УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ИМПУЛЬСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

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 и от атмосферных перенапряжений.
Известно устройство защиты от перенапряжений [Шваб А. Электромагнитная совместимость. - М.: Энергоатомиздат, 1995, с.с.165, рис.4.18], обеспечивающее ограничение импульсных перенапряжений за счет применения варистора постоянно включенного под напряжение сети. Принцип действия устройства заключается в ограничении импульса перенапряжения при его превышении значения остаточного напряжения варистора, определяемого из вольт-амперной характеристики варистора.
Недостатком этого устройства является то, что ограничение напряжения в течение всего времени воздействия импульса происходит на практически постоянном уровне, превышающем максимальное длительное напряжение сети в месте установки устройства не менее чем в 1,8 раза, что объясняется свойствами современных варисторов. То есть, защищаемая нагрузка в течение всего времени воздействия импульса, оказывается под указанным превышением напряжения.
Известно устройство защиты от импульсных перенапряжений [Техника высоких напряжений. Под общ. ред. Д.В.Разевига - М.: Энергия, 1976, с.293, рис.16.7], состоящее из последовательно включенных искрового промежутка и варистора, имеющего нелинейную вольт-амперную характеристику. Данное устройство работает следующим образом. При воздействии импульса перенапряжения пробивается искровой промежуток и подключается
варистор, ограничивающий импульс перенапряжения в соответствии со своей вольт-амперной характеристикой.
Недостатком этого устройства является зависимость напряжения пробоя искрового промежутка от скорости нарастания приложенного импульса перенапряжения. При большой скорости нарастания импульса перенапряжения это приводит к тому, что напряжение перед срабатыванием искрового промежутка может принимать недопустимо высокие для защищаемой нагрузки значения.
Наиболее близким к заявленной полезной модели (прототипом) [Шваб А. Электромагнитная совместимость. - М.: Энергоатомиздат, 1995, с.с.183, рис.4.24] является устройство защиты от импульсных перенапряжений, состоящее из параллельно включенных варистора и разрядника. При появлении на входе устройства импульса перенапряжения первым начинает работать варистор, имеющий большее быстродействие по сравнению с разрядником. Под воздействием остаточного напряжения варистора по истечении статистического времени запаздывания пробивается разрядник, ограничивая импульс перенапряжения до значения напряжения горения дуги в разряднике (20-30 В).
Недостатком этого устройства является невозможность применения его в низкоомных цепях (особенно в цепях постоянного тока), обусловленная высоким сопровождающим током через разрядник, термически разрушающим его. Срабатывание разрядника приводит к значительному снижению напряжения на защищаемой нагрузке, которое может быть недопустимо для защищаемой нагрузки.
Задачей полезной модели является защита потребителей электроэнергии от импульсных перенапряжений. Техническим результатом полезной модели является способность устройства самостоятельно гасить сопровождающие токи, отсутствие провалов напряжения, вызванных срабатыванием устройства защиты и повышение надежности.
Поставленная задача решается с помощью предложенного устройства защиты от импульсных перенапряжений, состоящего из параллельно включенных варистора разрядника, а также второго варистора, включенного последовательно с разрядником.
На фиг. приведена схема устройства защиты от импульсных перенапряжений, где содержит варистор 1 (VI) включен параллельно последовательно соединенным второму варистору 2 (V2) и разряднику 3 (FV).
В соответствии с предложенной схемой устройство работает следующим образом. В установившемся режиме работы (при отсутствии импульсов перенапряжения) токи через защитные элементы не протекают. Это объясняется тем, что варистор 1 выбирается из условия возможности его длительной работы при рабочем напряжении, а второй варистор 2 отделен от сети разрядником 3. Напряжение ограничения второго варистора 2 выбирается ниже напряжения ограничения варистора 1. Второй варистор 2 может иметь максимальное длительно допустимое напряжение меньшее, чем напряжение сети, так как в нормальном режиме практически все рабочее напряжение сети приложено к разряднику 3. Варистор 1 включен на питающее напряжение, поэтому напряжение на выходе устройства равно напряжению сети.
При воздействии импульса перенапряжения устройство будет работать следующим образом. Первым импульс перенапряжения будет ограничивать варистор 1. Ограничение будет производиться на уровне приблизительно равном 1,8 максимального длительного напряжения сети в месте установки устройства. Затем под воздействием остаточного напряжения варистора 1 по истечении статистического времени запаздывания пробивается разрядник 3 и напряжение снижается приблизительно до уровня напряжения ограничения второго варистора 2, которое, при соответствующем выборе длительно-допустимого напряжения второго варистора 2, может иметь значение, близкое к напряжению сети. Так как варистор 1 работает только в течение статистического времени запаздывания разрядника 3, а второй варистор 2
поглощает основную часть энергии импульса, то энергоемкость варистора 1 может быть выбрана значительно меньшей, чем энергоемкость второго варистора 2.
После прекращения воздействия импульса перенапряжения ток, протекающий через второй варистор 2, будет составлять несколько миллиампер. Этот ток разрядник 3 способен погасить самостоятельно. Устройство переходит в описанное выше установившееся состояние.
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 только в первый момент срабатывания защиты составляет приблизительно 1,8 от максимального длительного напряжения сети в месте установки устройства защиты, а затем по истечении нескольких микросекунд он снижается до напряжения близкого к напряжению сети;
- отсутствие зависимости напряжения ограничения устройства защиты от скорости нарастания импульса перенапряжения.