RU2168782C2

RU2168782C2 - Three-phase surge-voltage protective gear for electrical equipment

Info

Publication number: RU2168782C2
Application number: RU98104362A
Authority: RU
Inventors: В.А. Пантелеев
Original assignee: Ухтинский индустриальный институт
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; protection of electrical equipment against lightning and switching surges. SUBSTANCE: device has carrier accommodating three cells for three nonlinear resistors; each cell is provided with one fixed and one movable contacts which ensure reliable electric contact for nonlinear resistors of different height by means of screw, nut, and hold-down plate. Contacts have leads with binding posts for conductors which are used to connect protective gear to electrical equipment under protection and also to implement various connecting circuits for nonlinear resistors. Device is placed in case that has cover and bottom and is used to ensure electric safety and to keep surrounding dust away from device. Bottom has four holes for fastening the device to power board and also diagonal slots for laying wires to make delta connections. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и, в частности к защите электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений, и может быть использовано в любой отрасли промышленности. The invention relates to electrical engineering and, in particular, to the protection of electrical equipment from lightning and switching overvoltages, and can be used in any industry.

Известно устройство защиты оборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений, включаемое в энергосистемах между фазным проводом и землей и представляющее собой искровой промежуток, который пробивается при появлении на проводе опасной для изоляции энергооборудования волны перенапряжений и отводит энергию волны в землю [1]. A device is known for protecting equipment from lightning and switching overvoltages, which is included in power systems between a phase wire and ground and represents a spark gap that breaks through when a wave of overvoltages dangerous for insulation of power equipment appears on the wire and removes wave energy to the ground [1].

Недостатками использования искровых промежутков для ограничения перенапряжений являются их недолговечность и низкая эффективность защиты электрооборудования от коммутационных перенапряжений. The disadvantages of using spark gaps to limit overvoltages are their fragility and low efficiency of protection of electrical equipment from switching overvoltages.

Известно также устройство для ограничения атмосферных и коммутационных перенапряжений, основанное на использовании нелинейных резисторов, которые обладают существенно большей стабильностью защитных характеристик, более высокой эксплуатационной надежностью и более глубоким ограничением перенапряжений [2]. A device for limiting atmospheric and switching overvoltages is also known, based on the use of non-linear resistors, which have significantly greater stability of protective characteristics, higher operational reliability and a deeper limitation of overvoltages [2].

Однако конструктивно оно, во-первых, выполнено в однофазном варианте, что создает трудности при его монтаже для защиты электрооборудования, использующего трехфазные источники питания, т.к. в связи с необходимостью защиты каждой фазы всякий раз монтируется по крайней мере три колонки ограничителей, что заставляет постоянно решать вопросы их закрепления, взаимного расположения и электрического соединения. Во-вторых, оно используется только для одной величины минимального рабочего напряжения. However, it is structurally, firstly, made in a single-phase version, which creates difficulties in its installation to protect electrical equipment using three-phase power supplies, because In connection with the need to protect each phase, at least three columns of limiters are mounted each time, which forces us to constantly solve the issues of their fastening, relative position and electrical connection. Secondly, it is used only for one value of the minimum operating voltage.

Известно также устройство [3] , содержащее трубчатые предохранители, которые пережигаются в случае перенапряжения. В этом устройстве для установки и крепления защитных элементов (предохранителей) предусмотрены выполненные в носителе ячейки с прижимными контактами, обеспечивающими съемное крепление защитного элемента и надежный электрический контакт. A device [3] is also known, containing tubular fuses, which are fired in case of overvoltage. In this device for installation and fastening of protective elements (fuses), there are provided cells made in the carrier with pressure contacts, providing removable fastening of the protective element and reliable electrical contact.

Однако, во-первых, в этом устройстве используются защитные элементы, которые нужно заменять после каждого импульса перенапряжения, как и в устройстве [1]. Во-вторых, это устройство содержит пружинные контакты для закрепления защитных элементов только одного, стандартного размера. However, firstly, this device uses protective elements that must be replaced after each overvoltage pulse, as in the device [1]. Secondly, this device contains spring contacts for fixing the protective elements of only one standard size.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство [4], в котором три столбика нелинейных резисторов размещаются внутри заземленного металлического корпуса круглого поперечного сечения и жестко связаны с ним, что позволяет использовать это устройство для защиты трехфазной нагрузки, соединенной звездой. The closest in technical essence to the claimed device is a device selected as a prototype [4], in which three columns of nonlinear resistors are placed inside a grounded metal case of circular cross section and are rigidly connected with it, which allows the use of this device to protect a three-phase load connected by a star .

Однако это устройство, во-первых, имеет ограниченную пригодность для защиты электрооборудования, соединенного в треугольник, так же как и для двухфазной нагрузки. Во-вторых, в нем не решаются вопросы доступа к нелинейным резисторам, и поэтому остаются неразрешенными монтажные проблемы. В-третьих, наличие металлического корпуса и относительно близкое расположение столбиков нелинейных резисторов приводит к образованию значительных паразитных межфазных емкостей. However, this device, firstly, has limited suitability for protecting electrical equipment connected in a triangle, as well as for two-phase loads. Secondly, it does not address issues of access to non-linear resistors, and therefore mounting problems remain unresolved. Thirdly, the presence of a metal casing and the relatively close arrangement of the columns of nonlinear resistors leads to the formation of significant stray interfacial capacitances.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции, обеспечение удобства монтажа и технического обслуживания и снижение межфазных емкостей. The objective of the invention is the expansion of functionality, simplifying the design, providing ease of installation and maintenance and reducing interfacial capacities.

Поставленная задача решается тем, что в трехфазном устройстве для защиты электрооборудования от перенапряжений имеется корпус с размещенными в нем нелинейными резисторами. Внутрь корпуса помещен носитель, содержащий три расположенные в ряд ячейки с нелинейными резисторами и прижимными контактами, один из которых неподвижен, а другой выполнен с возможностью регулирования по высоте нелинейного резистора внутри ячейки и его фиксирования посредством винта, гайки и прижимной пластины. The problem is solved in that in a three-phase device for protecting electrical equipment from overvoltages there is a housing with non-linear resistors placed in it. A carrier is placed inside the housing, which contains three cells in a row with non-linear resistors and pressure contacts, one of which is stationary, and the other is made with the possibility of height adjustment of the non-linear resistor inside the cell and its fixation by means of a screw, nut and pressure plate.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:
внутрь корпуса помещен носитель, содержащие три расположенные в ряд ячейки с нелинейными резисторами;
ячейки снабжены двумя прижимными контактами, один из которых неподвижен, а другой выполнен с возможностью регулирования по высоте нелинейного резистора внутри ячейки и фиксирования его посредством винта, гайки и прижимной пластины.Distinctive features of the claimed invention are:
a carrier is placed inside the housing, containing three cells arranged in a row with non-linear resistors;
the cells are equipped with two pressure contacts, one of which is fixed, and the other is made with the possibility of height adjustment of the nonlinear resistor inside the cell and fixing it by means of a screw, nut and pressure plate.

Отличительные признаки нам были неизвестны из патентов и научно-технической информации, и в связи с этим мы считаем, что заявленное нами техническое решение является новым. Distinctive features were unknown to us from patents and scientific and technical information, and in this regard, we believe that the claimed technical solution is new.

Заявленная совокупность существенных отличительных признаков является неизвестной для среднего специалиста данной отрасли, что позволяет нам сделать вывод, что техническое решение имеет изобретательский уровень. The claimed combination of essential distinguishing features is unknown to the average specialist in this industry, which allows us to conclude that the technical solution has an inventive step.

Заявленное техническое решение легко может быть осуществлено и изготовлено на специализированном предприятии, что соответствует критерию промышленной применимости. The claimed technical solution can easily be implemented and manufactured at a specialized enterprise, which meets the criterion of industrial applicability.

На чертеже представлена схема трехфазного устройства для защиты электрооборудования от перенапряжений. Устройство выполнено в виде носителя 1, внутри которого имеется три ячейки для размещения трех нелинейных резисторов 2. Каждая ячейка снабжена одним неподвижным 3 и одним подвижным 4 контактами, которые при помощи винта 5, гайки 6 и прижимной пластины 7 обеспечивают надежный электрический контакт нелинейных резисторов различной высоты, хорошее теплорассеяние и легкость замены нелинейных резисторов. Контакты имеют выводы с зажимами 8 для крепления проводов, при помощи которых осуществляется как присоединение устройства к защищаемому электрооборудованию, так и реализация различных схем соединения варисторов ("звезда", "треугольник" и т. д.). В целях электробезопасности и для защиты от атмосферной пыли устройство помещено в корпус, состоящий из пластмассовой крышки 9 и дна 10. Дно имеет четыре отверстия 11 для крепления устройства к электрощиту, а также диагональные канавки для прокладки проводов при реализации схемы "треугольник". Эти канавки расположены на внешней, прилегающей к электрощиту поверхности дна. Использование двух резиновых прокладок между носителем, дном и крышкой позволяет обеспечить полную герметичность устройства, хотя и не всегда требуется. The drawing shows a diagram of a three-phase device for protecting electrical equipment from overvoltage. The device is made in the form of a carrier 1, inside which there are three cells for accommodating three non-linear resistors 2. Each cell is equipped with one fixed 3 and one movable 4 contacts, which, with the help of screw 5, nut 6 and pressure plate 7, provide reliable electrical contact of non-linear resistors of various heights, good heat dissipation and ease of replacement of non-linear resistors. The contacts have conclusions with clamps 8 for securing the wires, with the help of which both the device is connected to the protected electrical equipment and the implementation of various varistor connection schemes (star, delta, etc.). For electrical safety and protection against atmospheric dust, the device is placed in a housing consisting of a plastic cover 9 and a bottom 10. The bottom has four holes 11 for attaching the device to the electrical panel, as well as diagonal grooves for laying wires when implementing the "triangle" scheme. These grooves are located on the outer surface of the bottom adjacent to the electrical panel. The use of two rubber gaskets between the carrier, the bottom and the cover makes it possible to ensure complete tightness of the device, although it is not always required.

Нелинейные резисторы 2 изготавливаются, как правило, в виде таблеток, причем высота этой таблетки зависит от величины рабочего напряжения, при котором работает защищаемое электрооборудование. Конструкция ячеек включает прижимные электроды, один из которых 3 зафиксирован неподвижно, а другой 4 может перемещаться в ячейке и фиксироваться при помощи винта 5, гайки 6 и прижимной пластины 7, что позволяет не только обеспечить надежный электрический контакт электродов и нелинейных резисторов, но и использовать нелинейные резисторы разной высоты, что приводит к возможности применения устройства для защиты электрооборудования, питающегося от источников с различным рабочим напряжением. Non-linear resistors 2 are made, as a rule, in the form of tablets, and the height of this tablet depends on the magnitude of the operating voltage at which the protected electrical equipment works. The design of the cells includes clamping electrodes, one of which 3 is fixed, and the other 4 can be moved in the cell and fixed with a screw 5, nut 6 and pressure plate 7, which allows not only to ensure reliable electrical contact of the electrodes and nonlinear resistors, but also to use nonlinear resistors of different heights, which leads to the possibility of using a device to protect electrical equipment powered by sources with different operating voltage.

При защите электрооборудования от перенапряжений нелинейные резисторы должны включаться таким образом, чтобы шунтировать каждую фазу нагрузки. Поэтому, если трехфазная нагрузка соединена в "звезду", то и нелинейные резисторы должны быть соединены "звездой", а если нагрузка соединена в "треугольник", то и нелинейные резисторы должны быть соединены соответственно. Расположение ячеек в ряд обеспечивает исключительную легкость замены нелинейных резисторов, их монтажа, а также реализацию желательной схемы соединения ("звезда", "треугольник" или двухфазная нагрузка). Для универсальной реализации схемы "треугольник" дно имеет две расположенные крест-накрест канавки для проводов, соединяющие противоположные углы дна и расположенные на внешней, прилегающей к электрощиту поверхности дна. When protecting electrical equipment from overvoltage, nonlinear resistors must be switched on in such a way as to bypass each phase of the load. Therefore, if a three-phase load is connected to a "star", then non-linear resistors must be connected by a "star", and if the load is connected into a "triangle", then non-linear resistors must be connected, respectively. The arrangement of the cells in a row provides exceptional ease of replacement of non-linear resistors, their installation, as well as the implementation of the desired connection scheme (star, delta or two-phase load). For the universal implementation of the "triangle" scheme, the bottom has two crosswise grooves for wires connecting the opposite corners of the bottom and located on the outer surface of the bottom adjacent to the electrical panel.

Расположение ячеек в ряд существенно уменьшает паразитные межфазные емкости. Также уменьшает величину паразитных емкостей и использование пластмассового (а не металлического) корпуса 9. The arrangement of cells in a row significantly reduces spurious interfacial capacitances. Also reduces the value of stray containers and the use of plastic (rather than metal) body 9.

Устройство закрепляется на электрощите винтами через отверстия 11 в непосредственной близости от коммутируемого устройства. В зависимости от вида соединения нагрузки (т. е. "звездой" или "треугольником") нелинейные резисторы соединяются по той же схеме, что позволяет им шунтировать каждую фазу нагрузки. При защите двухфазной нагрузки каждая ячейка устройства работает автономно. The device is fixed on the switchboard with screws through the holes 11 in the immediate vicinity of the switched device. Depending on the type of load connection (ie, “star” or “triangle”), non-linear resistors are connected in the same way, which allows them to bypass each phase of the load. When protecting a two-phase load, each cell of the device operates autonomously.

При напряжении, соответствующем рабочему напряжению электрооборудования, нелинейный резистор представляет собой практически изолятор, а при превышении некоторого критического значения (перенапряжении) в любой фазе его электрическое сопротивление резко падает, и через устройство может проходить импульсный ток во много сотен ампер, шунтируя защищаемое электрооборудование. После прохождения импульса перенапряжения электрическое сопротивление практически мгновенно восстанавливается до прежней величины. At a voltage corresponding to the operating voltage of the electrical equipment, the non-linear resistor is almost an insulator, and if a certain critical value (overvoltage) is exceeded in any phase, its electrical resistance drops sharply, and a pulse current of many hundreds of amperes can pass through the device, bypassing the protected electrical equipment. After the passage of the overvoltage pulse, the electrical resistance is almost instantly restored to its previous value.

Устройство применяется также и для дугогашения путем шунтирования контактов. The device is also used for arcing by shunting contacts.

Заявляемое устройство по сравнению с прототипом существенно расширяет функциональные возможности, обеспечивает исключительное удобство монтажа и технического обслуживания, а также значительно снижает паразитные межфазные емкости, что существенно сокращает затраты на ремонт электрооборудования, резко снижая его аварийность и увеличивая долговечность. The inventive device in comparison with the prototype significantly expands the functionality, provides exceptional ease of installation and maintenance, and also significantly reduces spurious interphase capacitance, which significantly reduces the cost of repairing electrical equipment, dramatically reducing its accident rate and increasing durability.

Источники информации
1. Долгинов А.И. Перенапряжения в электрических системах. М., ГЭИ, 1962.Sources of information
1. Dolginov A.I. Overvoltage in electrical systems. M., SEI, 1962.

2. Самойлович И. С. Защита от перенапряжений электроустановок открытых горных работ. М.: Недра, 1992, с. 30 - 35. 2. Samoilovich I. S. Protection against overvoltage electrical installations of open cast mining. M .: Nedra, 1992, p. 30 - 35.

3. Small Plug-Type Surge Protector. United States Patent N 3840781, H 02 H 9/04, 8.10.1974. 3. Small Plug-Type Surge Protector. United States Patent N 3840781, H 02 H 9/04, 10/10/1974.

3. Abnormal Voltage Protection Device. United States Patent N 4204239, H 02 H 9/04, 20.05.1980. 3. Abnormal Voltage Protection Device. United States Patent N 4204239, H 02 H 9/04, 05/20/1980.

Claims

A three-phase device for protecting electrical equipment against overvoltages, having a housing with non-linear resistors placed in it, characterized in that inside the housing, consisting of a plastic cover and a bottom with holes for attaching the device to the electrical panel and with diagonal grooves for laying wires when implementing the connection diagram of non-linear resistors in the triangle, a carrier is placed, containing three cells placed in a row to accommodate these resistors, each of which is equipped with clamping contacts, soup which the attachment device to the protected electrical circuits and implementation of various compounds of nonlinear resistors, one of said contacts is stationary and the other is arranged to regulate the height of the nonlinear resistor within the cell and fixing it with a screw, a nut and a pressure plate.