Устройство для защиты от перенапряжений сетей постоянного тока

 

Сущность: устройство состоит из ключевого элемента, конденсатора и элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения. Ключевой элемент представляет собой искровой промежуток, последовательно с которым включен элемент, поглощающий энергию и имеющий емкостный характер. Устройство позволяет обеспечить надежную работу при различных характеристиках возникающих импульсов перенапряжений, обеспечивает возможность работы на различных классах напряжения и способствует снижению остающегося напряжения на защищаемом оборудовании. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты электроустановок и сетей постоянного тока от перенапряжений.

Известно устройство для ограничения перенапряжений [1], содержащее нелинейные резисторы и искровой промежуток. Недостаток устройства - высокий уровень остающегося напряжения, которое определяется произведением тока, протекающего через нелинейный элемент, на его сопротивление.

Лучшие результаты могут быть получены при использовании устройства, содержащего ключевые элементы и конденсаторы [2]. Недостаток устройства - использование в качестве ключей полупроводниковых элементов, надежность работы которых в значительной степени зависит от амплитуды и скорости нарастания напряжения и тока, воздействующих на элемент. Поскольку характеристики возникающих импульсов перенапряжений, как правило, неизвестны, поскольку невозможно достаточно обоснованно произвести выбор типа полупроводникового элемента.

Цель изобретения - повышение надежности устройства, расширение области его применения и снижение остающегося напряжения на защищаемом оборудовании.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем первый конденсатор и полупроводниковый ключевой элемент, срабатывающий при возникновении перенапряжения на защищаемом оборудовании, последний для повышения надежности работы устройства и расширения области его применения заменен искровым промежутком, последовательно с которым включен элемент, поглощающий энергию импульса перенапряжения. Входное сопротивление этого элемента для обеспечения максимального снижения остающегося напряжения должно иметь емкостный характер. В качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения, использован трансформатор, нагрузкой которого является второй конденсатор. С целью повышения надежности работы устройства путем подавления возможных феррорезонансных перенапряжений в первичной обмотке на ее выводы включен первый резистор, а для ограничения феррорезонансных перенапряжений во вторичной обмотке трансформатора параллельно второму конденсатору подключен второй резистор. На чертеже представлена схема устройства.

Устройство для защиты от перенапряжений сетей постоянного тока содержит искровой промежуток 1, один из электродов которого соединен с защищаемым объектом, а второй подключен к одному из выводов первого конденсатора 2. Второй вывод первого конденсатора 2 соединен с первым выводом элемента, поглощающего энергию импульса перенапряжения 3, второй вывод которого заземлен. В качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения, использован трансформатор 4 с первичной 5 и вторичной 6 обмотками, нагрузкой которого является второй конденсатор 7. Параллельно первичной обмотке 5 трансформатора включен первый резистор 8, а параллельно второму конденсатору 7 на вторичную обмотку трансформатора подключен второй резистор 9.

Устройство работает следующим образом. При появлении импульса перенапряжения искровой промежуток 1 пробивается, и в цепи, состоящей из последовательно включенных первого конденсатора 2 и элемента 3, поглощающего энергию перенапряжения, возникает ток. Напряжение на каждом из этих элементов, а следовательно, и поглощенная ими энергия распределяется прямо пропорционально величине их комплексных сопротивлений.

Применение трансформатора, нагрузка которого имеет емкостный характер, в качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения, вызвано следующими соображениями. Во-первых, для максимального снижения напряжения на защищаемом оборудовании в момент появления перенапряжения параллельно защищаемому объекту нужно подключить конденсатор, напряжение на обкладках которого, как известно, не может изменяться скачком. Во-вторых, учитывая то обстоятельство, что наибольшую опасность для оборудования представляют волны перенапряжений, имеющие крутой фронт, целесообразно сгладить фронт импульса перенапряжения путем подключения конденсатора параллельно защищаемому объекту. В-третьих, применение трансформатора позволяет использовать для поглощения энергии перенапряжения конденсаторы, рабочее напряжение которых во много раз меньше класса напряжения защищаемого оборудования.

Таким образом, для достижения поставленной цели необходимо, чтобы сопротивление защитного устройства имело емкостный характер, что и обеспечивается в данном случае.

Вольтамперная характеристика трансформатора с железным сердечником имеет ярко выраженный нелинейный характер, что в ряде случаев может привести к феррорезонансу токов в параллельном колебательном контуре, образованном вторичной обмоткой 6 трансформатора 4 и вторым конденсатором 7. На вторичной обмотке трансформатора может иметь место значительное повышение напряжения, обусловленное резким увеличением сопротивления контура, опасное для изоляции трансформатора. Для ограничения этого напряжения в контур дополнительно вводится второй резистор 8, подключенный параллельно второму конденсатору 7. В первый после пробоя искрового промежутка момент времени скорость изменения тока в цепи, образованной искровым промежутком 1, первым конденсатором 2 и первичной обмоткой 5 трансформатора 4, максимальна. В этом случае даже при малой индуктивности первичной обмотки на ее выводах возникает значительная разность потенциалов. Для защиты первичной обмотки производится ее шунтирование первым резистором 9. Первый конденсатор 2 предназначен для гашения дуги сопровождающего тока. Гашение производится следующим образом. По мере зарядки первого конденсатора 2 разность потенциалов на его (обкладках) выводах возрастает по экспоненциальному закону. Разность потенциалов между электродами искрового промежутка 1 уменьшается и в какой-то момент времени становится недостаточной для поддержания горения дуги. Дуга гаснет и устройство отделяется искровым промежутком (видимым разрывом) от защищаемого оборудования.

Таким образом, устройство обладает высокой надежностью, позволяет ограничивать перенапряжения, возникающие в сетях постоянного тока, и может быть использовано для защиты оборудования различных классов напряжения.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ СЕТЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее ключевой элемент и включенный последовательно с ним первый конденсатор, отличающееся тем, что, с целью снижения остающегося напряжения, повышения надежности и расширения области применения, в устройство введены включенные последовательно с ключевым элементом и первым конденсатором элемент поглощения энергии импульса перенапряжения и установленный параллельно ему первый резистор, причем в качестве ключевого элемента использован искровой промежуток.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент поглощения энергии импульса перенапряжения содержит трансформатор, параллельно вторичной обмотке которого подсоединены включенные параллельно друг другу второй конденсатор и второй резистор, при этом один конец первичной обмотки подключен к первому конденсатору, а другой заземлен.

РИСУНКИ

Рисунок 1