Устройство защиты от импульсных перенапряжений

Устройство защиты от импульсных перенапряжений, состоящее из параллельно включенных варистора и цепи, состоящей из управляемого разрядника с блоком управления его поджигом, отличающееся тем, что последовательно с управляемым разрядником включена дополнительная цепь, состоящая из соединенных последовательно цепочек, каждая из которых содержит управляемый разрядник с блоком управления его поджигом, причем количество цепочек определяется максимальным длительным рабочим напряжением питающей сети.

1 н.п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к области электроэнергетики и электротехники и может быть использована для защиты потребителей электроэнергии постоянного и переменного токов от импульсных перенапряжений, возникающих в питающей сети при коммутации ее нагрузок в эксплуатационных и аварийных режимах, а также от атмосферных перенапряжений.

Известно устройство защиты от перенапряжений [Wetter, М.: Blitzstromableiter und Überspannungsableiter aktiv koordiniert, ep 7-2000], состоящее из управляемого разрядника с рогообразными электродами и блоком управления его поджигом. Управляемый разрядник с рогообразными электродами состоит из корпуса, промежуточной пластины, расположенной напротив рогообразных электродов, и двух дугогасительных камер со вспомогательным электродом и металлическими пластинами дугогасительной решетки. В корпусе устройства имеются отверстия для выхлопа плазмы.

Данное устройство работает следующим образом. При появлении на входе устройства импульса перенапряжения по факту достижения им некоторого фиксированного уровня блок управления поджигом инициирует поджиг управляемого разрядника. Напряжение на выводах устройства падает до напряжения горения короткой дуги (20...30 В).

Затем под действием электромагнитных сил дуга движется по рогообразным электродам и тем самым удлиняется, достигает промежуточной пластины и раздваивается. После этого дуги входят в дугогасительные камеры. Напряжение на выводах устройства повышается за счет падений напряжения приэлектродных зон в дугогасительной решетке и тем самым облегчается гашение дуги. Данное устройство позволяет ограничивать напряжение на

уровне 2,7 от амплитудного значения максимального длительно допустимого напряжения.

Недостатками этого устройства являются:

- выхлоп ионизированного газа (дуги) за пределы устройства, что может привести к возгоранию расположенных вблизи горючих материалов, а также к коротким замыканиям в расположенном вблизи электрооборудовании;

- провал напряжения до низкого значения (20...30 В) в момент поджига дуги;

- наличие сопровождающего тока, что не позволяет данное устройство использовать в сетях постоянного тока;

- ограниченный ресурс устройства вследствие необходимости гашения высоких сопровождающих токов.

Известно устройство защиты от импульсных перенапряжений [Drilling, С; Droldner, M; Jordan, E; Meppelink, J; Trinkwald, J.: Geschlossene Blitzstromableiter mit erweitertem Betriebsbereich. etz Heft 7-8/2000, S.2-4.], состоящее из ряда одинаковых последовательно включенных искровых промежутков, а также конденсаторов, распределяющих напряжение между искровыми промежутками.

Данное устройство работает следующим образом. При воздействии импульса перенапряжения емкостное распределение напряжения между искровыми промежутками обеспечивает то, что пробой промежутков происходит поочередно. В результате напряжение ограничения всего устройства незначительно превышает напряжение пробоя отдельного искрового промежутка. После пробоя всех искровых промежутков напряжение на устройстве определяется произведением числа искровых промежутков на значение напряжения горения короткой дуги (20...30 В) и достигает значения максимального длительного напряжения сети. Энергия импульса перенапряжения поглощается электродами искровых промежутков. После прекращения воздействия импульса дуга гаснет.

Недостатком этого устройства является высокое напряжение ограничения: 6,25 от амплитудного значения максимального длительно допустимого напряжения сети.

Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели (прототипом) является устройство защиты от импульсных перенапряжений, состоящее из параллельно включенных варистора и управляемого разрядника с рогообразными электродами, а также блока управления его поджигом [Brocke, R; Noack, F; Hasse, P; Zahlmann, P.: Eine neue Generation von folgestromlosen Blitzstromableitern. etz Heft 1-2/2001, S.2-4.].

Данное устройство работает следующим образом. При появлении на входе устройства импульса перенапряжения первым начинает работать варистор. Блок управления поджигом управляемого разрядника с рогообразными электродами инициирует поджиг только после того, как энергия, поглощенная варистором, достигнет некоторого предельного значения. Применение в данном устройстве варистора позволяет ограничивать импульсы с очень коротким фронтом (до 1 мкс), а также избегать срабатываний разрядника с рогообразными электродами при воздействиях импульсов с малой энергией. Данное устройство позволяет ограничивать напряжение на уровне 2,7 от амплитудного значения максимального длительно допустимого напряжения сети.

Недостатками этого устройства являются:

- выхлоп ионизированного газа (дуги) за пределы устройства, что может привести к возгоранию расположенных вблизи горючих материалов, а также к коротким замыканиям в расположенном вблизи электрооборудовании;

- провал напряжения до низкого значения (20...30 В) в момент поджига дуги;

- наличие сопровождающего тока, что не позволяет данное устройство использовать в сетях постоянного тока;

- ограниченный ресурс устройства и низкая надежность вследствие необходимости гашения высоких сопровождающих токов.

Задачей полезной модели является защита потребителей электроэнергии от импульсных перенапряжений.

Техническим результатом полезной модели является отсутствие в предлагаемом устройстве сопровождающих токов, а также отсутствие провалов напряжения, вызванных срабатыванием устройства защиты и повышение надежности.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, состоящем из параллельно включенных варистора и цепи, состоящей из управляемого разрядника с блоком управления его поджигом последовательно с управляемым разрядником включена дополнительная цепь, состоящая из соединенных последовательно цепочек, каждая из которых содержит управляемый разрядник с блоком управления его поджигом, причем количество цепочек определяется максимальным длительно допустимым напряжением питающей сети.

На фиг. приведена схема устройства защиты от импульсных перенапряжений 1, которое содержит варистор 2 (V1) и цепь 3, состоящую из управляемого разрядника 4 (SF1) с блоком управления его поджигом 5 (БУП 1), последовательно которому дополнительно подключена цепь 6, состоящая из соединенных последовательно цепочек 7...n, состоящих из управляемых разрядников 8 (SF2)...9 (SFn) со своими блоками управления поджигом 10 (БУП 2)...11 (БУП n). Устройство защиты от импульсных перенапряжений 1 включается между питающей сетью 12 и защищаемым потребителем электроэнергии 13.

Количество управляемых разрядников n выбирается так, чтобы сумма околоэлектродных падений напряжений при зажигании электрических дуг на всех управляемых разрядниках 8 (SF2)...9 (SFn) цепи 6 и управляемом разряднике 4 превышала максимальное длительное рабочее напряжение питающей сети

где U_c - максимальное длительно допустимое напряжение сети, U₀ - напряжение горения короткой дуги (20...30 В).

В соответствии с предложенной схемой устройство работает следующим образом.

В установившемся режиме работы питающей сети (при отсутствии импульсов перенапряжения) токи через варистор 2, управляемый разрядник 4 цепи 3, управляемые разрядники 8 и 9 цепи 6 не протекают. Это объясняется тем, что варистор 2 выбирается из условия возможности его длительной работы при рабочем напряжении, а управляемые разрядники 8 и 9 цепи 6 и управляемый разрядник 4 цепи 3 имеют статическое напряжения пробоя, превышающее максимальное длительно допустимое напряжение сети. Питающая сеть 12 подает электрическую энергию потребителю 13.

При появлении в питающей сети импульса перенапряжения устройство 1 работает следующим образом. Первым импульс перенапряжения будет ограничивать варистор 2. Затем по факту достижения импульсом перенапряжения, ограниченного варистором 2, значения, достаточного для горения электрических дуг в управляемом разряднике 4 и управляемых разрядниках 8 и 9, блоки управления поджигом 5, 10 и 11 управляемых разрядников 4, 8 и 9 инициируют их поджиг. После этого напряжение на выводах устройства 1 понижается и тем самым варистор 2 разгружается от воздействия импульса перенапряжения. Напряжение на защищаемом потребителе электроэнергии 13 при воздействии импульса перенапряжения ограничивается устройством 1 и не превышает допустимого для потребителя 13 значения в кратковременном режиме.

После прекращения воздействия импульса перенапряжения напряжение питающей сети 12 не превышает максимального длительного рабочего значения, уровень которого недостаточен для поддержания горения электрических дуг в последовательно соединенных управляемом разряднике 4 и управляемых разрядниках 8 (SF2)...9 (SFn) цепочек 7...n. Устройство переходит в описанное выше установившееся состояние.

Таким образом, предложенная полезная модель обладает следующей совокупностью достоинств, которые не имеет ни одно из известных технических решений:

- способность гасить сопровождающие токи, что позволяет применять ее в низкоомных цепях постоянного и переменного токов;

- исключением возможности повреждения разрядников из-за сопровождающих токов, что повышает надежность устройства;

- отсутствие провалов напряжения, вызванных срабатыванием устройства защиты;

- уровень ограничения составляет приблизительно 2,7 от максимального длительного напряжения сети в месте установки устройства защиты;

- отсутствие зависимости напряжения ограничения устройства защиты от скорости нарастания импульса перенапряжения;

- способность пропускать большие импульсные токи, свойственная разрядникам;

- отсутствие выхлопа ионизированного газа (дуги) за пределы устройства.

Устройство защиты от импульсных перенапряжений, состоящее из параллельно включенных варистора и цепи, состоящей из управляемого разрядника с блоком управления его поджигом, отличающееся тем, что последовательно с управляемым разрядником включена дополнительная цепь, состоящая из соединенных последовательно цепочек, каждая из которых содержит управляемый разрядник с блоком управления его поджигом, причем количество цепочек определяется максимальным длительным рабочим напряжением питающей сети.