Ограничитель напряжения

Использование: для эффективного ограничения кратковременных и долговременных перенапряжений. Технический результат заключается в обеспечении компактной модульной конструкции с одновременным повышением надежности работы ограничителя напряжения. Ограничитель содержит варистор (1) и подключаемый параллельно варистору разгрузочный путь. Разгрузочный путь содержит выполненный предпочтительно в виде полупроводникового переключателя и нагружаемого длительным током распределительного устройства (4), которое выполнено с возможностью замыкания при превышении предельной величины сигналом, зависящим от рабочих параметров варистора. Варистор (1) расположен в первом отделении (24), а распределительное устройство (4) - во втором (28) из двух расположенных на расстоянии друг от друга в направлении оси (20) отделений (24, 26, 28). В находящемся на определенном потенциале третьем отделении (28) расположены средства (5) для приведения в действие распределительного устройства (4). 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к ограничителю напряжения в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Этот ограничитель напряжения служит для ограничения коротких или долговременных перенапряжений. Он имеет варистор и подключаемый параллельно варистору разгрузочный путь. При действующих длительное время перенапряжениях приводится в действие находящееся в разгрузочном пути распределительное устройство и коммутирует проходящий при ограничении перенапряжений через варистор ток в разгрузочный путь.

Уровень техники

Изобретение основывается на ограничителях напряжения, указанных в ограничительной части формулы изобретения, таких как описаны, например, в US 4068281 А. Описанное устройство ограничения имеет варистор 10, параллельно которому включен разгрузочный путь с полупроводниковым переключателем. При возникновении длительно действующего перенапряжения через варистор протекает ток, который после задаваемого времени задержки коммутируется в разгрузочный путь за счет короткого замыкания полупроводникового переключателя. Короткое замыкание достигается с помощью термистора 15, включающего полупроводниковый переключатель в зависимости от температуры варистора по истечении времени задержки.

Другой ограничитель напряжения раскрыт в FR 2716307А. На фиг.2 этого документа показан ограничитель напряжения с искровым промежутком 2, параллельно которому подключен разгрузочный путь с полупроводниковым переключателем 8. Зависящая от режима искрового промежутка 2 величина, а именно напряжение на искровом промежутке 2, измеряется управляющим устройством 9 и служит для короткого замыкания полупроводникового переключателя после заданного промежутка времени.

Ограничитель напряжения с несколькими ограничивающими напряжение элементами раскрыт в DE 4124321 А1. Если во время работы один из этих элементов перегружается, то с этого элемента происходит переключение на следующий ограничивающий напряжение элемент. Поскольку подключенный ограничивающий напряжение элемент при длительно действующих перенапряжениях также быстро перегружается, то этот ограничитель не подходит для длительно действующих перенапряжений.

Сущность изобретения

Изобретение, как оно сформулировано в формуле изобретения, решает задачу создания ограничителя напряжения указанного в начале типа, который отличается компактной конструкцией и высокой надежностью даже в сложных условиях работы.

Ограничитель напряжения, согласно изобретению, имеет осесимметрично выполненный корпус, по меньшей мере, с двумя находящимися на расстоянии друг от друга в осевом направлении отделениями, в первом из которых расположен варистор, а во втором - распределительное устройство. Кроме того, он содержит находящееся на определенном потенциале третье отделение, в котором расположены средства для приведения в действие распределительного устройства. За счет расположения компонентов ограничителя напряжения в отдельных отделениях обеспечивается компактная модульная конструкция. Одновременно за счет этого обеспечивается то, что энергетически нагружаемые компоненты, а именно варистор и распределительное устройство, отделены друг от друга в отделениях и тем самым их можно охлаждать независимо друг от друга. За счет того, что обычно работающие электронно исполнительные средства размещены в электромагнитно экранированном отделении, значительно увеличивается надежность работы ограничителя напряжения. При этом это отделение защищено, прежде всего, от нежелательных высокоэнергетических электромагнитных помех.

Особенно компактная конструкция и одновременно особенно хорошая электромагнитная совместимость обеспечивается тогда, когда третье отделение расположено между первым и вторым отделениями и в качестве исполнительного средства содержит управляющее устройство с входами, по меньшей мере, для одного сигнала, зависящего от рабочих параметров, а также для предусмотренных при необходимости других зависящих от рабочих параметров сигналов, с проверяющим условия переключения и создающим сигнал переключения запускающим блоком, воздействующим на распределительное устройство выходным сигналом, блоком обработки сигналов, обрабатывающим зависящие от рабочих параметров сигналы и/или усиливающим сигналы переключения усилителем. С помощью такого управляющего устройства можно очень точно управлять созданием сигнала переключения независимо от мешающих электромагнитных помеховых полей. За счет обработки подаваемых в блок обработки сигналов и/или за счет усиления сигналов переключения в усилителе можно дополнительно улучшить точность процесса. Дополнительное улучшение достигается за счет входов для дополнительных, предпочтительно внешних входных сигналов, а также за счет интегрированной в запускающем блоке электронной схемы или вычислительного блока для сопряжения зависящих от рабочих параметров сигналов и дополнительных входных сигналов в соответствии с алгоритмом управления, зависящим от условий переключения. Такой ограничитель напряжения можно с особым преимуществом использовать в железнодорожном движении, поскольку там, несмотря на возникновение сильных помеховых полей, при решении сложных задач ограничения необходима чрезвычайно точная и надежная работа ограничителя напряжения.

В качестве рабочих параметров можно использовать, прежде всего, проходящий через варистор ток, магнитное поле этого тока, остаточное напряжение на варисторе и/или температуру варистора. При выборе остаточного напряжения в качестве рабочего параметра управляющее устройство имеет запускающий элемент, активируемый выше предельной величины остаточного напряжения и выполненный в виде делителя напряжения или ограничителя напряжения, при выборе тока варистора или его магнитного поля в качестве рабочего параметра управляющее устройство имеет запускающий элемент, активируемый выше предельной величины тока или магнитного поля и выполненный в виде зависящего от силы тока или магнитного поля переключателя, а при выборе температуры варистора в качестве рабочего параметра управляющее устройство имеет запускающий элемент, активируемый выше предельной величины температуры и выполненный в виде зависящего от температуры переключателя.

Конструктивно простым образом первое и второе отделения расположены между двумя из четырех расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении и установленных перпендикулярно оси симметрии токопроводящих пластин. При этом две наружные пластины образуют, соответственно, один из двух токоподводов системы, а две лежащие между ними внутренние пластины электрически изолированы друг от друга и соединены электрически, соответственно, с одним из обоих токоподводов системы, а также с одним из двух токоподводов варистора и распределительного устройства. Если теперь первую из двух наружных пластин и первую из двух внутренних пластин стянуть с электрическим соединением с помощью первых винтов, а расположенную между первой наружной и первой внутренней вторую внутреннюю пластину и вторую из наружных пластин стянуть с электрическим соединением с помощью вторых винтов, то можно с помощью уже имеющихся несущих элементов корпуса ограничителя и без дополнительных удерживающих частей обеспечить эффективную защиту от внешних механических воздействий.

Целесообразно пропускать первые винты через отверстия во второй внутренней пластине, а вторые винты - через отверстия в первой внутренней пластине, при этом отверстия имеют больший диаметр, чем винты. Выполненный таким образом ограничитель напряжения можно изготавливать особенно просто, поскольку его несущие различный электрический потенциал части можно легко электрически изолировать друг от друга. В качестве изолирующего средства служит поверхностная изоляция, которая предусмотрена между одной из обеих наружных и одной из обеих внутренних пластин, и заключающая в себя одну из обеих внутренних пластин и проходящая между обеими наружными пластинами изоляция, которая предпочтительно образована из отвердевшей заливочной массы.

Электрически и магнитно экранированное третье отделение предпочтительно отделено от первой внутренней пластины, а также от промежуточной пластины, имеющей электрический потенциал и электрически соединенной с токоподводом варистора. В этом случае содержащее исполнительное средство третье отделение за счет образования клетки Фарадея особенно эффективно защищено от электромагнитного воздействия.

Существенная помощь при монтаже ограничителя напряжения обеспечивается за счет того, что в первую внутреннюю пластину вставлен центрирующий штифт, проходящий во второе отделение. Этот центрирующий штифт удерживает имеющее, по меньшей мере, один силовой полупроводниковый прибор распределительное устройство при изготовлении ограничителя напряжения и после его изготовления в заданном месте.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится подробное описание изобретения на примерах выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - принципиальная схема системы согласно изобретению для ограничения кратковременных или длительных перенапряжений U, содержащей варистор и подключенный параллельно варистору разгрузочный путь, который имеет распределительное устройство, управляемое с помощью рабочего параметра варистора;

фиг.2 - принципиальная схема варианта выполнения ограничителя напряжения согласно изобретению, показанного на фиг.1, в котором в качестве рабочего параметра для управления распределительным устройством используется зависящее от перенапряжения остаточное напряжение U_R варистора;

фиг.3 - принципиальный ход изменения возникающего в ограничителе напряжения, согласно фиг.2, остаточного напряжения U_R, вызываемого перенапряжением U тока I, проходящего через варистор тока I_V и протекающего через распределительное устройство тока I_S в зависимости от времени t;

фиг.4 - схема варианта выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.2 для применения с переменным током, с распределительным устройством, содержащим два включенных встречно-параллельно тиристора;

фиг.5 - схема варианта выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.2 для применения с постоянным током, с тиристором в качестве распределительного устройства;

фиг.6 - схема другого варианта выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.2 для применения с переменным током, с распределительным устройством, содержащим два включенных встречно-параллельно тиристора;

фиг.7 - схема варианта выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.1 для применения с постоянным током, с тиристором в качестве распределительного устройства, в котором в качестве рабочего параметра для управления распределительным устройством применяется проходящий через варистор ток I_V и температура Т варистора;

фиг.8 - схема варианта выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.1 для применения с переменным током, с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами в качестве распределительного устройства, в котором в качестве рабочего параметра для управления распределительным устройством применяется проходящий через варистор ток I_V и температура Т_V варистора;

фиг.9 - схема варианта выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.1 для применения с постоянным током, с транзистором IGBT в качестве распределительного устройства, в котором в качестве рабочего параметра для управления распределительным устройством применяется проходящий через варистор ток I_V и температура T_V варистора;

фиг.10 - схема варианта выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.1 для применения с переменным током, с системой из встречно-параллельно включенных IGBT в качестве распределительного устройства, в котором в качестве рабочего параметра для управления распределительным устройством применяется проходящий через варистор ток I_V и температура T_V варистора;

фиг.11 - реализованный в виде устройства вариант выполнения ограничителя напряжения согласно фиг.4, 6, 8 или 10, в котором удалена иначе присутствующая изоляция, в изометрической проекции;

фиг.12 - ограничитель напряжения согласно фиг.11, который в области двух применяемых в качестве распределительного устройства силовых полупроводниковых приборов показан в частичном разрезе, на виде сбоку; и

фиг.13 - разрез ограничителя напряжения по линии XIII-XIII на фиг.11, в котором, однако, присутствует изоляция.

Пути реализации изобретения

На фигурах одинаковые части обозначены одинаковыми позициями. Показанный на фиг.1 ограничитель напряжения имеет ограничивающий напряжение элемент, который выполнен в виде варистора 1 и предпочтительно содержит оксид металла, в частности оксид цинка. Варистор 1 включен параллельно участку, на котором могут возникать перенапряжения U и который ограничен двумя токоподводами 2, 3, к которым могут прикладываться различные потенциалы. Оба токоподвода могут быть частью электрической установки, но могут также принадлежать двум различным электрическим установкам, например проводящей обратный ток шине электрической железной дороги и расположенной вблизи шины установке низкого напряжения, например автомату для контролирования билетов. Токоподвод 2 электрически соединен с одним из обоих токоподводов варистора 1 и с одним из обоих токоподводов распределительного устройства 4 разгрузочного пути, включенного параллельно варистору 1. Токоподвод 3 и другой из обоих токоподводов варистора 1 и распределительного устройства 4 находятся на одинаковом потенциале. Между варистором и распределительным устройством находятся средства, которые приводят в действие распределительное устройство, в частности включают его. Эти исполнительные средства содержат не обозначенные датчики для измерения рабочих параметров варистора и управляющее устройство 5, в которое могут подаваться выходные сигналы датчиков и которое воздействует на распределительное устройство 4. Такие рабочие параметры охватывают все величины измерения, которые помогают распознавать перегрузку варистора, такие как измеряемый датчиком тока, проходящий через варистор 1 ток I_V, измеряемое датчиком магнитного поля магнитное поле Н этого тока, остаточное напряжение U_R варистора 1 и измеряемая датчиком температуры температура T_V варистора 1. На распределительное устройство 4 может воздействовать лишь один из рабочих параметров. Однако для повышения избыточности может быть целесообразным воздействовать на распределительное устройство 4 двумя или более рабочими параметрами. В зависимости от варианта выполнения датчики могут быть интегрированы в управляющее устройство 5.

Управляющее устройство 5 имеет входы 6 для выдаваемых датчиками, зависящих от рабочих параметров сигналов I_V, U_R, T_V и Н и при необходимости для других предусмотренных зависящих от рабочих параметров сигналов. Такими дополнительными сигналами являются вызываемый перенапряжением U ток I и проходящий через разгрузочный путь, соответственно, через распределительное устройство 5 ток I_S, который суммируется с током I_V варистора в вызываемый перенапряжением общий ток I. Кроме того, предусмотрены входы для дополнительных сигналов из внешних линий управления. В блоке 7 обработки сигналов управляющего устройства 5 может выполняться обработка сигналов. Из обработанных сигналов в запускающем блоке 8 с проверкой заданных условий срабатывания непосредственно или опосредованно с помощью оценивающего обработанные входные сигналы в вычислительном блоке или в электронной схеме алгоритма создается сигнал включения для распределительного устройства. Сигнал включения может усиливаться в усилителе 9 и может подаваться через выход управляющего устройства 5 на управляющий элемент распределительного устройства 4.

Распределительное устройство 4 может быть выполнено в виде электромеханического переключательного устройства, однако обычно имеет содержащий силовой полупроводниковый прибор полупроводниковый переключатель. Подходящими силовыми полупроводниковыми приборами являются тиристор, триак, транзистор, IGBT, GTO, MOS-Fet и FET. Отдельные типы силовых полупроводниковых приборов отличаются нагрузочной способностью (поведение при перегрузках, нагрузка по напряжению, допустимая скорость нарастания тока) и способами запуска. Тем самым для каждого типа полупроводникового прибора образуются различные преимущества для специальных применений, так что можно выбирать оптимальный тип в соответствии с применением. В зависимости от применяемого силового полупроводникового прибора необходимо интегрировать специальные для типа защитные схемы (например, защитную схему TSE (эффект накопления носителей заряда) для тиристора) и контуры выключения (например, вспомогательный контур коммутации для тиристора). Для применений с переменным током полупроводниковый прибор обычно выполняется с возможностью выпрямления в обоих направлениях и содержит два включенных встречно-параллельно однотипных силовых полупроводниковых прибора, в то время как для применений с постоянным током можно применять лишь один силовой полупроводниковый прибор или два или более включенных с одинаковой полярностью силовых полупроводниковых приборов.

Действующее лишь кратковременно перенапряжение с небольшим содержанием энергии ограничивается варистором 1. Длительно действующее перенапряжение с высоким содержанием энергии также сначала ограничивается варистором 1. Прежде чем нагрузка варистора станет слишком большой, в управляющем устройстве 5 при превышении предельной величины, по меньшей мере, одного из зависящих от рабочих параметров I_V, U_R, T_V, Н варистора сигналов создается сигнал переключения, который вызывает короткое замыкание распределительного устройства, имеющего более высокую нагружаемость длительным током, чем варистор, если зависящий от рабочих параметров сигнал после заданного промежутка времени все еще лежит выше предельной величины.

Ниже приводится описание принципа действия показанного на фиг.2 и 3 ограничителя напряжения согласно изобретению, в котором в качестве рабочего параметра для управления распределительным устройством 4 используется остаточное напряжение U_R, соответствующее перенапряжению. Электрически соединенное с имеющим остаточное напряжение U_R токоподводом варистора 1, с одной стороны, и с управляющим элементом распределительного устройства 4, с другой стороны, управляющее устройство 5 этого ограничителя напряжения имеет включенные последовательно запускающий элемент 10 и элемент 11 задержки во времени с временем задержки t_d.

Если возникает кратковременное перенапряжение (левая часть фиг.3), то варистор 1 при перенапряжении свыше заданной величины U_c становится проводящим и пропускает ток I_V. При превышении перенапряжением другой заданной величины напряжения U_T запускающий элемент 10 выдает запускающий сигнал и одновременно активируется элемент 11 задержки во времени. Если перенапряжение U внутри промежутка времени t_d снова падает ниже величины U_T, то запускающий сигнал исчезает еще в течение этого промежутка времени. В этом случае перенапряжение ограничивается только варистором 1 без опасности его перегрузки. Если же имеет место долговременно действующее или возможно медленно нарастающее перенапряжение (правая часть фиг.3), то выдаваемый запускающим элементом 10 запускающий сигнал сохраняется во всем промежутке времени t_d. После истечения промежутка времени запускающий сигнал через элемент 11 задержки во времени попадает в качестве сигнала переключения в распределительное устройство 4 и замыкает его с образованием разгрузочного пути. Проходивший через варистор 1 ток I_V переключается теперь в разгрузочный путь, содержащий распределительное устройство 4. Поскольку распределительное устройство 4 выполнено устойчивым к длительному току, то оно способно пропускать ток в течение длительного промежутка времени без недопустимо высокого нагрева. Однако возникающее при некоторых обстоятельствах избыточное тепло может отводиться через дополнительно предусмотренные охлаждающие элементы.

В показанном на фиг.4 варианте выполнения ограничителя напряжения используется остаточное напряжение U_R варистора 1 для управления распределительным устройством 4, выполненным в виде двунаправленного переключателя с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами T₁ и Т₂. Остаточное напряжение U_R варистора 1 во время положительной полуволны остаточного напряжения через диод D включенного параллельно токоподводам варистора 1 делителя напряжения с сопротивлениями R₁ и R₂ измеряется электронной схемой E₁ управляющего устройства 5. Во время положительной полуволны остаточного напряжения уменьшенное на коэффициент деления делителя напряжения остаточное напряжение подается через диак DI и активное сопротивление R₃ на вход затвора тиристора T₁. Включенный параллельно сопротивлению R₂ зарядный конденсатор СТ электронной схемы E₁ заряжается. Если после промежутка времени t_d (смотри фиг.3) все еще имеется остаточное напряжение, то конденсатор СТ заряжается до напряжения, которое является достаточным для активации диака и прохождения тока от конденсатора СТ через сопротивление R₃ к затвору тиристора T₁. Ток затвора ограничивается сопротивлением R₃ и вызывает зажигание тиристора T₁ и тем самым разгрузку варистора 1, включенного параллельно тиристору T₁.

Показанная на фиг.4 электронная схема E₂ выполнена в соответствии с электронной схемой E₁ и вызывает во время отрицательной полуволны остаточного напряжения зарядку конденсатора, соответствующего конденсатору СТ, и после промежутка времени t_d при еще присутствующем остаточном напряжении вызывает зажигание тиристора Т₂. Обычная для тиристоров, не обозначенная схема RC защищает тиристоры T₁ и Т₂ от перегрузки.

В варианте выполнения ограничителя напряжения, согласно фиг.5, для применения с постоянным током также используется остаточное напряжение U_R варистора 1 для управления распределительным устройством. Распределительное устройство выполнено в виде тиристора Т. Электрод затвора тиристора Т через полупроводниковый стабилитрон ZD и включенное последовательно с ним активное сопротивление RT и конденсатор СТ получает остаточное напряжение. Сигнал попадает в тиристор Т только тогда, когда полупроводниковый стабилитрон ZD становится проводящим при превышении величины напряжения U_T (смотри фиг.3) и все еще остается проводящим после определяемой звеном RC задержки во времени. За счет защитного дросселя LK обеспечивается контролируемое нарастание тока I_S через распределительное устройство во время переключения тока I_V варистора в разгрузочный путь. Таким образом, тиристор Т защищается от слишком большой крутизны тока.

В варианте выполнения для применения с переменным током, показанном на фиг.6, распределительное устройство 4 снова выполнено в виде тиристорной системы с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами T₁ и Т₂. Каждый из этих обоих тиристоров включен в соответствии с тиристором Т в варианте выполнения, согласно фиг.4, с полупроводниковым стабилитроном ZD и звеном RC. Два встречно-параллельно включенных перед соответствующими полупроводниковыми стабилитронами диода D обеспечивают прохождение к соответствующему полупроводниковому стабилитрону ZD только сигнала, соответствующего одной полуволне остаточного напряжения U_R.

В вариантах выполнения согласно фиг.7-10 в отличие от вариантов выполнения согласно фиг.2, 4, 5 и 6 в качестве рабочих параметров для приведения в действие распределительного устройства 4 используются ток I_V варистора и температура T_V варистора. Вместо полупроводникового стабилитрона ZD в качестве запускающего элемента используется в данном случае активируемый при превышении предельной величины тока или магнитного поля, зависящий от силы тока и силы магнитного поля переключатель S₁ и активируемый при превышении предельной величины температуры T_V, зависящий от температуры переключатель S_T. В предусмотренных для применения с постоянным током вариантах выполнения, показанных на фиг.7, соответственно, 9 в качестве распределительного устройства 4 предусмотрен тиристор Т, соответственно, IGBT. В предусмотренных для применения с переменным током вариантах выполнения, показанных на фиг.8 и 10, в качестве распределительного устройства 4 предусмотрена система с двумя встречно-параллельно включенными тиристорами T₁ и Т₂, соответственно, система с двумя встречно-параллельно включенными биполярными плоскостными транзисторами с изолированным затвором (IGBT). В вариантах выполнения, согласно фиг.9 и 10, с распределительным устройством 4, содержащим, по меньшей мере, один IGBT, можно отказаться от защитного дросселя LK.

Если при превышении предельной величины тока I_V варистора или температуры Т_V варистора замыкается один из обоих выключателей S₁ или S_T, то запускающий сигнал передается в распределительное устройство 4. За счет того, что используются два действующих независимо друг от друга рабочих параметра для образования запускающего сигнала, повышается избыточность ограничителя напряжения.

На фиг.11-13 показан реализованный в виде устройства вариант выполнения ограничителя напряжения, согласно фиг.4, 6, 8 и 10, который предназначен для приема больших мощностей. На фиг.11 и 12 преднамеренно не показана изоляция. Как показано на фигурах, ограничитель напряжения имеет выполненный вдоль оси 20 осесимметричный корпус 22 с двумя расположенными на расстоянии друг от друга в осевом направлении отделениями 24 и 26 (смотри фиг.12 и 13), при этом в первом отделении 24 расположен выполненный в виде плоской круговой шайбы варистор 1, а во втором отделении 26 - распределительное устройство 4 с двумя выполненными в виде двух сплошных цилиндров тиристорами T₁ и Т₂. В находящемся на заданном потенциале, электромагнитно экранированном третьем отделении 28 (смотри фиг.13) расположены исполнительные средства, содержащие управляющее устройство 5. Это третье отделение расположено между отделением 24 для варистора и отделением 26 для распределительного устройства.

Как показано на фиг.12 и 13, отделения 24 и 26 расположены каждое между двумя из четырех расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении и установленных перпендикулярно оси 20 симметрии токопроводящих пластин 30, 32, 34, 36 круговой формы. Эти пластины состоят их хорошо проводящего ток материала, такого как, например, алюминий, латунь или медь, содержащий, по меньшей мере, один из этих элементов сплав или сталь. Две наружные пластины из этих пластин, а именно пластины 30 и 36, имеют больший диаметр, чем обе лежащие внутри пластины 32 и 34, и образуют каждая один из двух токоподводов ограничителя напряжения. Лежащие между ними внутренние пластины 32 и 34 электрически изолированы друг от друга и электрически соединены с соответствующим одним из обоих токоподводов системы, а также с одним из двух токоподводов варистора 1 и распределительного устройства 4. Пластины 30 и 34 стянуты друг с другом с помощью трех винтов 38, а расположенные между этими обеими пластинами пластины 32 и 36 - с помощью трех винтов 39 с обеспечением электрической проводимости. Винты 38 проходят через не обозначенные отверстия в пластине 32, а винты 39 - через не обозначенные отверстия в пластине 34, при этом отверстия имеют диаметр, превышающий диаметр винтов.

Отделение 28 ограничено пластиной 34, установленным на пластину 34 металлическим цилиндром 42 и опирающейся на полый цилиндр 42 и образующей токоподвод варистора 1 электрически проводящей промежуточной пластиной 44. Поскольку пластина 34, цилиндр 42 и промежуточная пластина 44 электрически соединены друг с другом, то отделение 28 находится на определенном потенциале и практически полностью экранировано электромагнитно от окружающей среды. Только в пластине 34 предусмотрено не обозначенное отверстие, которое соединяет отделение 28 с отделением 26 распределительного устройства и через которое проходят линии 46 питания и сигналов (смотри фиг.13), которые обеспечивают питание током управляющего устройства 5 и обеспечивают поток сигналов между управляющим устройством 5 и электродами затвора тиристоров Т₁ и Т₂.

Между пластинами 30 и 32 предусмотрена выполненная в виде плоского слоя поверхностная изоляция 40 (смотри фиг.13). Поэтому пластины 30 и 34, винты 38, полый цилиндр 42 и промежуточная пластина 44 после приложения переменного тока к реализованным в виде токоподводов ограничителя напряжения пластинам 30 и 36 находятся на одинаковом потенциале. В противоположность этому пластины 32, 36, винты 39 и подпирающая пластину 32 и служащая в качестве токоподвода варистора 1 промежуточная пластина 48 находятся на противоположном потенциале. Как показано на фиг.13, за счет заключения обеих внутренних пластин 32 и 34, винтов 38 и 39, промежуточных пластин 44 и 48, полого цилиндра 42, варистора 1 и тиристоров T₁ и Т₂ в электрически изолирующую, расположенную между обеими наружными пластинами 30 и 36 изоляцию 50, обеспечивается надежная работа ограничителя напряжения также при нагрузке большими мощностями. Изоляцию 50 предпочтительно выполняют за счет заливки предварительно смонтированного, уже содержащего варистор, тиристоры и управляющее устройство корпуса 22 электроизоляционной смолой, в частности, на основе силикона. Поскольку отверстия 38 и 39, через которые проходят винты, имеют больший диаметр, чем винты, жидкая смола может входить в отверстия и после отвердевания образовывать изоляцию между винтами и имеющими отверстия пластинами.

Как показано на фиг.12, в пластины 34 и 36 вставлены центрирующие штифты 52, которые проходят в отделение 26. Эти штифты удерживают оба тиристора T₁ и Т₂ в заданных местах в отделении 26 и значительно облегчают монтаж ограничителя напряжения.

Перечень позиций

1 Варистор

2, 3 Токоподводы

4 Распределительное устройство

5 Управляющее устройство

6 Входы

7 Блок обработки сигналов

8 Запускающее устройство

9 Усилитель

10 Запускающий элемент

11 Элемент задержки во времени

20 Ось

22 Корпус

24, 26, 28 Отделения

30, 32, 34, 36 Проводящие ток пластины

38, 39 Винты

40 Поверхностная изоляция

42 Полый цилиндр

44, 48 Промежуточные пластины

46 Питающие и сигнальные линии

50 Изоляция

52 Центрирующие штифты

I Общий ток

I_V Ток варистора

I_S Ток в распределительном устройстве

U Перенапряжение

U_C Заданная величина перенапряжения

U_R Остаточное напряжение

U_T Предельная величина остаточного напряжения

Т_V Температура варистора

Н Магнитное поле тока варистора

t_d Промежуток времени

Т₁, Т₂, Т₃ Тиристоры

D Диод

DI Диак

ZD Полупроводниковый стабилитрон

IGBT Биполярный плоскостной транзистор с изолированным затвором

LK Ограничительный дроссель

СТ Конденсатор

R₁, R₂, R₃, RT Активные сопротивления

E₁, Е₂ Электронные схемы

1. Ограничитель кратковременных и долговременных перенапряжений (U), содержащий варистор (1), подключаемый параллельно варистору разгрузочный путь с имеющим по сравнению с варистором большую нагружаемость длительным током распределительным устройством (4), и средства для приведения в действие распределительного устройства при превышении предельной величины (U_T) сигналом, зависящим от рабочего параметра (I_V, U_R, T_V, Н), отличающийся тем, что содержит выполненный осесимметрично корпус (22) по меньшей мере с двумя расположенными на расстоянии друг от друга в направлении оси (20) отделениями (24, 26, 28), из которых в первом отделении (24) расположен варистор, а во втором отделении (26) - распределительное устройство, и электромагнитно экранированное третье отделение (28), в котором расположены исполнительные средства.

2. Ограничитель по п.1, отличающийся тем, что третье отделение (28) расположено между первым отделением (24) и вторым отделением (26) и содержит в качестве исполнительных средств управляющее устройство (5) с входами (6) для по меньшей мере одного зависящего от рабочего параметра сигнала (I_V, U_R, T_V, H), а также для предусмотренных при необходимости других зависящих от рабочих параметров сигналов (I, I_S), содержащее проверяющий условия переключения и создающий сигнал переключения, запускающий блок (8) с воздействующим на распределительное устройство выходом, с обрабатывающим зависящие от рабочих параметров сигналы блоком (7) обработки сигналов и/или с усиливающим сигнал переключения усилителем (9).

3. Ограничитель по п.2, отличающийся тем, что управляющее устройство (5) дополнительно имеет входы (6) для дополнительных входных сигналов, а также интегрированную в запускающий блок (8) электронную схему или вычислительное устройство для сопряжения зависящих от рабочих параметров сигналов (I_V, U_R, T_V, H) и дополнительных входных сигналов в соответствии с определяемым условиями переключения алгоритмом управления.

4. Ограничитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один рабочий параметр является проходящим через варистор током (I_V), магнитным полем (H) этого тока, остаточным напряжением (U_R) варистора и/или температурой (T_V) варистора.

5. Ограничитель по п.4, отличающийся тем, что распределительное устройство (4) имеет силовой полупроводниковый прибор, управляемый управляющим устройством (5).

6. Ограничитель по п.5, отличающийся тем, что при выборе остаточного напряжения (U_R) в качестве рабочего параметра управляющее устройство (5) имеет активируемый при превышении предельной величины (U_T) остаточного напряжения и выполненный в виде делителя напряжения или ограничителя напряжения запускающий элемент (10).

7. Ограничитель по п.5, отличающийся тем, что при выборе тока (I_V) вариатора или его магнитного поля (H) в качестве рабочего параметра управляющее устройство (5) имеет активируемый при превышении предельной величины тока или магнитного поля и выполненный в виде зависящего от силы тока или силы магнитного поля переключателя (S_I) запускающий элемент.

8. Ограничитель по п.6, отличающийся тем, что при выборе температуры (T_V) варистора в качестве рабочего параметра управляющее устройство (5) имеет активируемый при превышении предельной величины температуры и выполненный в виде зависящего от температуры переключателя (S_T) запускающий элемент.

9. Ограничитель по п.2, отличающийся тем, что первое отделение (24) и второе отделение (26) расположены каждое между двумя из четырех расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении и установленных перпендикулярно оси (20) симметрии, проводящих ток пластинами (30, 32, 34, 36), из которых две наружные пластины (30, 36) образуют один из двух токоподводов системы и две расположенные между ними внутренние пластины (32, 34) электрически изолированы друг от друга и электрически соединены с одним из обоих токоподводов системы, а также с одним из двух токоподводов варистора (1) и распределительного устройства (4).

10. Ограничитель по п.9, отличающийся тем, что первая пластина (30) из двух наружных пластин (30, 36) и первая пластина (34) из двух внутренних пластин (32, 34) стянуты с помощью первых винтов (38), а расположенная между первой наружной пластиной (30) и первой внутренней пластиной (34) вторая внутренняя пластина (32) и вторая пластина (36) из двух наружных пластин стянуты с помощью вторых винтов (39) с обеспечением электрической проводимости.

11. Ограничитель по п.10, отличающийся тем, что первые винты (38) проходят через отверстия во второй внутренней пластине (32), а вторые винты (39) - через отверстия первой внутренней пластины (34), при этом отверстия имеют больший диаметр, чем винты.

12. Ограничитель по п.11, отличающийся тем, что третье отделение (28) является электромагнитно экранированным первой внутренней пластиной (34) и электрически соединенной с токоподводом варистора промежуточной пластиной (44).

13. Ограничитель по п.12, отличающийся тем, что в первую внутреннюю пластину (34) вставлен центрирующий штифт (52), проходящий во второе отделение (26).

14. Ограничитель по п.10, отличающийся тем, что между одной пластиной (30) из обеих наружных пластин и одной пластиной (32) обеих внутренних пластин предусмотрена поверхностная изоляция (40), и обе внутренние пластины (32, 34) заделаны в проходящую между обеими наружными пластинами (30, 36) изоляцию (50).

15. Ограничитель по п.3, отличающийся тем, что первое отделение (24) и второе отделение (26) расположены каждое между двумя из четырех расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении и установленных перпендикулярно оси (20) симметрии, проводящих ток пластинами (30, 32, 34, 36), из которых две наружные пластины (30, 36) образуют один из двух токоподводов системы и две расположенные между ними внутренние пластины (32, 34) электрически изолированы друг от друга и электрически соединены с одним из обоих токоподводов системы, а также с одним из двух токоподводов варистора (1) и распределительного устройства (4).

16. Ограничитель по п.5, отличающийся тем, что первое отделение (24) и второе отделение (26) расположены каждое между двумя из четырех расположенных на расстоянии друг от друга в осевом направлении и установленных перпендикулярно оси (20) симметрии, проводящих ток пластинами (30, 32, 34, 36), из которых две наружные пластины (30, 36) образуют один из двух токоподводов системы и две расположенные между ними внутренние пластины (32, 34) электрически изолированы друг от друга и электрически соединены с одним из обоих токоподводов системы, а также с одним из двух токоподводов варистора (1) и распределительного устройства.