Устройство для защиты потребителя от перенапряжений в сетях переменного тока

 

Использование: в электротехнике, в частности в электрических сетях переменного тока, в которых могут возникать перенапряжения при нормальном режиме работы системы электроснабжения или в результате аварии. Сущность изобретения: устройство содержит пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, являющийся одновременно защитным устройством. Исполнительный орган состоит из диодного моста с силовым тиристором, в цепь управления которого включен полевой транзистор. Сток полевого транзистора соединен с анодом тиристора, исток - с управляющим электродом, а затвор - через делитель напряжения на резисторах и выпрямителю сетевого напряжения, который состоит из диода с накопительным конденсатором и пороговым элементом, включенными параллельно между затвором транзистора и анодом тиристора. В устройстве достигается повышенная надежность и перегрузочная способность по напряжению, минимальные потери мощности на потребителе, защита от перенапряжения при первоначальном включении. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим сетям переменного тока, в которых могут возникать перенапряжения при нормальном режиме работы системы электроснабжения или в результате аварии, и используется для защиты потребителя от перенапряжений.

Известны устройства защиты потребителя от перенапряжений, содержащие пороговый элемент и подключенные к нему исполнительный орган, выполненный на двух встречно-параллельно соединенных тиристорах, которые шунтируют потребителя в случае перенапряжения, а в питающей сети наступает режим короткого замыкания, в результате чего срабатывают аппараты защиты от короткого замыкания (авт. св. СССР N 630695).

Для восстановления работоспособности устройства необходимо заменять предохранители или включать автомат защиты. В результате этого происходит значительная потеря информации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является устройство для защиты электропотребителя от перенапряжений, содержащее пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, выполненный из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, имеющее трансформатор, согласующие тиристоры и защитные встречно-параллельно соединенные тиристоры, включенные последовательно с потребителем электроэнергии.

При возрастании напряжения в питающей сети до предельной величины с выхода порогового элемента выдается сигнал на управляющие электроды тиристоров, которые отпираются и шунтируют вторичную обмотку трансформатора. При этом уменьшается напряжение, поступающее на управляющие электроды согласующих тиристоров, которые запираются, а, следовательно, запираются и защитные тиристоры, а напряжение в питающей сети потребителя снижается до нуля. После снижения питающего напряжения работоспособность потребителя автоматически восстанавливается.

Недостатки такого устройства наличие трансформатора, работающего при срабатывании защиты в режиме максимальной нагрузки, что снижает надежность и ограничивает возможность работы устройства при многократном превышении напряжения питающей сети. Питание цепей управления защитных тиристоров пониженным напряжением сети от трансформатора снижает скорость нарастания тока на управляющих электродах, что приводит к некоторой задержке включения тиристоров в каждом полупериоде напряжения сети, а это приводит к потере мощности на потребителе. При первоначальном подключении к сети с повышенным напряжением к потребителю поступает как минимум один полупериод повышенного напряжения сети, т. к. пороговый элемент срабатывает при достижении заданной величины напряжения, в то время как защитные тиристоры уже открыты управляющим током, и это может привести к выходу из строя потребителя при значительных перенапряжениях сети.

Техническая задача изобретения является повышение надежности, перегрузочной способности по напряжению, снижение потерь мощности на потребителе и защита его при первоначальном подключении к сети с повышенным напряжением.

Задача решается тем, что в устройстве для защиты потребителя от перенапряжений в сетях переменного тока, содержащем пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, новым является то, что исполнительный орган служит одновременно защитным устройством и состоит из диодного моста с силовым тиристором, в цепь управления которого включен полевой транзистор, сток которого соединен с анодом тиристора, а исток с управляющим электродом, а затвор через делитель напряжения на резисторах подключен к выпрямителю сетевого напряжения на диоде, при этом пороговый элемент и накопительный конденсатор включены параллельно между затвором транзистора и катодом тиристора.

Достигается повышенная надежность и перегрузочная способность по напряжению из-за отсутствия трансформатора, работающего в режиме максимальной нагрузки при повышенном напряжении сети, минимальные потери мощности на потребителе за счет высокой скорости нарастания тока управления силового тиристора путем приложения полного выпрямленного напряжения сети между его катодом и анодом. Защита от перенапряжения при первоначальном подключении к сети с повышенным напряжением осуществляется за счет превышения времени заряда накопительного конденсатора над временем открытия тиристора на каждом полупериоде сетевого напряжения.

На чертеже представлена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для защиты потребителя от перенапряжений в сетях переменного тока содержит потребитель электроэнергии 1, исполнительный орган, являющийся одновременно защитным устройством, состоящий из диодного моста с диодами 2, 3, 4, 5 и силовым тириpистоpом 6, в цепь управления которого включен мощный высоковольтный полевой транзистор 7, сток которого соединен с анодом тиристора, а исток с управляющим электродом. Затвор этого транзистора через делитель напряжения на резисторах 8 и 9 подключен к выпрямителю сетевого напряжения на диоде 10. Накопительный конденсатор 11 и пороговый элемент 12 включены параллельно между затвором транзистора 7 и катодом тиристора 6.

Устройство работает следующим образом: при напряжении сети, меньшем предельной величины, силовой тиристор 6 открыт в течение каждого полупериода за счет тока управления, протекающего через постоянно открытый полевой транзистор 7 и управляющий электрод, при возникновении выпрямленного диодным мостом 2, 3, 4, 5 положительного напряжения сети, приложенного между катодом и анодом тиристора, и потребитель 1 подключен к питающей сети, так как положительный полупериод проходит через диод 2, тиристор 6 и диод 5, а отрицательный через диод 4, тиристор 6 и диод 3. При этом скорость нарастания тока управления максимальна, так как до открытия тиристора 6 между анодом и катодом вначале каждого полупериода приложено полное напряжение сети, а сопротивления катод-управляющий электрод тиристора 6 и перехода сток-исток полевого транзистора 7 в открытом состоянии малы, что приводит к минимуму временя включения тиристора в начале каждого полупериода сети, а следовательно, к минимальным потерям мощности на потребителе, близким к теоретически возможным. При открытии тиристора 6 ток управления падает практически до нуля, так как напряжение между катодом и анодом очень мало. Полевой транзистор 7 постоянно открыт положительным напряжением на накопительном конденсаторе 11, заряженном через делитель напряжения на резисторах 8 и 9 частью выпрямленного диодом 10 напряжения сети. При возрастании напряжения сети выше предельного пороговый элемент 12 разряжает накопительный конденсатор 11 до нуля, что приводит к закрытию транзистора 7 и силового тиристора 6, и потребитель 1 отключается от питающей сети, при этом предельное напряжение может многократно превышать номинальное напряжение сети и ограничено напряжением пробоя силового тиристора 6, полевого транзистора 7 и диодов 2, 3, 4, 5.

При первоначальном подключении к сети с повышенным напряжением силовой тиристор 6 закрыт, так как время заряда накопительного конденсатора 11, а следовательно, и открытия полевого транзистора 7, многократно превышает время срабатывания порогового элемента 12, при этом пороговый элемент 12 разряжает конденсатор 11, и потребитель 1 защищен от перенапряжения.

При использовании данного устройства достигается повышенная надежность и перегрузочная способность по напряжению, минимальные потери мощности на потребителе (до 1% в опытных образцах), защита от перенапряжения при первоначальном включении.

Формула изобретения

Устройство для защиты потребителя от перенапряжений в сетях переменного тока, содержащее пороговый элемент и подключенный к нему исполнительный орган, отличающееся тем, что исполнительный орган, являющийся одновременно защитным устройством, состоит из диодного моста с силовым тиристором, в цепь управления которого включен полевой транзистор, сток которого соединен с анодом тиристора, исток с управляющим электродом, а затвор этого транзистора через делитель напряжения на резисторах подключен к выпрямителю сетевого напряжения на диоде с накопительным конденсатором и пороговым элементом, включенным параллельно между затвором транзистора и катодом тиристора.

РИСУНКИ

Рисунок 1