доас«вн быть не 30%. Ко1Н1ст|руютйвн10 они MOinjT быть Бьгаолаюиы о:т К1ры;ты1ми в виде ро:го,вых или оторжнавых лромежутЕоов с /м-асссгйньими стальнЫ.уни электрода1ми .ил; за;нрыты М и с вр-ащающей,ся дугой.

пред м е т и з о б ip е т е и и я

Разрядник для защиты от перенапряжений,

нарремeip, раюпределштеяьных ил1И .npeo dip asoвателинььх установок лервдал электрической зне/рлии, содержа-щий .гл анную деть, об.разоеанпую пасле Д01ва1тель но С10ади1Нан1нъ11М.и о иовыми п р-змежуткаага и С1вя;зан1ную с .ней aiKrraiBVIые caHipOTMiBJieiHiHiH допомюгателыную цепь, BKvTiO4aiomyio в сабя лсджигагощее устройство, состоящее из лараллельно сОЗДИ1не; 11ных а1кти1ВHioro Л1К1ней«Ю ГО сопротивления .и поджн1гающего 0рю л ежут1юа, подклюгаавного также параллелыно од1Н10;.му :И13 у1каза1Н1нтлх силовых Л|ро1межут1ко|в, отличающийся тем, что, с целью жесткого распределения напряжения ,между его 5лемента1м:и, ум.е1ньшан я раэбрюса разрядного Н1а.п ряже1НИ1Я, разаруздаи поджигающего промеЖ1утаа от |Н1аорЯЖ0н(ЯЯ в рабочем режиме и обеспечения самопогасапля при кратковременных перенапряжениях, во вспомогательной цепи установлены полупроводниковые симметричные стаб1 лизирующие приборы, соедпненные последовательно с указанным поджигающим устройством.

fuZ.S

« 23 22

26 25 22