RU207332U1 - Protection device for power circuits against the effects of lightning discharges - Google Patents

Protection device for power circuits against the effects of lightning discharges Download PDF

Info

Publication number
RU207332U1
RU207332U1 RU2020134512U RU2020134512U RU207332U1 RU 207332 U1 RU207332 U1 RU 207332U1 RU 2020134512 U RU2020134512 U RU 2020134512U RU 2020134512 U RU2020134512 U RU 2020134512U RU 207332 U1 RU207332 U1 RU 207332U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sltm
power supply
dielectric
shaft
lightning
Prior art date
Application number
RU2020134512U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Николаевич Паровой
Original Assignee
ООО "Газпром трансгаз Саратов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Газпром трансгаз Саратов" filed Critical ООО "Газпром трансгаз Саратов"
Priority to RU2020134512U priority Critical patent/RU207332U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU207332U1 publication Critical patent/RU207332U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/04Arrangements for preventing response to transient abnormal conditions, e.g. to lightning or to short duration over voltage or oscillations; Damping the influence of dc component by short circuits in ac networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage

Abstract

Полезная модель относится к области защиты систем линейной телемеханики (СЛТМ) магистральных газопроводов (МГ), в частности к устройствам защиты СЛТМ МГ от повреждений, вызванных попаданием молний, путем разделения электрических цепей. Данная полезная модель содержит привод, состоящий из электродвигателя, подключенного к сети электроснабжения, соединенного посредством полумуфты с диэлектрическим валом, установленным в подшипниках внутри диэлектрического корпуса, на котором установлены магниты, передающие ЭДС на генератор, вырабатывающий электрическую энергию для электроснабжения системы связи и автоматики магистрального газопровода, при этом длина диэлектрического вала определяется в зависимости от величины максимально возможного напряжения. Кроме того, для обеспечения раздельного электроснабжения потребителей на валу последовательно устанавливаются два или более группы магнитов, которые передают ЭДС на два или более генераторов, в зависимости от потребности разделения групп потребителей.Технический результат настоящей полезной модели выражается в исключении возможности повреждений оборудования СЛТМ МГ, вызванных попаданием молний.The utility model relates to the field of protection of linear telemechanics systems (SLTM) of main gas pipelines (MG), in particular, to devices for protecting SLTM MG from damage caused by lightning strikes by separating electrical circuits. This utility model contains a drive consisting of an electric motor connected to the power supply network, connected by means of a half-coupling with a dielectric shaft installed in bearings inside a dielectric housing, on which magnets are installed, transmitting EMF to a generator that generates electrical energy for power supply of the communication system and automation of the main gas pipeline , while the length of the dielectric shaft is determined depending on the value of the maximum possible voltage. In addition, to ensure separate power supply to consumers, two or more groups of magnets are sequentially installed on the shaft, which transmit EMF to two or more generators, depending on the need to separate groups of consumers. The technical result of this utility model is to exclude the possibility of damage to SLTM MG equipment caused by hit by lightning.

Description

Полезная модель относится к области защиты систем линейной телемеханики (СЛТМ) магистральных газопроводов (МГ), в частности к устройствам защиты СЛТМ МГ от перегрузок, вызванных попаданием молний, путем разделения электрических цепей.The utility model relates to the field of protection of linear telemechanics systems (SLTM) of main gas pipelines (MG), in particular, to protection devices SLTM MG from overloads caused by lightning strikes by separating electrical circuits.

Для обеспечения контроля параметров работы и управления оборудованием линейной части МГ (шаровые краны, КИП и А и т.п.) используются СЛТМ.To ensure control of the parameters of operation and control of the equipment of the linear part of the MG (ball valves, instrumentation and A, etc.), SLTM is used.

Оборудование, используемое в СЛТМ (согласно ЗИ1.310.013 РЭ СЛТМ «Магистраль-2»), имеет номинальные параметры входного напряжения 220 В, в связи с чем, для защиты оборудования от перегрузок, вызванных грозовыми и/или внутренними импульсными перенапряжениями, в СЛТМ предусмотрены системы защиты по входным цепям питания путем применения следующих составляющих:The equipment used in the SLTM (according to ZI1.310.013 RE SLTM Magistral-2) has a nominal input voltage of 220 V, and therefore, to protect the equipment from overloads caused by lightning and / or internal impulse overvoltages, SLTM provides protection systems for input power circuits by using the following components:

автоматических выключателей;automatic switches;

модулей разрядников;arrester modules;

сетевого развязывающего трансформатора;mains isolation transformer;

предохранителя и варистора (встроенных в блок питания).fuse and varistor (built into the power supply).

При этом технические характеристики примененных защит таковы, что вышеупомянутые элементы имеют ограниченные характеристики, не превышающие (в том числе по данным производителей комплектующих и иных справочных данных):At the same time, the technical characteristics of the applied protections are such that the aforementioned elements have limited characteristics not exceeding (including according to the data of component manufacturers and other reference data):

1. при ударах молнии 2,5 кВ при 5 кА (выдерживается 20 ударов при верхнем пороге тока). При изучении технических характеристик устанавливаемых разрядников, максимальная сила тока, как правило, не может превышать двойного значения верхнего порога тока, т.е. 10 кА при меньшем (возможно однократном) воздействии;1. at lightning strikes 2.5 kV at 5 kA (withstand 20 strikes at the upper current threshold). When studying the technical characteristics of the installed arresters, the maximum current strength, as a rule, cannot exceed double the value of the upper current threshold, i.e. 10 kA with a smaller (possibly single) exposure;

2. по защите входных цепей питания конкретных характеристик не приводится. Если же рассматривать характеристики отдельных составляющих элементов конструкции, то можно увидеть следующую картину:2. No specific characteristics are given for the protection of input power circuits. If we consider the characteristics of the individual constituent elements of the structure, then the following picture can be seen:

минимальное время срабатывания автоматического выключателя может не быть меньше 10 мс, при этом ток должен достигать значений, превышающие установленные в 100 раз. При меньшем же значении проходящего тока, срабатывания больше;the minimum operation time of the circuit breaker may not be less than 10 ms, while the current must reach values exceeding the set values by 100 times. With a smaller value of the passing current, the response is greater;

минимальное время срабатывания плавкой вставки (установленной в блоке питания СЛТМ) не может быть меньше 10 миллисекунд при этом проходящий ток должен превышать установленный в 20 раз. Соответственно при меньшем токе время срабатывания также больше, как и в случае с автоматическими выключателями.the minimum response time of the fuse-link (installed in the SLTM power supply unit) cannot be less than 10 milliseconds, while the passing current must exceed the set 20 times. Accordingly, at a lower current, the response time is also longer, as in the case of circuit breakers.

Как показала практика, повышение входного питающего напряжения до значений, превышающим 250 В (в случае обрыва «нуля» трехфазной проводки), ничего катастрофичного не происходит - срабатывает защита блока питания: варистор замыкая входные цепи влечет за собой перегорание предохранителя блока питания - система оказывается отключенной от сети.As practice has shown, an increase in the input supply voltage to values exceeding 250 V (in the event of a break in the "zero" of the three-phase wiring), nothing catastrophic happens - the protection of the power supply is triggered: the varistor closing the input circuits entails a blown out of the fuse of the power supply - the system turns out to be disconnected from the network.

При попадании же молнии в линии электропередач, как показала практика, имеющихся средств защит зачастую оказывается недостаточно: под действием импульсов, напряжение и сила тока которых многократно превышает значения имеющихся защит, выходят из строя не только входные защитные цепи и блока питания, но и сама СЛТМ, поскольку высокие значения импульсного напряжения беспрепятственно проходят через цепи входных защит (разрушая и/или повреждая их, либо просто имеющиеся защиты не успевают срабатывать вследствие очень короткой длительности воздействия грозового разряда), далее через индуктивную связь разделительного трансформатора и трансформатора блока питания (и/или воздушные зазоры данных трансформаторов) и в итоге повреждают саму СЛТМ - повреждаются цепи питания, сигнализации, измерения (управления), а также датчики и приборы.When lightning strikes power lines, as practice has shown, the available means of protection are often insufficient: under the influence of impulses, the voltage and current strength of which many times exceeds the values of the existing protections, not only the input protective circuits and the power supply fail, but also the SLTM itself , since high impulse voltages freely pass through the input protection circuits (destroying and / or damaging them, or simply existing protections do not have time to operate due to the very short duration of the lightning discharge), then through the inductive coupling of the isolation transformer and the power supply transformer (and / or air gaps of these transformers) and, as a result, damage the SLTM itself - the power supply, signaling, measurement (control) circuits, as well as sensors and devices are damaged.

Иных известных устройств для защиты цепей СЛТМ (чем те, которые применяются в стандартных решениях при защите СЛТМ), которые бы обеспечивали полную защиту от грозовых разрядов, в литературе либо в свободном доступе, не найдено.No other known devices for protection of SLTM circuits (than those used in standard solutions for SLTM protection), which would provide full protection against lightning discharges, have not been found in the literature or in the public domain.

В то же время существует патент РФ 2440634, описывающий устройство для передачи электрической энергии и информации. Основным недостатком аналога является применение в качестве гальванической развязки трансформатор. Таким образом, данное решение обладает теми же недостатками, что и применяемые в СЛТМ «Магистраль-2» стандартные решения.At the same time, there is RF patent 2440634, which describes a device for transmitting electrical energy and information. The main disadvantage of the analogue is the use of a transformer as a galvanic isolation. Thus, this solution has the same disadvantages as the standard solutions used in the SLTM Magistral-2.

Технический результат настоящей полезной модели выражается в исключении возможности повреждения оборудования СЛТМ МГ, вызванных попаданием молний.The technical result of this utility model is expressed in the exclusion of the possibility of damage to the SLTM MG equipment caused by lightning strikes.

Поставленный технический результат достигается тем, что для защиты оборудования СЛТМ МГ применяется разделение линий питания и цепей питания СЛТМ путем перевода электрической энергии от сети в механическую, а затем обратно - из механической в электрическую, для цепей питания СЛТМ. Данное решение исключает прохождение грозовых разрядов через индуктивную связь трансформаторов и искровые промежутки конструкций приборов и системы в целом, которые имеются в стандартных решениях.The technical result achieved is achieved by the fact that to protect the equipment of SLTM MG, the power lines and power circuits of the SLTM are separated by transferring electrical energy from the network to mechanical, and then back - from mechanical to electrical, for the SLTM power circuits. This solution excludes the passage of lightning discharges through the inductive coupling of transformers and spark gaps in the structures of devices and the system as a whole, which are available in standard solutions.

Устройство представляет собой привод, состоящий из электродвигателя, подключенного к сети электроснабжения, соединенный посредствам полумуфты с диэлектрическим валом, установленным в подшипниках внутри диэлектрического корпуса, на котором установлены магниты, передающие ЭДС на генератор, вырабатывающий электрическую энергию для электроснабжения оборудования СЛТМ МГ, при этом длина диэлектрического вала определяется в зависимости от необходимой величины максимально возможного напряжения.The device is a drive consisting of an electric motor connected to the power supply network, connected by means of a half-coupling with a dielectric shaft installed in bearings inside a dielectric housing, on which magnets are installed, transmitting EMF to a generator that generates electrical energy for power supply of SLTM MG equipment, while the length the dielectric shaft is determined depending on the required value of the maximum possible voltage.

Конструкция и принцип действия полезной модели приведены на фиг. 1.The design and principle of operation of the utility model are shown in Fig. 1.

На фиг. 2 приведена блок-схема устройства гальванической развязки цепей питания с несколькими потребителями. Количество гальванически развязанных потребителей может быть увеличено увеличением групп генераторов.FIG. 2 shows a block diagram of a device for galvanic isolation of power supply circuits with several consumers. The number of galvanically isolated consumers can be increased by increasing the generator groups.

На фиг. 3 приведена схема подключения КП СЛТМ для комплексной защиты от последствий воздействия грозовых разрядов, попадаемых как в линии электропередач, так и в оборудование, установленное на магистральном трубопроводе.FIG. 3 shows the connection diagram of the CP SLTM for comprehensive protection against the effects of lightning discharges that enter both power lines and equipment installed on the main pipeline.

На фиг. 1 обозначено: 1 - корпус из диэлектрического материала, 2 - заглушки, 3 - подшипники, 4 - вал из диэлектрического материала, 5 - магниты (закрепленные с попеременной ориентацией полей на валу (4)), 6 - катушки медного провода, намотанного на магнитопроводах, 7 - электродвигатель, 8 - полумуфты, 9 - эластичный элемент.FIG. 1 denoted: 1 - housing made of dielectric material, 2 - plugs, 3 - bearings, 4 - shaft made of dielectric material, 5 - magnets (fixed with alternating field orientation on the shaft (4)), 6 - coils of copper wire wound on magnetic circuits , 7 - electric motor, 8 - half couplings, 9 - elastic element.

На фиг. 3 изображена комплексная схема, обеспечивающая гальваническую развязку, с целью защиты от воздействия грозовых разрядов по цепям питания и цепям основного и периферийного оборудования.FIG. 3 shows a complex circuit that provides galvanic isolation to protect against the effects of lightning discharges in the power supply circuits and circuits of the main and peripheral equipment.

Принцип работы полезной модели по фиг. 1: напряжение от электросети поступает на электродвигатель (7), который, через полумуфты (8) и эластичный элемент (9), обеспечивает вращение вала из диэлектрического материала (4), установленного внутри корпуса (1) в подшипниках (3). Вращением магнитов (5), установленных на валу из диэлектрического материала (4), получаем на катушках из медного провода (6) ЭДС, которая после выпрямления и стабилизации подается потребителям.The principle of operation of the utility model shown in FIG. 1: the voltage from the mains is supplied to the electric motor (7), which, through the half-couplings (8) and the elastic element (9), rotates the shaft made of dielectric material (4) installed inside the housing (1) in bearings (3). By rotating the magnets (5) mounted on a shaft made of dielectric material (4), we obtain EMF on coils made of copper wire (6), which, after straightening and stabilization, is supplied to consumers.

Уровень защиты от возникающих перенапряжений в сети между цепями со стороны линии электропередач (электродвигатель) и цепями потребителей (электрогенератор) по фиг. 1 определяется длиной L диэлектрической части конструкции, измеряемой между намотанными катушками (принимаем худшие условия - катушки без заливки; изоляция проводов в расчет не принимается): чем длиннее, тем выше уровень защиты. Так, при длине L=200 мм обеспечивается защита от напряжения уровня, измеряемого десятками и сотнями тысяч вольт (в зависимости от состояния окружающей среды, наличия или отсутствия изоляции у электромагнитов, длительности импульсов разряда и т.д. и т.п.).The level of protection against arising overvoltages in the network between the circuits on the side of the power line (electric motor) and consumer circuits (generator) according to FIG. 1 is determined by the length L of the dielectric part of the structure, measured between the wound coils (we assume the worst conditions - coils without filling; wire insulation is not taken into account): the longer, the higher the level of protection. So, with a length of L = 200 mm, protection is provided against a voltage level measured in tens and hundreds of thousands of volts (depending on the state of the environment, the presence or absence of insulation in electromagnets, the duration of the discharge pulses, etc., etc.).

При нормальных условиях величину напряжения пробоя воздуха рассчитаем по формуле, предложенной Фридрихом Пашеном:Under normal conditions, we calculate the value of the air breakdown voltage using the formula proposed by Friedrich Paschen:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: постоянная

Figure 00000002
постоянная
Figure 00000003
where: constant
Figure 00000002
constant
Figure 00000003

относительная плотность воздуха

Figure 00000004
relative air density
Figure 00000004

Подставив значения в формулу получаем:Substituting the values into the formula, we get:

Figure 00000005
Figure 00000005

В условиях же повышенной влажности, либо изменения частоты (длительности) импульсов грозовых разрядов, значение напряжения может снижаться, но в любом случае данные значения будут заведомо выше, чем пробивные расстояния по иным путям разряда: на заземление зданий, конструкции и т.д., что обеспечит сохранность ответственных систем от перенапряжений.In conditions of high humidity, or changes in the frequency (duration) of lightning impulses, the voltage value may decrease, but in any case, these values will certainly be higher than the breakdown distances along other discharge paths: for grounding buildings, structures, etc., which will ensure the safety of critical systems from overvoltage.

Приведенная на фиг. 3 комплексная схема, работает следующим образом: напряжение от электросети поступает на электродвигатель, обеспечивающим вращение вала с установленными на нем постоянными магнитами. На катушках генераторных групп возникает ЭДС, подаваемая после выпрямления и стабилизации потребителям. Уровень защиты от возникающих перенапряжений в сети между цепями со стороны линии электропередач (электродвигателя) и цепями потребителей (электрогенераторов) определяется длиной L1 и L2 (фиг. 3), расчет которых аналогичен приведенным выше по фиг. 1. Высокий уровень защиты по пробивному напряжению гарантирует истечение возникающих грозовых разрядов по иным путям: на заземление зданий, конструкции и т.д., что обеспечит сохранность ответственных систем от перенапряжений. Защита же воздействия грозовых разрядов через цепи сигнализации и управления обеспечивается АЦП/ЦАП преобразователями и ВОЛС, не содержащих токопроводящие элементы.Shown in FIG. 3 is a complex circuit, it works as follows: the voltage from the mains is supplied to the electric motor, which rotates the shaft with permanent magnets installed on it. An EMF arises on the coils of the generator groups, which is supplied after rectification and stabilization to consumers. The level of protection against arising overvoltages in the network between the circuits on the side of the power line (electric motor) and the circuits of consumers (electric generators) is determined by the lengths L1 and L2 (Fig. 3), the calculation of which is similar to that given above in Fig. 1. A high level of breakdown voltage protection guarantees the outflow of the arising lightning discharges along other paths: to the grounding of buildings, structures, etc., which will ensure the safety of critical systems from overvoltage. Protection of the impact of lightning discharges through the signaling and control circuits is provided by ADC / DAC converters and FOCL that do not contain conductive elements.

Claims (2)

1. Устройство защиты цепей питания от последствия воздействий грозовых разрядов, содержащее привод, в качестве которого используется электродвигатель, соединенный посредством полумуфты с диэлектрическим валом, установленным на подшипниках внутри диэлектрического корпуса, на диэлектрическом валу установлены постоянные магниты, наводящие при вращении вала ЭДС в катушках генератора, установленных на корпусе, для электроснабжения системы связи и автоматики магистрального газопровода, при этом длина диэлектрического вала определяется в зависимости от величины максимально возможного напряжения.1. A device for protecting power circuits from the effects of lightning discharges, containing a drive, which is an electric motor connected by means of a half-coupling with a dielectric shaft mounted on bearings inside a dielectric housing, permanent magnets are installed on the dielectric shaft, which induce the EMF in the generator coils when the shaft rotates installed on the body for power supply of the communication system and automation of the main gas pipeline, while the length of the dielectric shaft is determined depending on the value of the maximum possible voltage. 2. Устройство защиты цепей питания от последствий воздействия грозовых разрядов по п. 1, отличающееся тем, что на диэлектрическом валу последовательно установлены две или более группы магнитов, которые передают ЭДС на два или более генераторов, которые в свою очередь обеспечивают раздельное электроснабжение систем связи, автоматики и прочих возможных потребителей.2. A device for protecting power circuits from the effects of lightning discharges according to claim 1, characterized in that two or more groups of magnets are sequentially installed on the dielectric shaft, which transmit EMF to two or more generators, which in turn provide separate power supply to communication systems, automation and other potential consumers.
RU2020134512U 2020-10-20 2020-10-20 Protection device for power circuits against the effects of lightning discharges RU207332U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134512U RU207332U1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Protection device for power circuits against the effects of lightning discharges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134512U RU207332U1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Protection device for power circuits against the effects of lightning discharges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU207332U1 true RU207332U1 (en) 2021-10-25

Family

ID=78289871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134512U RU207332U1 (en) 2020-10-20 2020-10-20 Protection device for power circuits against the effects of lightning discharges

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU207332U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2229763C2 (en) * 2001-09-24 2004-05-27 Калининградский военный институт ФПС РФ Device for protecting power consumers against lightning strikes
RU2459333C1 (en) * 2011-05-03 2012-08-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Device to protect equipment against pulse overloads
RU174433U1 (en) * 2016-07-07 2017-10-12 Сергей Александрович Иванов PLATED CHARGING DEVICE
US10707297B2 (en) * 2014-05-15 2020-07-07 Texas Instruments Incorporated High voltage galvanic isolation device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2229763C2 (en) * 2001-09-24 2004-05-27 Калининградский военный институт ФПС РФ Device for protecting power consumers against lightning strikes
RU2459333C1 (en) * 2011-05-03 2012-08-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Device to protect equipment against pulse overloads
US10707297B2 (en) * 2014-05-15 2020-07-07 Texas Instruments Incorporated High voltage galvanic isolation device
RU174433U1 (en) * 2016-07-07 2017-10-12 Сергей Александрович Иванов PLATED CHARGING DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2630679C1 (en) Overload limitation system for average and high voltage
US7787230B2 (en) Spark gap protection device
Paul Low-voltage power system surge overvoltage protection
US9557349B2 (en) Measuring system for continuously monitoring a high-voltage bushing
Tsovilis Critical insight into performance requirements and test methods for surge protective devices connected to low-voltage power systems
Martzloff Coordination of surge protectors in low-voltage AC power circuits
TWI454211B (en) A network communication device having transient energy protection and the print circuit board using the same
JP5615406B2 (en) Connector circuit and surge protection device
KR101142280B1 (en) Lightning protection apparatus using tn-c type earthing
Samaras et al. Electrical surge-protection devices for industrial facilities—A tutorial review
RU207332U1 (en) Protection device for power circuits against the effects of lightning discharges
Mueller et al. Switching phenomena in medium voltage systems-good engineering practice on the application of vacuum circuit-breakers and contactors
Paul Light rail transit DC traction power system surge overvoltage protection
Walling et al. Self-generated overvoltages due to open-phasing of ungrounded-wye delta transformer banks
AU2020289213B2 (en) Dead tank circuit breaker surge arrester
JP2009240029A (en) Lightning protection device and housing box
Heckler et al. New lightning current arrester design for onshore and offshore wind turbines
He et al. Power-frequency voltage withstand characteristics of insulations of substation secondary systems
Dalaguit Low cost electronics and electrical appliances power spike safeguard
Vijayananda et al. Surge arrester with improved reliability and protection level for low bandwidth data communication in high voltage installations
Niebuhr Application of metal-oxide-varistor surge arresters on distribution systems
CN101075715A (en) Refrigerator with inleakage-protecting function
Grzybowski et al. Evaluation of 15-420 kV substation lightning arresters after 25 years of service
Nute HBSE and insulation coordination
Frydenlund Surge Suppression Devices and Designs