357876

,( "О ПИАНМ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 357876 Союз Соввтскик Социалистическив РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 31.М.1968 ( 1259836/24-7)с присоединением заявки-ПриоритетОпубликовано 12.111.1973, Бюллетень14Дата опубликования описания 15,И.1973 М. Кл. Н 011 5/04 Комитет оо селам зобретений и открытий ар Совете Министров СССРУДК 621.316.933,9 (088.8) Авторыизобретения 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 токо- ограничивающем 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 сопро. тивление 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 стабилизируюшем симметричном приборе при номинальном напряжении на разряднике и в хороших погодных условиях последовательно сискровым промежутком может быть включен5 дополнительный искровой промежуток, шунтированный резистором, а полупроводниковый стабилизирующий симметричный прибортакже шунтирован резистором,На фиг, 1 представлена схема предлагае 10 мого разрядника, состоящего из одного элемента; на фиг. 2 - разрядник, состоящий изнескольких последовательно соединенных элементов; на фиг. 3 - разрядник, искровой промежуток которого шунтирован резистором; на15 фиг. 4 - разрядник, состоящий из последовательно соединенных элементов по схеме нафиг, 3; на фиг, 5 - разрядник с дополнительным искровым промежутком и полупроводниковым стабилизирующим симметричным при 20 бором, шунтированные резисторами; нафиг. 6 - схема разрядника с параллельнымсоединением токоограничивающих цепочек;на фиг. 7 - вольт-амперные характеристикиразрядника.25 Предлагаемый разрядник может состоятьизодного или нескольких элементов.Каждый элемент разрядника содержит искровой промежуток 1, токоограничивающеезвено, последовательно соединенное с ним,30 содержащее цепочку, состоящую из резисто40 45 50 напряжение 55 60 65 ра 2 и полупроводникового стабилизирующего прибора 3. 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 3 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 3.Полупроводниковые стабилизирующие симметричные приборы (лавинные диоды, стабилитроны) сами по себе являются элементарным разрядником и могут быть применены для защиты от перенапряжений электротехни. ческих установок. При этом напряжение стабилизации (загиба) Увольт-амперной характеристики этого прибора должно быть больше наибольшего номинального напряжения защищаемой установки У,Вольт-амперная характеристика полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора при напряжениях более У выражается уравнениемУ.=У+ К 1 дЕ, (1) где К=20 вдля полупроводникового стабилизирующего симметричного прибора с напряжением в точке стабилизации (загиба) 400 в 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 Уст приведут к срабатыванию разрядника, Поэтому его включают последовательно с искровым промежутком или повышают напряжение стабилизации (кривая О - 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 О - 8 - 9 и О - 10 - 11).Для ограничения величины токов последовательно с полупроводниковым прибором включен резистор 2. При этом Ус, обычно выбирают равным СУст - пУст, = 1,05 - 1,1(УН) Р) 10 15 20 25 30 35 где и - количество последовательно включенных элементов;УстУст, - напряжение В точке стабилизации (загиба) вольт-амперной характеристики элемента и блока полупроводниковых приборов соответственно. Величина сопротивления резистора 2 зависит от соотношения Урн Ун, где Ур, - нижний уровень напряжения срабатывания разрядника, и от величины наименьшего тока, предотвращающего повышение напряжения на защищаемом объекте выше допустимого.Вольт-амперная характеристика такого разрядника показана ломаной линией (О - 8 - 11).В установках высокого напряжения постоянного тока часто соотношение Ур/Увыбирают 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 токи 1 ст 0 - устйз + Я, й,и 1 ст, -- 1 ст 1 с 3 ( 1 и где Я и Й - 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 Ур, выбирается из усло- вия хрип - 1 рс 1 сттгде Ур, - среднее разрядноеразрядника.После срабатывания искрового промежутка разность напряжений У - Уляжет на резистор 2 (вольт-амперная характеристика - прямая 13 - 11), Ток сильно увеличится, и перенапряжение будет ограничено.После перенапряжений, когда напряжение снижается до номинального значения, сопровождающий ток в рассматриваемых схемах практически станет равен нулю, так как У(У, разрядник обеспечит гашение дуги и вернется в нормальное состояние. Отключение защищаемого объекта не требуется,5При 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 напряжений Урс - Уст, а для разрядников, выполненных по схемам на фиг. 1 и 2, на напряжение Урс. 3578766промежутков схема (имеет место при срабатывании 10 - 15% промежутков б) превратится в схему фиг. 4, и равномерное распределение напряжения будет соблюдено.5В период перенапряжений при повышениинапряжения на 10 - 15% от Усрабатывают промежутки б, затем схема действует как схема, изображенная на фиг. 4.10 В 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 ко торых могут быть применены промежутки срасстягивающей дугой, 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 покрышек.Для установок переменного тока более целесообразно применение схем, приведенных на фиг. 1 и 2, так как для этих установок отношение Ур/Ьсравнительно 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 на 10 - 15%, так как при этом сработает искровой промежуток б и элемент схемы перейдет в схему, изображенную на фиг, 3. При каскадном срабатывании всехПропускная 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 пропускнойспособности разрядника и выбора полупроз 0 водникового стабилизирующего симметричного прибора в ряде простейших случае можно исходить из величины емкости С защищаемого объекта, заряженного до верхнего уровня напряжения Ур, срабатывания разрядника.Тогда ток через разрядники напряжение У на разряднике в процессе его работы (разрядка емкости защищаемого аппарата) определяется уравнением(6) 50 Энергия рассеивания в полупроводниковом стабилизирующем симметричном приборе(7) 55 Для решения задачи должны быть заданылибо величина амплитуды тока разряда 1 либо время 1 р, в течение, которого напряжение на емкости должно снизиться до определенной величины (ККт).60 В последнем случае величина сопротивления Р может быть определена по формуле357876 г,4 фиг.5 Фиг,2 Фиг 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 ташения 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 напря жения стабилизации (загиба) его вольт-амперной характеристики.3. Разрядник по пп. 1, 2, отличающийсятем, что, с целью обеспечения равномерного распределения напряжения между элемента ми разрядника в неблагоприятных погодныхусловиях и уменьшения напряжения на полупроводниковом стабилизирующем симметричном приборе при номинальном напряжении на разряднике и в хороших погодных усло виях, последовательно с искровым ппомежчтком включен дополнительный искровый промежуток, шунтированный резистором, а полупроводниковый стабилизирующий симметричный прибор также шунтирован резистором.357876 Фиг 7 Редакто Гревцова Корректо Белявск Заказ 1717/3ЦНИИПИ Комитета пография. пр. Сапунова,УрЧрсрн оставитель Н, Карасе Техред Т. Миронова Изд.1446 Тираж 780 Подписноеделам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5