Патент ссср 357876

 

., <

О П M HNЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

357876

Союа Ссветскил

Социалистическиа

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 31.VII.1968 (№ 1259836/24-7) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 12.III.1973. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 15Х1.1973

М. Кл. Н 011 5/04

Комитет оо селам

«аобретений н открытий пр« Совете Министров

СССР

УДК 621.316.933,9 (088.8) Авторы изобретения

А. С, Торосян и В. П. Фотин

Заявитель

РАЗРЯДНИ К

Изобретение относится к области защиты от перенапряжений высоковольтных установок, например преобразовательных установок постоянного тока или распределительных устройств переменного тока.

Известны разрядники для защиты от переналряжений, содержащие один или несколько соединенных между собой элементов, каждый из которых имеет последовательно соединенные искровой промежуток и токоограничивающее звено, содержащее резистор.

В предлагаемом разряднике для обеспечения гашения сопровождающего тока в токоограничивающем звене последовательно с резистором включен полупроводниковый стабилизирующий симметричный прибор. Для уменьшения разрядного напряжения искрового промежутка последний может быть шунтирован дополнительным резистором, величина сопротивления которого, меньше, например, на два порядка, чем внутреннее сопротивление полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора в режимах, протекающих |при напряжениях ниже напряжения стабилизации (загиба) его вольтамперной характеристики. С целью обеспечения равномерного распределения напряжения между элементами разрядника в неблагоприятных погодных условиях и уменьшения напряжения на полупроводниковом стабилизирующем симметричном приборе при номинальном на пряжении на разряднике и в хороших погодных условиях последовательно с искровым промежутком может быть включен

5 дополнительный искровой промежуток, шунтированный резистором, а полупроводниковый стабилизирующий симметричный прибор также шунтирован резистором.

На фиг, 1 представлена схема предлагае10 мого разрядника, состоящего из одного элемента; на фиг. 2 — разрядник, состоящий из нескольких последовательно соединенных элементов; на фиг. 3 — разрядник, искровой промежуток которого шунтирован резистором; на

15 фиг. 4 — разрядник, состоящий из последовательно соединенных элементов по схеме на фиг. 3; на фиг, 5 — разрядник с дополнительным искровым промежутком и полупроводниковым стабилизирующим симметричным при20 бором, шунтированные резисторами; на фиг. 6 — схема разрядника с параллельным соединением токоограничивающих цепочек; на фиг. 7 — вольт-амперные характеристики разрядника.

25 Предлагаемый разрядник может состоятьиз одного или нескольких элементов.

Каждый элемент разрядника содержит искровой промежуток I, токоограничивающее звено, последовательно соединенное с ним, 30 содержащее цепочку, состоящую из резисто357876

50 напряжение

65 ра 2 и полупроводникового стабилизирующего прибора 8. Для снижения разрядного напряжения искрового промежутка:последний может быть шунтирован дополнительным резистором 4.

Последовательно с искровым промежутком

1, шунтированным резистором 4, соединен дополнительный искровой промежуток 5, также шунтированный своим резистором 6, а полупроводниковый стабилизирующий симметричный прибор 8 шунтирован резистором 7.

Токоограничивающее звено может содержать несколько параллельно соединенных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных резистора 2 и полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора 8.

Полупроводниковые стабилизирующие симметричные приборы (лавинные диоды, стабилитроны) сами по себе являются элементарным разрядником и могут быть применены для защиты от перенапряжений электротехнических установок. При этом напряжение стабилизации (загиба) Uc, вольт-амперной характеристики этого прибора должно быть больше наибольшего номинального напряжения защищаемой установки Уи.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора при напряжениях более U„„ выражается уравнением

U = — U„+ К. lgi, (1) где К=20 † для полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора с напряжением в точке стабилизации (загиба) 400 †8 в, откуда видно, что повышение тока на два порядка приводит к повышению напряжения только на несколько процентов.

При напряжении ниже напряжения точки стабилизации (загиба) токи, протекающие через полупроводниковый, стабилизирующий симметричный прибор, составляют доли миллиампера, и все повышения напряжения более У„приведут к срабатыванию разрядника. Поэтому его включают последовательно с искровым промежутком или повышают напряжение стабилизации (кривая 0 — 10 — 11). В этом случае при небольших превышениях напряжения на разряднике над Уст через разрядник могут протекать большие токи из-за весьма пологой горизонтальной ветви вольтамперной характеристики полупроводникового прибора (кривые 0 — 8 — 9 и 0 — 10 — 11).

Для ограничения величины токов последовательно с полупроводниковым прибором включен резистор 2. При этом Uc„обычно выбирают равным

U„= nUcT, — — 1,05 — 1,1(U„), (2) 10

35 где и — количество последовательно включенных элементов;

Ucт,, Ucт, — напряжение в точке стабилизации (загиба) вольт-амперной характеристики элемента и блока полупроводниковых приборов соответственно.

Величина сопротивления резистора 2 зависит от соотношения U» U„, где U» — нижний уровень напряжения срабатывания разрядника, и от величины наименьшего тока, предотвращающего повышение напряжения на защищаемом объекте выше допустимого.

Вольт-амперная характеристика та кого разрядника показана ломаной линией (Π— 8—

11).

B установках высокого напряжения постоянного тока часто соотношение U»/Уи выбирают небольшим, около 1,3. Однако осуществить искровые промежутки, обеспечивающие указанное соотношение во всем диапазоне длительности фронта воздействующей волны, трудно. Поэтому искровые промежутки целесообразно шунтировать дополнительным резистором 4, величины сопротивления которого на два порядка меньше, чем внутреннее сопротивление полупроводникового прибора при рабочем напряжении, при этом в рабочем режиме напряжение полностью падает на полупроводниковый прибор, а на искровом промежутке падение напряжения равно нулю.

При перенапряжениях через разрядник протекает ток ст U — UcT

R2+ 4

И 1ст, — 1ст Ra ((R4 где R> и R4 — величина сопротивлений резисторов 2 и 4 соответственно.

Так как напряжение на полупроводниковом приборе не может существенно повыситься, то разность напряжений ляжет на искровой промежуток (вольт-амперная характеристика этого режима определяется прямой 8 — 12 на фиг. 7). Среднее разрядное напряжение искрового промежутка U»„ выбирается из условия хрип — Upc Un где Ур, — среднее разрядное разрядника.

После срабатывания и скро вого промежутка разность напряжений U — Уст ляжет на резистор 2 (вольт-амперная характеристика— прямая 18 — 11). Ток сильно увеличится, и перенапряжение будет ограничено.

После перенапряжений, когда напряжение снижается до номинального значения, сопровождающий так в рассматриваемых схемах практически станет равен нулю, так как

U(U„, разрядник обеспечит гашение дуги и вернется в нормальное состояние. Отключение защищаемого объекта не требуется, 5

При этом величина восстанавливающего напряжения на искровом, промежутке для схем, изображенных на фиг. 1, 2, равна номинальному напряжению, а для схем, изображенных на фиг. 3 и 4, определяется падением напряжения на резисторе 4 от обратных токов через полупроводниковый прибор и будет на два порядка меньше рабочего напряжения, что обеспечит лучшие условия для гашения дуги.

Комплект искровых промежутков разрядника по схеме, представленной на фиг. 3 и 4, выбирается на разность на пряжений U„,—

U, а для разрядников, выполненных по схемам на фиг. 1 и 2, на напряжение Ц„.

Однако в разрядниках, выполненных по схемам на фиг. 3 и 4, полупроводниковый симметричный стабилизирующий прибор постоянно находится под рабочим напряжением установки. При этом, хотя и уменьшается срок службы разрядника, обеспечивается жесткое заданное распределение напряжения между элементами разрядника, что имеет первостепенное значение для разрядников постоянного тока, в особенности для наружной установки, где распределение напряжения между элементами многоэлементной изоляции разрядника определяется в основном токами утечек по поверхности фарфоровых покры.шек.

Для установок переменного тока более целесообразно применение схем, приведенных на фиг. 1 и 2, так как для этих установок отношение Upa/U„åðàâíèòåëüío высокое, а распределение напряжения между элементами не связано с особыми трудностями.

Для обеспечения жесткого распределения напряжения между элементами в неблагоприятных погодных условиях последовательно с указанным искровым промежутком может быть установлен дополнительный искровой промежуток б, шунтированный резистором б, а полупроводниковый симметричный стабилизированный прибор может быть также зашунтирован резистором 7, величина сопротивления которого на один порядок больше, чем величина сопротивления резистора 2 и величины сопротивления резистора б на один — два порядка выше, чем величина сопротивления резистора 7.

Суммарное напряжение срабатывания искровых промежутков б на 10 — 15% выше номинального напряжения.

В рабочем режиме все напряжение делится между промежутками б, а на полупроводниковом приборе напряжение равно нулю. В неблагоприятных условиях на каждом элеменге разрядника напряжение не может повышаться более чем HB 10 — 15%, так как при этом сработает искровой промежуток б и элемент схемы перейдет в схему, изображенную на фиг. 3. При каскадном срабатывании всех

357876

6 промежутков схема (имеет место при срабатывании 10 — 15% промежутков б) превратится в схему фиг. 4, и равномерное распределение напряжения будет соблюдено.

Пропускная способность описанных разрядников определяется пропускной способностью полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора. В ряде случаев для повышения пропускной способности разрядника потребуется параллельное включение цепочек, каждая из которых состоит из резистора 2 и полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора 3, как это показано на фиг. 6.

Для определения необходимой пропускной способности разрядника и выбора полупроч0 водникового стабилизирующего симметричного прибора в ряде простейших случае можно исходить из величины емкости С защищаемого объекта, заряженного до верхнего уровня напряжения Uð, срабатывания разрядника.

Тогда ток через разрядник i и напряжение U на разряднике в процессе его работы (разрядка емкости защищаемого аппарата) определяется уравнением

40 Upc ст Я С (4), е à

U = U„y(U„— U„).e (5)

Заряд, проходящий через разрядник, равен (6) 50 Энергия рассеивания в полупроводниковом стабилизирующем симметричном приборе (7) 55 Для решения задачи должны быть заданы либо величина амплитуды тока разряда 4, либо время tðp, в течение, которого напряжение на емкости должно снизиться до определенной величины (КУ„) .

60 В последнем случае величина сопротивления Р может быть определена по формуле

/-> Р

С (8) с рс с ст еп (К 1) ст

В период перенапряжений при повышении на пряжения на 10 — 15% от У„срабатывают промежутки б, затем схема действует как схема, изображенная на фиг. 4.

10 B данной схеме несколько затруднено гашение дуги в промежутках 1 и б, так как токи в рабочем режиме будут определяться токами через резистор 7 (т. е. порядка нескольких ма), для обеспечения гашения ко15 торых могут быть применены промежутки с расстягивающей дугой.

357876

Фиг., 1 Фиг.? Фиг.3 <Риг.4 Фиг.5

Предмет изобретения

1. Разрядник, например для защиты от перенапряжений преобразовательных установок передачи постоянного тока, содержащий один или несколько соединенных между собой элементов, каждый из которых содержит последовательно соединенные искровые .промежутки и токоограничивающее звено, содержащее резистор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения гашения сопровождающего тока, в токоограничивающем звене последовательно с резистором включен, полупроводниковый симметричный стабилизирующий прибор.

2, Разрядник по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения разрядного напряжения искрового промежутка, последний шунтирован дополнительным резистором, величина сопротивления которого меньше, например, на два порядка, чем внутреннее сопротивление полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора в режимах, протекающих при напряжениях ниже напря3 жения стабилизации (загиба) его вольт-амперной характеристики.

3. Разрядник по пп. 1, 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерного распределения напряжения между элемента1О ми разрядника в неблагоприятных погодных условиях и уменьшения напряжения на полупроводниковом стабилизирующем симметричном приборе при номинальном напряжении на разряднике и в хороших погодных усло15 виях, последовательно с искровым ппомежчтком включен дополнительный искровый промежуток, шунтированный резистором, а полупроводниковый стабилизирующий симметричный прибор также шунтирован резистором.

357876

Фиг 7

Редактор Н. Белявская

Корректор Т. Гревцова

Заказ 1717/3 Изд. № 1446 Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография. пр. Сапунова, 2

УР ðñ рн

Составитель Н, Карасева

Техред T. Миронова