Разрядник для защиты от перенапряжения

О П И С А Н И Е 292566ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Соеетския Социалистическня РеспубликЗаансвмое от авт. свидетельспва-Заввлено 221968 (ЛЪ 1211270/24-7) М. Кл. Н 011 т 73/00 с присоединением заяаыи-Комитет по делам иэобретеиий и открытий при Совете тлинистров СССР11;: оитст Опубликовано 08,1.1973, Ечоллетень6 УДК 621.316,933 (088,8) Дьчта сспублищозаивя описания Авторввобрепения А. С. Торосян 3 аявитель РАЗРЯДНИК ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ Предлагаемое устройспво отвосигпся к обласпи защиты от перенаиряжений преобразюватедыных установок передач элеплроэнергви поспоянньгм токюм. Оно мюокет быть при)менено и в распределителыных успансвках переменнапо мка, где необходимо иметь стабидвзированные защитные промежутки, обеспечивающие небольшие отношения между разрядным и рабочим напряжениями.Известны многоэлементные разрядники для ш защиты от пвренапряжений, например, распределительных или преобразовательных установок передач электроэнергии, содержацоие главнющую цепь, образсявавную последователыно соединенными сидовьоми промежупка ми и овязанную с ней через ампирные соторопивдения, цопомоп ап едыную цепь, включающую в себя подиигающее успройство, состоящее из параддедыню соединенных активиюго лияейного со 1 пропивления и подиигающего 20 нромежупка, подключенного также на 1 раллельно одному ив указаиных смиловых промежутков.Однако в нормадынсм реж 1 нме зиспдуатациа передач ври неблагоприятных погодных усдо виях набдюдаютюя частые лоиные срабатываниия р 1 азрядников,ив-за не 1 равно 1 мерного расцределания напряжения между элеменпавтот. Наблюдаюпся сдачаи р аз 1 рушения раз 1 ряднияов вследствие их чаютичных срабатьований. Это зо может гцроисхадить и;ри лоином ора,батьовании одного из элементов раарядн 1 вка или при весьмаа,тор а 1 пиовремени ых пнжах перенапряжений, ногда при ер,абатывании одного элемента оспалыные элементы не уопевают сработать. Пра этом ток через шунтврующие сопротивленвя увеличивается больше допусливтого, что и нрвводит кразрушению равряднвка через некатор ый интервад,Времени.В предлагаемювт ра 1 зряднике с целью жесткого р аслредеденвя наторяжения хтежду его элементами в рабочем режвме и при неблагоприятных логодных условиях, уменьшения разброса раврядного напрвження, раэг 1 рузки пюджииающего дрюмежутпка от напряжения в рабочем режиме и самопогасания прн кратковремеиных перенаооряженоях во вопомогателынюй цепи установлены полупроводниковые симметричные стабилизирующие приборы, соединенные последоватедыно с поджнгаютци 1 м успройством.На фиг. 1 изображена првнцвпиалыная схема тсредложенного разрядника; на фиг. 2 - вольт-амперная характеристика симметричного стабилизирующего полупроводникового прибора; на фвг. 3 - привцивиадыная схема одного,из вар 1 иаитов подиигающего устрайспва; .на фланг. 4 - осщилдоправпмы нагряжения узловых точек разрядвииа отнюситедьво земли.В качеспве првмер,а олиоан разряднвк, соспоящи из прех элеменпав 1, 2 и 3. Количе. ство элсментов,разрядника может бьгть иным В 3 авцспгмаспи от р абачего агавряженггя д азряднпка и отношения между напряжением срабатывания разрядника и его рабочим напряженнем.Главная цепь 4 разрядника в соответствии с юоличес пвам элеиен пав сас паигг,ив,паследюв ателыню включенных п 1 рех силювых промежуткав 5, б и 7. Вевамогагпелыная цепь 8 неодпгородна по элементаи. В элементах 2 и, 3 вопомапачелыная цепь сюсгоит из последсвательно вкдтаченных симмепричных полупроводниковых сгпабилизирующих пригбюров 9 и 10 (сгпабилипронов иппи л авиппных диодов) .Вопамогателыная цепь в элементе 1 состоигг гиз акпиввопо линейного согпро пивления 11 и Баюравого промежутка 12, кюпорые на стыке элеменгга 1 и 2 сгаединены между со(бой сопропивлением 13. Промежупак 12 имеет юанопрукцию, подобную, например, искровым промежуткам вентильных разрядников типа РВС, т. е, герметичен и имеет стабильное напряжение срабатывания.Глагвпая 4 и вспомогательная 8 цепи разрядника соедииены меиду собой акпивными линейвыии согграпивлениями 13, 14 и 15, причем велниина сопропивления И (1 г) намного больше, чеи сапропивлений 13 - 15 (Яз - Вь)Количесгпва пгаследователыно .включенных снабили прганюв выбрабыню таюим образюи, чтобы пЪ".=1,О 5-.-1,1 Ъ, пде Ъ - наиболысее з:начение рабачепо нап(ряжения установки, защищаемого разрядника, Ъст - гапряжеггце стабилизации единичного полупроводникового симметричного стабилизирующего прибора, и количество единичных полупроводниковых стабилизирующих приборов в разряднике,На фиг. 2,по аси ааспгигес оплажегпы величины тоюав через полуправодниюавый гприбор, а по сгсц срдинат - величины напряжегпий на по. пуцрсвюдгпгюавам пр пб;оре.В тех случаях, когда отношение между напряжегием ерабатывания радрядника к рабочему напряжению больше двух, взаиеп сопротивле)нгия 11 мсгут быть пргпменены два после- давательво соедггненных совро пивления 16 и 17, а подиигающий промежупак 12 включен непас 1 редспвенпго параллелыго сопротивлениго 16. Главная цепь,в элементе 1 такое садержит два паследователыню вктгаченныгх силювых црамежутгюа 18 и 19, еоединенных со вевомогателыиоц цепью через сапротгвлепгпгя 20 ц 21.На фиг, 4 кривая 22 соответствует напряжению па разорядниюе, прямая 23 - ,гапряжепию па стабилизру 1 ющх прибарах 9 и 10, прямая 24 - иапряженпгю на стабылпзирующем пргиооре 10, прямая 25 - иапряжепиго между землей и цизшим потенциалои поджигающего прсвежупка, а также напряженгню пга главныгх промежутпках 7 и 5, юрппвая 26 - напряжеппго ца ггпввнем прюмеиугпке 7, Указанные напряжения соответствуют моменту, предшспгт вуоще яу ср а ба тыванию,р азр ядцигка. 5 10 15 20 25 30 05 40 45 50 60 65 В рабочегм реживге навряжение Ън,на раз. ряднике меньше наиряжения стабипизацин лолуправадниюовьгх прибозирав п)7", вследствие чепо напряжение делигпоя гмежду элементами 2 и 3 из-,за большего значения,внугг 1 рвишнево сапрогивления гполупрюводниюовых прибаров по еравнению с соп 1 ропивлением 11.Междуэлекгпродное раестсяние проыежуткав б,и 7 вьибрано тапавм образом, чтобы исключить игх орабатывание в рабочеи режиме при любых метеоролопичесгюих условиях, Среднее напряжеиие срабатывания гпроиежутков б и 7 можно выбрать,в 1,6 - 1,8 раза больше, чем рабочее напряжение,на соответспвующих элевгецтах.В рабачем режиме,на .элементе 1 напряжсние равно нулю. Следователыно, равно дулю ц напряжение иа дргамежугпках 12 и 5.При неблагюприяпных погодных у 1 сдсвиях (доиде, снеге, гололеде и т, д.) и в особенггоспи в период высыхания влажных поверхностей фарфоровых поюрьгшек элементов 2 и 3 оопрогпцвления утечек по паверхноетю эпигх элемеятов могут быть раэличньгии, вследспвие чего,напряжсния на этих элемептах также будут сгрегмитыся раапределяться гедавновгерго. Эпому будугг псепятотвавать стаспглизгруощие цепочки, нв ко 11 орых напряжеие пракпически,пе может подняться выше папряжецня етасцлизагции, т. е. пЪ"=-1,05 - 1,1 Ъ (точки 24 и 25) - стабияизиругощая цепачка элегмепгта, на котарюи напряжсние спремится подггцматыся, дропуская через себя так утечки, сохраняет постоянство распределенпгя напряжения между элемепптагми,с тзчнсстью 5 - 10 Оо. Необхадпро отметпгть, чгпо за счет такав утечки неюопорая доля рабочего напряженкиия ляжет на сопропивленгие 11. Намииальные таки стабгглнзирующих цепочек должны быть больше длппелыных токов утечек через фарфоровые поверыости. Так юак неравномерное распцээделеи е и апр я жен и я о 0 ыч 10 н а о тюдае т с я в период высыюагвия фарфаровых поверюностей при небольшигх утепках пока, то пюставлеиные выше услсвия являются наиболее жеспкими. Такцм образомна элементах 2 н 3, следовательню, на промежугпках 6 и 7,в рабочем режиме имеготся,поотоянные велпгчины цапряжения, что при достаточном запасе вапряжепия срабатывангия этих,промежупков искл ючигг лэожные срабатывания разрядника.При появлеиии перенапряжений а разряднике по цепи, состоящей из сопротивления 11 и стаоилизирующцх прибарав 9 и 10, потечет так 1 - пЪ.где Ъ - напряжение ца разряднгике;пУ" - суммарное пгапряжение стабц,тизации стабилизирующих приборов 9 ц 10.Пф пювышенипг,напряжециЙ на разряднггюе напряжение на стабилизирующих эдементах 9 и 10 не будет меняться. Практггчески не изменяются напряжегнгя также и на сцловыхпГ"1 6 (1) - 12 промежутках б и 7, они также овязанты со в(спамогателыной цепью через с(рааиигоелыню небольшие оап(рютивления 13, 14 и 15, а емкости промежутио(в б и 7 нвбальшие и оцвн(ива готся нвсюлыкнвви десятка(ми пф,Величина разности напряжений Г - Гс.=Игг ляжет на элемент 1.Зпо будет ометь мефисто при всех пвренаоряже(нитях, уровень которых ниже риаз(рияд(ного напряжения (р аз(рядника.П(ри апре(деленнюси таке Уг напряжение на элвмвнгте 1 даогигнет величи(ны разрядного напряжения Гр. п(ргамежппк 12, Саопвепспвующве так(у 1, нап(ряжение на риаз(рядни(ке,обознач(им через ГроГро=,ггГст+Грг 2=ггГст+У,Д.Гро, ггГ" (1,05 - 1,1 Г.) залатаны те 7 пническим требаванивм к,разряднику, а величина У определяегпся сап(рогпивлвнивм 11 (Ягг) . Сл(иивком большие величи(ны сап(ротивлвния 11 п(р(иводят к таму, чтю и во в(рвмя рабочего,региима за счет таков угпечки на элементе 1 гное(вится апре(делен(ная доля рабючвго ногаи(ряженкия.Это не п(ре(дставляет опасности п(ри дюстатачню высаком отношении Гро/Гн. Сл(ииг(ком малые величины сап(риоти(вления 11 (Р) п(риведут к частым,пврепрузкам стабилит(р(оновых цвпоче(к и соп(р(отивлвния 11. Поэтому огню выбрано из условия Гр=йггУт=0,2 Гь где Ут - ,ма(к(сим алыная величина длителыных токов утечек.В момент 1 когда напряжение на,раз(рядвике дастигает величины Гро, п(рюме 7 Иутак 12 орабатает, и через соп(рютивлевие 13 (Рз) и стааил(изи(рующяе прибары 9, 10 протечет ггокГро - гг 1 ст12Вз Полный так,через стаюилитрюнггые цйпочки У (1) будегг равенУ" (1,) =У,+1,Вся,разпгость ваап(ряжвний Гр - ггГст ляжет на сопротивление Л напряжвние иа промежу(тке б павысится до вегпияины Под действием этого напряженгия в момент 1 т,произойдет юрабатывание прюмежутка б.Е(оли за прогмежутак,времеви 1 т - 1 г праизойдет снижение напряжения ца разряднике и срабатывания промежутка б не произойдет, то при последующем:снижеиии напряжеиия до Г пак через сспроттивлвиия 11 и 13 (Яы и 1 тлз) умвньш(идется ло иуля на самом деле до долей ла), дуга,в пргамежутке 12 пагаснет, и разрядпцк вернется в гцармалыное состояние. Необходимо также отмстить, что снижение напряжения,на р аз(рядни(ке может произойти и вследствие большой величины така Ут, выбирающегася из услания пропускной способности стабидитраиных цепочек.Е(сли в момсгцт Ут п(ромежутак б сработал, то напряжение увеличит:я до величины 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 05 ггГс2где Яг 5 - величина сопротивлений 15.Если Ри Рг 5, то практичес(ки все надряжение падает,на прюмеяутак 7,:и в момент 1, произойдет его арабатывание, Отказ орабатывагния пграмежугпка 7 п(ра(ктиче(аки,ис(ключается, так хак на него дей(етвует слиипкюм,высо.- кое надряжение. После орабаггывания все напряжвиие ляжет,на,сапрютивлвние 14 и, следовательно, ца промежу(так 5, срабатывание которого в момент 1, п(риввдет к зако(рачиванию устанонки, т. е. заввртпвнию работы разрядника.При вьгборе,величин соп(ротивлений 13 - 15 нужно исходить цз,следующего: слуш(ком высокие величииы этих сапротивлений могут пргцвеспи к угху(дшенгпю вольт-;секундной характери(спики разрядиика,вследствие задержки зарядки,паразитных емкюстей разрядника, а сливкам малые велгцчины этих сопротивлеиий п(ригведут к перегрузке стабилизирующцх цепочек. При выборе величпнуказаиных сопротивлений целесообразно исходить цз вели гины тска Ут порядка 5 - 10 а, а тока Уг порядкта 20 - 30 а.П(рименвнивм стабилитрон(ных цепочек, помгцмо четкого (распределенця напряжения по элементам разрядника и возврата разрядника в нормальное состоя(ние после частичного срабатываиця (срабатывания промежутка 12), достигается еще ц уменьшение разброса цапряжвния (ср абатывавия р азрядника. Абсолютные,величтины,среднеквадратичных разбросои напряжения срабатывания разрядицка ц искрового прогмежутка 12 численно рааны, так как коэффзпццент нелиневнюстц,для стабилизирующих цепочек практгпчески равеи а=0 ц для сопэотцвлюнгия 11 а= 1.Отцосцтелыная величина среднеквадратичного разбро:а напряжения срабатываиия разрядника в процентах равнаРО а 1 ттгг(Г )% =а(Г, ) %где о (Гр.) % и о (Гр ) % - среднеквадратичные разбросы раз(рядных напряже(нпй разрядника ц промежутка 12 сооюветственио.Некоторые защитные аппараты преобразовательных установок постоянного тока должны срабатьизать,при 35 - 40% яном повышениц напряжвниц по отношвицго к рабочему цапряжвншо установки. Осуществление поджигающихх,промегжутков, удовлетворяющих этому требованию в обычных схемах разрядиюков с ра(вномерной шунгтцравкой, связагво с определвнными трудиостямти, вьпзванньви,необходимостью предотвратщвцця кораны, обеспечегцця цебольгцого разороса цапряжеицй срабатывания и т. д.В предлагаемой схегме запальный элемент разряжен по гнап 17 яжевцю в раюочем реж 4 пмс, что упрощает требования, предъявляемые к поджигающему промсжутку, обеспечгивает сццжеице разороса разрядника напряжений.292566 3 Количество элсементав разркдвнка выбирает 1/ро, ся,в зависимо".ти от отношения - , - При опно- о Ърошениях, =1,5 после срабатывая;ня цромежутка 12 перенапряжения на глааных иромежупках б и 7 будут ераввителыно небольшке. Это может,прсивели к задержке их срабатывания, а следсвателыно, и к ухудшению водытсеиундной харагстернстики разрядниыа, Поэтому для у 1 веди(чения перенадряжен)ий на главнььх прам ежутках необходвмо увеличение количеспва элементав со ста(билизн)рующими цепочками,роПри отношениях )2 после срабатыванияРп прамежутио 1 в 12, б н 7 на промежуток 5 действует небольшое перенапряжение,В этом случае целесообраз 1 но неоколыко видоизменить схему элемента 1 (см. фнг. 3).В рабочем,режиме на сопротивлении 1 б и 17 напряжение равно иулю. Сопропивления 16 и 17 имеют промерно одинаиовую величи 1 ну. Паоле орабатыван 1 И 1 я промежутопс 12 на промежутпке 19 дей 1 спвует двойное переналряжение. Далсс промежутки б и 7 срабатывают,по послсдавателыности, о)писанной,выие для фиг, 1, После орабатывания этих промежутиов,на лромежуток 18 буде 1 т действавать леренапряженис:с амплятудой, в два раза бодьшей, чем на прох ежутск 5 на,фиг. 1.Главныс промежутки долгины иметь, высокую термичеаиую и динамичееиую устойчивсють для пропусекавия токов короткого замыкания. К напряжению срабатывания этпх,промежуспкав предъявляюпся облегченные требования, а именно: маиои 1 мадыный разброе разрядных,напряжений с учетом мегеородопвчееких условий и изнаыввания электродов после мпопаиратното серабатывансля должен быть не более 30 с/о. Конструкпивно они могусг быль выпола 1 ены отирытыми в влде роговых или стержневых,прамежу 1 тков с масо 11 вными стадьныии электрадами,или зпирыгьм 1 и с вращающейся дугой. Пр ед м ет и з о бр ет е н и я Разрядник для загциты от перенапряжений, 15 напр 1 имер, распредслитльных или преобразователыных устано 1 вок передач электрической энерпии, содсржапций главную цепь, образованэую паследователыво соедвневныки силовыми промежуопкамн и связанную с ней через 21 ктив пые сапротзвслення вспомогателынлчо цель,вклачающую в себя,псджигающее устройство, состояшее нз параллсльно соединснных актиВ- ного лннсЙнопо сапротивления .л поджнгающего прОмежупка, подкдюченнОГО также падал лелыно одному дз указанных сило)вых промежуспкав, отличающийся тем, что, с целью жеслкопо распре)деления напРяжения между его элементами, уменьшения разброса разрядного налряжения, разпрузии поджигающего проме жутка Ог найряженелЯ в рабочем .режиме иобеспечения самопогасапия при кратковременных перенапряжениях, во вспомогательной цепи установлены полупроводниковые симметрсичные стабилцзипующне прснборы, соединензб ные последовательно с указанным поджигающим чстройством.292566 и г.Ф Корректоры О. Тюринаи Г. Запорожец едактор Н, В Тираж 780тоний и открытий ври Сове, Раушская наб., д, 4/б Оба. тип. Костромского управления издательств, полиграфии и книжной торговти Составитель Н. Карасев Твхред Т, КурилкоЗаказ 923 Изд. ЛЪ 127ЦНРИПИ Комитета по делам изобрМосква, Ж-оо Подписноепиастров СССР