Разрядник для защиты от перенапряжений Советский патент 1978 года по МПК H01T5/00 

Изобретение относится к злектротех нике, а именно к разрядникам для зашиты от перенапряжений.

РЬвестен разрядник для з.:ащнты от пе ренапряженийг содержащий изоляционный корпус с токопроводящими выводами, к которым подключены установленный в указанном корпусе параллельно соединенные нелинейный калибровочный резистор и, по крайней мере, один разрядный блок выполненный в виде, по крайней мере,

, одного искрового промежутка .

Однако этот разрядник имеет недостаточно высокую надежность работы в условиях загрязнения и увлажнения наружной поверхности изоляционного корпуса. Это вызвано тем, что в условиях загрязнения и увлажнения загрязняющее вещест во становится проводящим, пр1«ем вслед ствие неравномерности смачивания и час(Тичных разрядов распределение напряже: ння по поверхности корпуса становится резко неравномерным из-за быстро изменяющейся поверхностной проводимости, Это приводит также к увеличению протекающих черэЕ калибровочные резисторы емкостных токов утечки и повышению ; на перенапряжения, способного вызвать пробой тскровых промежутков разрядных блоков при нормальном режиме рабс-ть- защгшшемого оборудования. Выполнание калнброЕочн151Х резисторов нелинейными с коэффициентом нелинейности порядка 4„ 5 уменьшает действие aarpsisнения корпуса, но не исключает возможность перекрытия искровых промежутков в тех случаях, когда емкостные токи утечки сильно увеличиваются.

Простое уменьшение сопротивления калибровочных резисторов позвол яе1 добиться проЗекання тока через них большего по сравненшо с емкостными токами утечки. Однако это будет приводить к избыточному OMj- jecKOMy нагреву разрвдника.

Перегрева можно избежать используя для калибровочных резисторов материал с более высоким показателем налинейнсюти, например порядка 45, а именно материал на основе окиси 1инка, но такие материалы неустойчивы при длительном воздейст вии перемеш1ых токов, а также постоанных токов, приводящих к разрушению резисторов. Цель изобрет-ення повышение надежности. Это достигается тем, что предлагаемый разрядник для аащгггы от перенапряжений, содержащий изоляционный корпус токопроводящими выводами, к которьгм подключены установленные в указанном .корпусе параллельно соединенные нелиней ;ный калибровочный резистор и, по крайней мере, один разрадный блок, выполненный в виде, по крайней мере, одного .искрового промежутка, снабжен дополни1тельным нелинейным калибровочным резнстором, подключенным параллельно уко занному нелинейному калтгброзочиому резистору, к.оз(Ьф шттеь 1ы нелинейности П и Hji калибровочно1-х и дополнительного калкбровсягкого резистопоо выбраны в соотнои:9ияк п,-, / п i 5-2. Предусматриваются; .сариакТЬ, когда дополнительный нелкне{1НЫ Э калибровочный резистор выпопнэк из окиси металла. & -частности КЗ окиси i.Htnia, при нелинейный калибровочный резистор предлагается выполнить из карбщда креыншь . Кроме того, разрядный блок можег быть .снабжен, по кра11ней мере, одним токоограничивающим нелинейным резистором, вклю ;ченным последовательгю с указаитлм искровым промежутком. ; образом в новом разряднике па раллельно разрядному блоку подклзочены как калибровочный резистор с относитель но низким коэфф1{Циентом незшнейнйсти, так и капнбровочкьгй резистор с относительно высоким коэффициентом нелш-1ейНости, что ликвидирует кеусто№пшость териала высоколинейных резисторов, На фкг, 1 представлен фронтальный ра рез части предлагаемого разрядника; на фиг. 2 - вид сбоку на внутренние ча ти разрядншса, представленного на фиг. 1 на фнг. 3 принципиальная схема разряд ншса; на фиг, 4 - вольт амперная характ ристика разрядника, представленного на фиг. 1-3; на фиг, 5 - второй ва.икант ра рядника, согласно которому последовательно калибровочному резистору с относительно высоким показателем нелинейно ти; включен линейный резистор; на фнт 6 вольт-амперная характернстика варианта разрядника, представле1-ного на фиг. 5, Первый вариант разрядника (фиг, l-o содержит изоляционный корпус 1 с тскс-,;пооводящими выводами 2 (фнг. 3). к ког-орым подключены собранные в колонны разрядные блокл, состоящие из последовательно соедшеаных искровых промежуо:- ков 3 и токооградичиваюшнх резйсторок 4, Параллельно STKrvi. разрядным блока л. подкл10чень: допоякитеяьнь й калибоо/ сч-вый резистор 5 с отнесительно .:ш показателем нелинайности и калюЗрозоч- ный резнстор 6, Разрядный блок с калиаровочными резнс орами образуют модуль. Пары 1Ж)дулей установлены на изоляцвон1-1ЫХ прокп,эдках 7, зажаты меноду u&i-afiлическимн пластинами 8 н соединены пое« ледовательно с помощью диагональной металл1Кеской лекты 9, проходшцей д между двумя тошц-1ми металл1-1ческ.ими контак- ЭТ1ЫМК пластинам 10,как1.цая из которых раэметдегш ме21€ду прозсладкой 7 п нелИ нейным тбкоограничивающим резистором 4. Электроды искровых промеасутков 3 расположены внутри керамических опор ных дисков (не показаны). Калибровоч ный резистор 6 представляет собой стержень, выполаонный на материала па основе карбида крег-лния ,и снабженный металлЕГческими концевыми колпачками для обеспечения злектрнческого контак та. .Шдша его -- около 5 см., диаметр -порядка 1 см, а ксэйфгщиент нелинейности около 4,5, Калибровочный резистор 5 представляет собой кругл125й , етерже1Лз, выполненный из материала на основе окиси цинка снабженный серебряным покрытием на концах для обеспечения электрического контшгта-с зажимами 11, которые смон-. ткгюваны на пластшю 8 крепления и КОЕ такткой тшастине 10 соответственно. Длина его - около Ю см, диаметр ™ по ря,п.:к:а 1,6 ciM, козффгщиеит нелинейности - около 45, На фиг. 3 njTiKTHpOM показаны составляющие емкостной связи течки переменного тока, связанные с загрнзнением корпуса 1 разрядника, а именно геометричес;хие емкости 12. 13 и 14 модулей, кото«рые включают, в частности, емкости искровых промежутков 3; емкости 15, 16 и 17 связи калздого модуля с . корпу сом i, емкости 18, 19 и 20 самого корпуса 1; емкости 21, 22 и 23корпуса 1 на землю. Модули разрядника очерчены пунктирным прямоугольником 24. Когда разрядн}П ; работает в стационарном режиме на рабочем напряжении калибровочный резистор 6 с Н153ким коэффициентом нелинейности пропускает через себя ток порядка 1 млА, так что загрязненной покрьпики не значип-ельг но скааываетса на распределение напря ;:;ения, .Через калибровочный резЕстор 5 с высоким коэффициентом нелинейности в этом случае проходит очень маленьк1{й ток порядка нескольких микроампер, недостато-чный для разрушения этого резисfopa 5, Когда загрязнение корпуса i раз рядншш приводит к значительному увеличенжо емкостного тока утечкИв почти весь этот ток про-текает через резистор 5j а остальная часть тока «- через резис гор 6. Так как коэффициент нелинейност резистора 5 велик, напряжение на нскровьзх промежутках 3 остается ниже пробивного и они не пробива1дтоя. На фиг. 4 представлены аольт« мпер- ныв карактеристики 25 и 28 соответетвенко р©зистороБ 6 и 5, По оси абсцисс отложены логарифмы тока в амперак ( )j проходншего через резисторы а по оси ординат - номинальные значения напр5Ш;ений (U ном мод) на модуле 24 разрядника. Из двух Kpiffibis; 25 и 26 MOJKHD видеть, что при нараллеяьном сое динекии резисторов 5 и 6, когда напря- ;«ения на нйх равны, почти весь ток на рабочем напряжении, соответствующем 80% номш5ального значения, проходит по резистору 6 с низким козффш1иентом нелинейности. Когда ток увеличиваетса настолько, что напряжение возрастает до 10O%j он делится поровну между резне-юрамн 5 и 6. При напряжениях, превышекнмшс 1ОО% от номинального напряжения, основнаа часть тока проходит через резистор 5, В практш-геских цепях можно рассматривать результирующую кривую для параллельного соединения резисторов 55вляющуюся сочетанием частей крквык 25 и 26 к отмеченную на фиг, 4 штрихпунктиром. Таким обрезом резистор 5 с высоким коэ фивЕиентом нелинейности пропускает значительную часть тока только на ноМ1таельном напряжении или около него. Поскольку разрядное напряжение искрового промежутка 3 обычно составляет по меньшей мере, 125% от номинального напряжения, то его пробоя не происходит При напряженнях, значительно превышающих номинальное напряжение разрядника, т.е. когда пробивное напряжение разрядника превышает номинальное, например alj 35 раза, предразрядный ток, проходящий через калибровочные резисторы 5 с высоким коэффициентом нели- нейностИг может стать нежелательно высоким и ггривести к их чрезмерному перегреву, Ддя избежания этого предусмотрен вариант разрядника, согласно которому последовательно с калибровочным резистором 5 включен линейный резистор.. Величина сопротивления последнего выбрана из условия прохождения черва него и резистор 5 предразрядного тока, не превышаюшего максимальное значение йредельно допустимого тока через резистор 5, и составляет величину порядка 1 тыс.оь; при этом номинальная мощность резистора составляет около 2 Вт. Fia фиг 5 показана часть модуля разршника, Б котором зажим 11, предназна ченный для закрепления резистора 5,прйк- репляет-ся к удлиненному изоляционному элементу 27, крепящемуся к контактной пластине IX). Параллельно изо шцнонному элементу 27 при обеспечении электричесг сого контакта с зажимом 11 и контактной пластиной 10 подсоединен линейный резистор 28. Влияние линейного резистора 28 на вольт-амперные характеристики соответствующих кал15бровочных резисторов ил- шострируетсЕ фиг. 6, которая подобна фиг. 4, за исключением пунктирной кривой 29, ссответствующей вольт-ампэрной характеристике линейного резисторе 28. мохшо В1здеть что непосредственно перед разрядным напряжением, которое в STOM примере выбрано равным примерно 135% от номинального напряжения, напряжение на линейном резисторе быстро становится значительным, способным огран -чить ток, проходящий по лоследова- . тельно соединенному с ним -калибровочному резистору 5, Предлагаемый может быть выполнен с любым числом зазоров и пригоден для применения без токоограничиваюши: не линейных резисторов в разрядных блоках. При использовании изобретения снижается стоимость изоляционного корпуса, так как eixi можно делать меньшего диаметра и с менее развитой наружной поверхностью. В качестве материала калибровочного резистора 6 может применяться не только карбид кремния, но и любой другой материач с коэфф1щиентом нелинейности такого же порядка и даже с коэффициентом нелинейности, равным 1, т.е. резистор 6 может быть и линейным. Параллельное подключение резисторов 5 и 6 согласно данному изобретению по- вьшает устойчивость высоконелинейных резисторов 5, так как npHpa6o48N напряжении ток через них составпяет всего лишь порядка десятков микроампер. Форм.ула изобретения 1. Разрядник для зажиты от перенапрялсений, содержащий изоляционный корпус с токопроводящими выводами, к которым .подк/иочены установленные в указанном корпусе параллельно соединенные нелинейный Калибровочный резистор и, по крайней мере, один разрядный блок, выполненный в виде, по крайней мере, од ного искрового промежутка, отлича ющийся тем, что, с-целью повышения надежности, он снабжен дополнитепь- ;. 4;.in.;.::iij;i : f кап и;ровочиь1л; иозкссопом, пол ключ еняъп-л Пбралпе г5Ы1О уксизпн-ному нелинейному калибровочному резнстору; iipH40ivj когя :фнц1гегггы нелипе л-юстн П|И ПА соотцслстванно каднбровоч гого и лополкптельного калибровочного резисторов аыбраиьг в соотношении П ,/Л j .2. 2 Реарядник по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что дополнительный нелинейный калибровочный резистор выполнен из окиси металла. 3. Разрядник по пп. 1 к 2, о т л н чающийся теы., что дополкитеяь,ный нели ейный калибровочный резистор выполнен 123 окиси цинка. 4о Разрядник по пп. 2иЗ, отличающийся тем, что нелинейный ка либровочный резистор вьшолнен из карбида кремния, 5. Разрядник по пп. 1-4, отличающийся тем, что разрядный блок снабжен, по крайней мере, одним токоогран -1чившощим нелинейным резисTOpoMj включенным посладовательно с указанным искровым промежутком. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Шишман Д. В. и др. Вентильные разрядники высокого напряжения, М,, Энергия, 1971, с. 171, рис„ 4-19.