Разрядник для защиты от перенапряжения

 

ОП ИСА Н И Е 292566

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сок1з Соеетскня

Социалистическня

Республик

Знвяюимое от авт. свидетельс:пва №вЂ”

Занвлено 22.1.1968 (Лоо 1211270/24-7) М. Кл. H Olh 73/00 с при1соединвн11е1м заяаьтн №вЂ”

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете тлинистров

СССР

Оы блинова но 08.1.1973. Ьюллетень X 6

УДК 621.316.933 (088.8) Данта сспублс11козаявя описа1г11я

Автор мво6ретени я

А. С. Торосян

Заявитель

РАЗРЯДНИК ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Предлагаемое устройютво относится к оюласпи защиты от пе1ренаиряженнй п1реобразю1в ателыных устао1овок передач эле1ктроэ1нерпи и пюстоя нньгм токюм. Оно мюиит быть rrjplkr)MiBIHено и в .р аспредел1ителыных уста нсвках rrejpa rejHwno то1ка, где необходимо иметь стабилвезярованные защитные промежутки, обеспечивающие небольшие отношения между разрядным и рабочим напряжениями.

Известны многоэлементные разрядники для 1о защиты от пвренапряжений, например, распределительных ил и преобразовательных установок передач электроэнергии, содержацоие гла1вн ую цепь, об1рвэсяван ную поюледювательво сюеди1нен1ными силовыми пра1межупкам и и овяза н1ную с ней че1рез аыпи1вн.ые со1горопи1влен ия, и1с1ггомогателыную цепь, включагощую в себя подж1и гающее уа прюйство, состоящее из rlarpiaëëårrrûío соеди1н ениных а ктиииюго л ияейного со1п ропивления и подж1игающего 20 п1ромеж упка, подключен1нюго та кже па1раллельно одному йз у1казан1ных силосных прамежутKi0iB.

Og(HiaIKo в яю1рмалынс1м реж1н ме эк1сплуатацяс1 передач п1ри неблагопр11ятных поподных у1сло- 25 виях наблидаютюя частые лож1ные срабатывании я р1а з рядн1и1ков,из-за не р а1вномер ного расцределен ия на п ряжения между элеменгаяо11. Наблгодаюпся сл уч а и р аз1руше н ия pla8jpjp HIHIKIQIB вследствие их чаюпи чных ср а б атьовзн ий. Этю зо может происходить rl;ря лононом сра,баты1ва н ии однопо из элементо1в рааряднгока яли при весьма,торатковремениых лыках перена п ряженогй, KIoraa HjpIrr с1р,aáairbriaa,н ия одного элемента оспальные элементы не у1опевают сра1ботать.

HIpIH этом та1к через шунти1рующие сопротя1вленя1я увелияи1ваепся больше депусгпггвгого, что и

rrjpIHIawH к разрушен1и ю раз рядни1ка через некато1рый интер1вал,в1ремени.

В пр,быдла,гаемюм ра1з1рядн1вке с целью жестк1опо р а слргделе няя нап1р яженяя между его элементами в рабочем режи хге и пря неблагоприятных логодных условиях, уме1ньше1ния разтярооа р азряднтяго на1п1ря1жения, разг1рузии пюджи1па.ющего дромеж1утпка от н а п1ряже1н1ия в рабочем режиме и самопогасания прн кратковремеиных перен аооряженоях ва вспомогателыной цепи установлены полупроводниковые симметричные стабилизирующие приборы, соединенные последовательно с подж нга1ощи1м устройством.

На фиг. 1 нзображена пре1нцвпиалыная схема Irlp&QJII0I>KBHIH0ro разряд ника; kIIa фи|г. 2— вольт-амперная характеристика симметричного стабилизирующего полупроводникового прибора; на фиг. 3 — прио1цяо11иалыная схема однаго .из вар1и аитюв поджи пающегю у страйства; .на фиг. 4 — осщиллогра1ммы наг ряжения узловых

ТОЧЕК РаЗРЯДЯ1И1Ка ОсвиоонтЕЛЬЯЮ ЗЕМЛЯ.

В качестве п ри.мер,а олггса н разрядник, со292566 споящи)! из Tlpex элеменппав 1, 2 и 8. КоличеTIBIo элсменто)в,раз)ря)д)н)и)ка может бьгть и)ным

В 3 BIB))пс)!ипасти 0)T p а б)ачего на)пр яже)нчпя р а)3ряднпка и отношения между напряжением срабатывания разрядника и его рабочим напряжением.

Главная цепь 4 разрядника в соответствии с кюл)ичествам эл еменпхпв састопи,ив паследю)в ателын)о BIKIJIIo)ve)HIHbIx Tip с)илювых п)р)о)межутKIoIB 5, б и 7. В)а1памо)га)телыная цепь 8,неод)нородна .по элеме)н!т)а)м. В элемен)тах 2 и, 3 Bc)110мапач)елыная цепь еоюго)ит из по)след)свателыно включен!Н.ых c)HIM,Me)IIð Hèíûõ пал)упркннад)н)и)ковых CFBB 6)H)JIIH)3)H)pymq)Hx п)р)ибю)р)о)в 9 и 10 ()стаб)ил)итр)о)нов ип1)и л а)в)и)нных д)и)одо)в) .

В)спам огателын ая цепь в элементе 1 с)о стoMT и з a)Km)B)FTOITIO л)и)ней)ного ooi!1)p)om)Bлен и)я 11 и

ziaKIpfoB oro п)рюмежутка 12, кото)рые на стьпке эл)елен)га I и 2 соед)и)иены между собой ooII)ploтивлBHIHBM 18. П)р)о)межутак 12 имеет кан)стру)кцию, подобную, например, искровым промежуткам вентильных разрядников типа РВС, т. е. герметичен и имеет стабильное напряжение срабатывания.

Гл)а)в)н)а я 4 и в)с)п)о)м)огательна я 8 це)п)и р)а)зр)яд)н и)ка соеди)иены ме)мпд у собой а)кти)в)ным)и ли)нейсныи)и )с)о)п)р)апивленияи)и 18, 14 IH 15, причем вели)ч)и)на )с)о)п)р)оппивлен)и)я И (RI I) наин)ого болыше, чем сап)р)опи)влен)и)й 18 —,15 (R)a — R)s).

Коли чесспва паслене)до)вателын)о .нкл юче)н)!ых ста)б)испипроно)в BbI)6)pa)Ho та)ии)м 0)6)p a)3)OM, чтобы пЪ".=1,05- ;1,1V, пде V — на и)большее 3,)!ачен)не р а)бачепо Н1а)п)ряже)н)и)я QcTBIHIQIBIKIH, защ)ищаемого разрядника, U" — напряжен)не стабилизации единичного полупроводникового симметричного стабилизирующего прибора, и количество единичных полупроводниковых стабилизирующих приборов в разряднике.

На ф|и)г. 2,по ас)и а)ас)!пи)сс )о)пложены величины то)кав че)ре3 пол)уп)равод)н)икавый )п)р)и)бо)р, а 1ПО С)СП срдниат — ВЕЛ1ИЧ)И)НЫ FIia)II)piH&Ke)FIIHFI Ha полуцрс)в)0)д!!))иав)ам пр )пб)0)р е.

В тех случаях, когда отношение между пап)ряжо!п)пе м срабатьпва)нкня )разрядн)и)ка )к )рабочему нап)р яже)нию больше двух, âç аме)п cо)п)ротивле)н)и)я ll,ìoãóò быть .прзпме!!ены два по)следана)тельно с)ае)д)!!)не)н)ных )00)!про)пи)влен ия 15 и

17, а п)о дии)гающ ий )пр)омежу так 12 в)ключен н енас)р едспвеноо па)р ал))! елы!го соп)р от)и)вл е)н)и !0

N. Гла)вная це)пь )в элементе 1 также саде)ржит два послед)ователыно )нксп!ачен)нысх IclHJI)овых ц)р)си!ежут)иа 18 11:19, соеди)пенных со BGIIом огатель)по!! цепью че)рез co!1)pro)Tel)Bлеиппя 20 и

21.

На фиг. 4 кривая 22 соответствует напряжеH èþ на ра "fp5IIQHIFI!K)e, )п)рямая 28 — накпряжению Hà ста)6)ил)и)зир>ующ)их Illp)H 60)pах 9 и 10, п)рямакя 24 — )на)п)ряже)н!)ю )на стабил))!3)!пр)ующем п ри)оо)ре 10, .п)ря)мая 25 — !па)п)ряже)ни!о между землей и н)и)зши)м поте)н ц)иапо)м по)джнга )ощего п)рссмем!)ут)ка, а та)кже на)пряже)н)ию )!и гла)нныск п)р)о)межутпках 7 и 5, нр)ивая 26 — напряже)н1)!)о на гспа)ввам п)р)оме)мяу)пке 7. Указа нные напря жеиня соответствуют моменту, пр гдшест ву!още яу ср à 6В TbIBBIHIHIo,р аз)р яднн1<а.

1О

Зо

;Ю

В piano)He)M р)ежи)ме нан)р)яжен ие V :Hà )pa)3ряд)ни)ке меньше )на)пряже!пи я ст)аб ипизаци)и нолуп)р)ав)адили)ювьпх Ilfp)H)60)pDB п)7", B)cJle)g)cTвие чепо Ha)II)pяжен)ие дел)и)вся )между эл)еме)нтам)и 2 и 8 оз-,за .бюлышек)о 3)HBUe HIH6I;BHQITfp)e)HIHe110 соп)рот)и)влени)я II)o)a y!Ipo)BOp)HIHIK)0)Bbkx пр)и)б)аро)в по ер.àB)íe)HIHko с с)0)п)ро)пи)вте)н<и)ем 11.

NeIKLufyeJI eIKIT)PioRkIoe;P acfcTc HIHIHe п)Р оыежУ TK0IB б,и 7,вьпб)рано та)к)им об)разом, чтобы ис)ключ)и)ть и)х ер а батыв)а)ние )в р а б)о)чем режим)е II)p)H любых метео)рюл опиче)сиих услю)в)1«ях.

С)ред)не е на)п)ря)же)ние с)ра)батыва)ни)я II)po)MemyTко)в б и 7 мож)но,вы)брать,в 1,6 — 1,8 раза больше, чем ра)бочее напряжени е,н)а ooo)TIBrr)cT)Bykoщих э1 e)MCIHT)aix.

В р абачем режиме,н а .элементе 1 нап)ряжен ие ра)вено н)улю..Следо)вателын)о, ра)вно н)улю и паап)ряжен)!е )на 11)plo)Memy)BKBX 12 и 5.

П)ри небл)агю)п)р)иятных погодных у1сл)свиях (дожде, снеге, гол)оледе !! т. д.) !! в особе!нкостм в II )Ho)g IBblcbIxa)H)HH )влажных нове)рхгностей фа)рфolpio)BbIx пак)рыше)к элеме)нто)в 2 и 3 оо)п)р)о)ти)вле)н)ия у)тече)к п,о паве)р,хн)оетю) э1як элементо)в могут быть разл)ич)ньгм)и, вследствие чего,напряжс)н)и)я на этих элементах та)кже будут ст)ре)!Итыся )раюпре)деляться )неравномерппо.

Эпом)у б удуп II)pe)IIHTICTIBOBBTb стаснспизирующ)ие цепо)ч)к)и, нв ко1о)рых на п ряже)ппие пра)ктичесKIH не может подняться выше )пап)ряженп)я стасил)иза)ц)и)и, т. е. п1 .=-1,05 — 1,1V* (точки

24 и 25) — стабиспизи)рующая цепочка элемента, на котар)о)з! нап)ряжение стремится,подниматыся, др)о)п)уская через себя так утечки, coxpBIHяет по)сто яист)во )pa)cIIðåäeëå í)Hÿ напряжен)ия между элеме)нтами,с туч)но)стью 5 — 10%.

Не)обходпмо lo)TMeTa Tb, !!HO за счет гаев утечки не)каторжная доля раоочего нап)ряже)н ия ляжет на .co)II)po ïH)BëåíHå 11. Номинальные таки с)табп)лнз!1)р)ующ)их цепочек .должны быть больше длителыных Tîêoâ утечек через фа)рфоровые по)ве)рх)н)ости. Та)к как нера)вн01)е рное )распределкяги е и а)п)р яжен и я o оыч!но «а 011oäае Тс я в пе)р)и)од выс!.)ха)н)ия фа)рфаро вых IIO)Bepx)k)остей прси небольших утеч)ках то>ка, то поста;вле)пные выше услсвия являются наиболее жестки)ми. Та)к)нм обр)азом,;на элеме)птах 2 и 8, следо)вателыню, IIB промежутках 6 и 7,в рабочем режиме имеются,IIocòo ÿiíikkbkå велич)и)ны пап)р яжения, что .п)рки достаточном запасе напряжепсия сра)ба)тьпва)н)ия эт)их,п)р)омеж)утков искл юч)ит ложные с)рабатывания раз)ря)д)н)и)ка.

При п)оя)влеяин пе)ре)напряже)ний на раз<рядн)и)ке,llo цеп)и, cocT)oÿùåé из сопротивления l l и стаоилизирующих приборо)в 9 и 10, потечет так

1 — !7)

R где 1." — .напряжение на )р азрядн)икике; пУ" — cyiMika)pekoe 1!ап)ряжение стаби,тизации стабилизирующих приборов 9 и 10.

П)ря по)вьпше)н)и)и;на)п)ряже ни1! íà р)аврядн)п!ке на)п ряже!пие на стабилизи)рующих элементах

9 си 10 не будет меняться. П ра)кт))ческ)и )не изменяются напряже)ння также и на снло)в) )х

292566 и Vom

Vi;(t) =1 .— — -—

«77 промежутках б iH 7, OIHIH TBIK>Ke CIBHBIBIHbi Go в1спамагателыной цепью через ср аини1телыно небольш ие сап роти вле ния И, 14 и 15, à ем кости промежутио1в б и 7 небольшие и оцен ивапатся IHeIQNoJIblNHIì!H десепкам1и пф.

Величина разности напряжений V — V.- =iR» ляжет на элемент 1.

Зпо будет и1меть ме сто п ри всех IIe!peHBIII!piHжаннах, уровень котарых ниже р аз р яд1ного напряжйн1и я Ip аз р яд н1и1ка.

П рв ап ределе н но м таке Ii напряжение на элзмен1те 1 достигнет веыпичи ны разрядного на11IpHHceiH!HH Vr i2 п рамeжynка 12..Саопвепспвующее тс1иу II нап ряжен ие на lpga!B!p!HIIrlHIHIKe,обозн а ч и!м через Vpo т р с = Л 1 с т + р 12 = Л Кс т + 1 1 Я» .

Vpo, п7" (1,05 — 1,1Р.) заданы теин ическим пребава н ием к,разридни1иу, а величи1на Ii определяе1пся сап роти1влен ием 11 (R») . Сл1иапком больш ие велич и ны сап1рнхти вления 11 при водят к там у, что и во в1ремя ра бочего;реж1има за счет таиав утечки IHB элементе 1,поя в и пся определен1ная дол1я ра бачепо напряжен и я.

Это не цредста вляет опа снасти п р и достатач но высаком отношении Vp./V . Слиынком малые велич и ны colil)ploти влен и я 11 (Ri 1) IIIpIHведут к частым,перепр уз ка1м GTB!c5HUIIHITIpio!Hовых цЕПОт1Е К И .СОП р стИ ВЛЕН Ия 11. ПОЭтОМу О НО ВЫбрано из условия V p„=RI I I =0,2V, где

Ь вЂ” ma!NCIH!M алын ая вел ичи1на дл ителыных токов утечек.

В момент ti, !Norma 1нап ряжение на,раз1ряднике до1спигает вел|и чины Vpo, п роме7иуткж 12 срабатает, и через сап роти вле ние 18 (Rl ) и ста>аил)и з и(рующяе пр.ибары 9, 10 протечет !TO!K

Vpo — 12 1 с т

12

RI a

Пол ный TQK черкез ста б ил и тр о нные ц&почии

1с- (ti) будегг,ра вен

Io (ti) =Ii+I2.

Вся,рази1ость на п1ряжен ий Vpo — 12Ъ ст ляжет на !coiIIpoòèiâëe!HHå Л12, на пряжен ие i»a промеж ITIKe б павыс и1тся до величи|ны

Под действием этого напряжения в момент

t2,п роизойдет ср абатыва ние про межутка б.

Е1сл и за промежутак;времени t2 — ti п раизойдет снижение напряжения на разряднике и сра6BTbIIBB!HiHH промежутка б .не произойдет, то при пасле дующем:сниже нии напряжения до

У пак через сспротивлен1ия 11 и 18 (R» и 012) уменьIIIIHiTicH до нуспя (IHB самом деле до долей

11а), дуга,в промежутке 12 rroia!OHeT, и разрядн: к вернется в!íàðìàëbiíoå состояние. Необходимо также отметить, "To снижение напряже н и я,на р аз рядн и1ке может произойти .и вследствие .больш ой величины така I2, выбира1ощегася из услан1и пропускной способности стабигпитрсн ных цепочск.

Если в момспт 12 промежуток б сработал, то напряжегп1с увели кит=я до вечичнны

Зо

05 Й ст т " (12) 2 +!R I 513» где Я1з — веэпичина соп рати1влен ий 15.

Если RI4 (

Ilpоизой дет его сра батыва н ие. 01пказ сра батыва1ния п1ромежутиа 7 IIIIpaIKmme!cINH исключается, Та!К ха к на него дей1ствует слиш11ио1м,высо.Кое IHBIIiIpH7KeIHIHQ. После сра батыва н ия все нап ряжен ие ляжет,на,сапр отнвлен ие 14 и, с чедаватерльно, на п1ромежутак 5, срабатыва ние которого в мамент t3 п ри вздет к за|иарач11ван|ию уста новии, т. е. за1всрпинию работы разр я д н и к а.

Прп выборе, величин coHIpoòH!âëeíèé .18 — 15 нужно и схадить из,следующего: сл1иыком высокие веспичи ны этих сапроти влени14 могут процвести к уху1дшенпю вольт-;сеиундной характерист11кп разрядника, вследствие задержки заряд1ии,iialpiaaHTHr ем костей разряд н>ика, а стишкам малые вел ичи ны этих со п роти вле пяй п1ри1ведут к перегрузке стабил изи рующпх цепочек. П ри выбо ре 1величин указанных сопротивлений целесообразно исходить из вели 1ины тска I2 парядка 5 — 10а, а тока ll порядка

20 — 30а.

П ри|менен ием стабилитроиных цепочек, Ilомимо четкого расп ределения напряжения по элеме нтам разрядника ц воз врата разряд ника в нормальное состоя ние после частичного с!рабатывания (срабаты вания промежутка 12), достигается еще и уменьшение разброса напряжения срабатываяия разрядника. Абсолютные,величины,срерднеивадратичных разбросов напряжения с рабатыва ния разряд ника и искрового промежутка 12 численно рааны, так ка к коэффициент нелинейности,для стабилизирующих цепочек практически 17аве н а=0 и

110=1, Относителыная вел ичпна среднеквадратичного разбро=а напряжгнпя срабатывания разряд:.»1ка в процентах равна

1 рс — а1 ст (1, ) 1,=п(1т„„)%

1 где o (Vp.) % и а (1трс) % — среднеквадратичные разбросы разрядных напряжений разрядника и промежутка 12 соответственно.

Некоторые защитные аппараты п реобразовательных устаиовок постоянного тока должны срабатывать .при 35 — 40%- ном по1выше нии напряжений IIQ отноше1и1ю к рабочему напряженшо установки. Осуществление поджигающихх,промежутков, удовлетворяющих этому требованию в обычных .схемах разряд1п и ков с ра вномерной шунгтиравиой, связано с оп ределсн ными трудностями. вьпзва н ньрмл,необход11мостью предопвращения короны, обеспет1е нпя неболь1пого разб17оса напряжений срабатыванрля и т. д.

В .предлагаемой схевме запальный элемент разряжен по на пряже1111ю в рабочем режиме, что упрощает требования, предъявляемые к поджигающему п ромсжутиу, обеспечи вает сьп1же1гпе разороса разрядника напряжений.

292566 о

Кол»»черство элементаз paaipmgl»»fr»»»a выби рает)/ ро, ся,в зав»» с»»х»|а".:ти .от oт:.»оше»»»»я —,— Пр и опноIt

t po ше н»»ях, --=1,5 после срабатываныя»»pfoMe1 жутка 12 пере напряжения на глаанырх п!р омежупках б и 7 будут ера вяителыно небольшке. опО МОжст;П РСИВЕ|ЕПИ !К ЗЗДЕРМКЕ ИХ CfPaf63Tb»вания, а следс|в ателыно, и к ухудше н ию волытсек|ундной xafpaIHTepl»»fcmHI»cH раз р ядника. Поэтому для у»веллче н|»я пере налряже н ий íà JIBIBных прам - myTINBIx eeol6xcafH увел »»чение количеепва элементав со ста(би л и зп»)рующ им и цен,оч ка м и.

»/р о

При отношениях )2 после срабатывания

Ьп прol »e TIN013 12, 6 и 7 lHB цров»ежуток 5 действует небол и;ое перенапряжение.

В этом слу|ч а е цел ееоабр а э|но н ееколыко видоизменить схему элемента 1 (см. фи г. 3). В рабочем;режи ме на сап роти влен ии 16 и 17 напряжен ие ра в но иул»о. Сапр апи влен ия 16 и

17 имеюп пplHIMefplHсо одри»а,иовую велич и ну.

ITioI;ëe ораба тьпва н1и1я промежуток 12 на п ро>межутке 19 дейспцуе>т двойное .пе|ренал ряжен ие.

Далее промежутки б и 7 арабатывают,по послед авalTcelы|»астреи, olIIHIcaIHIHfoé,âûè|å дланя фиг. 1.

Пасле орабатывaIHIHÿ этих прамежутио в,на лромежуток 18 буде1т дей ствавать леренап ряже1»ие:с амплитудой,:в два раза болыпей, чем На п рсмежутск 5 IHà,ôIHIã. 1.

Глг вныс промежутки должны иметь, высокую TefplMfHft»efcfgg»o и ди н ам и чееку»о устойчивсють для п рапускавия токов короткого замыка ния. К напряжению срабатыва ния этпх,п|ромежуткав п редъя в»яюпся облегченные требоBBIHIHH, а и менно: ма коималыный pafagpfoc разрядных,н ап|ряжений с учетам ме георолопир»еекпх условий и изнаыива н,ия электродав после мп»апа»»ратно»о |арабатыва ния должен быть не более 30с/о. Ко н ст ру|к»вини о о н»» ."»огут быль выпол»»е»»ы отмерь»тьпми в виде роговых ил и стерж»»евых;прамежутиов с лас|е|»н:lbllMIH сталь»»ыи»» BaclxTpfof»af...или зпирыгь.:M!I» с вращающ"=Йся лугой.

П р е д м е т и з.о б р е т е н»» я

Разрядник для за|циты от перенапряжений, наприв»ер, ра опредсл|»тельных ил|» преобразователыных устаноаок спередач электрической энеРг и и, содеРжаш»и»» -р»аенУ|о цепь, o6PaaoealHг110 tlаследо ва,телыно соеднне»» ными силовьгм.и промежутками и с вяза и ну»о с ней через BIKTfHIBf Q |: ые ." апр отъвл елани я есипов»ога тел ыну»о цель, вкл»ача»ощу»о в себя ncgжи гающее устройс пво, состоя шее из па ралс»слы»»о соединенных а ктявного л|инс»и»опо сапротивлея»»я .л поджкогающего п»ров»еH»yTI»»ia, подключенного та кже»»afpaл25 лелыно о дном у и з уfl

292566 Риг. Ф

Редактор Н, Воликова

Заказ 923 Изд. № !!27 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делах изобретений и открытий ври Совета М.пшстров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/б

Об1. тип. Костромского управления издательств, полиграфии и книжной торговти

Составитель H. Карасева

Твхред Т. Курилко корректоры О. Тюрина и Г. Запорожец