RU2304835C1 - Overvoltage protective gear - Google Patents

Overvoltage protective gear Download PDF

Info

Publication number
RU2304835C1
RU2304835C1 RU2006100933/09A RU2006100933A RU2304835C1 RU 2304835 C1 RU2304835 C1 RU 2304835C1 RU 2006100933/09 A RU2006100933/09 A RU 2006100933/09A RU 2006100933 A RU2006100933 A RU 2006100933A RU 2304835 C1 RU2304835 C1 RU 2304835C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
voltage
per
resistance
max
Prior art date
Application number
RU2006100933/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Федорович Алферов (RU)
Дмитрий Федорович Алферов
Герман Сергеевич Белкин (RU)
Герман Сергеевич Белкин
Виктор Николаевич Ивакин (RU)
Виктор Николаевич Ивакин
Валерий Павлович Иванов (RU)
Валерий Павлович Иванов
Владимир Алексеевич Сидоров (RU)
Владимир Алексеевич Сидоров
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина"
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 Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" filed Critical Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина"
Priority to RU2006100933/09A priority Critical patent/RU2304835C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2304835C1 publication Critical patent/RU2304835C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; power switching devices; overvoltage protection of electrical equipment.
SUBSTANCE: proposed overvoltage protective device has controllable discharge gap connected in series with working resistor. Controllable discharge gap is made in the form of controllable vacuum discharger. Working resistor is made in the form of parallel-connected nonlinear resistor R with Upr < KUm, where 1 < K < 1.8; K is ratio; Upr is remaining limiting voltage; Um is peak value of mains rated voltage. Line impedance Z incorporates resistive and reactive components and its value meets following inequality: Uov/Iov > Z > Upr/Imax, where Imax is current through R at U = Upr = Upr; Iov is current through R at which current-voltage characteristic transfers from conductance region to accompanying current region; Uov is voltage across R at current I = Iov.
EFFECT: enlarged operating voltage range, enhanced admissible pulse currents and electric strength recovery rate upon disconnection of accompanying current, enhanced reliability and service life.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и предназначено для защиты электрооборудования от перенапряжений.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to power switching equipment, and is intended to protect electrical equipment from overvoltage.

Для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются устройства, ограничивающие уровень перенапряжения путем шунтирования ими защищаемого оборудования при опасном для последних уровне напряжений.To protect electrical equipment from lightning and switching overvoltages, devices are used that limit the level of overvoltage by shunting the protected equipment at dangerous voltage levels for the latter.

Известны вентильные разрядники, содержащие последовательно соединенные искровые промежутки и рабочее сопротивление с нелинейной вольтамперной характеристикой [1]. Защитные характеристики такого разрядника определяются пробивным напряжением искровых промежутков и коэффициентом нелинейности рабочего сопротивления.Known valve arresters containing series-connected spark gaps and operating resistance with a non-linear current-voltage characteristic [1]. The protective characteristics of such a spark gap are determined by the breakdown voltage of the spark gaps and the coefficient of nonlinearity of the working resistance.

Недостатком этого устройства являются нестабильность пробивного напряжения и его изменение вследствие нарушения герметичности искрового промежутка, сложность конструкции и ограниченный ресурс при длительном пропускании разрядного тока.The disadvantage of this device is the instability of the breakdown voltage and its change due to violation of the tightness of the spark gap, the complexity of the design and limited life with prolonged transmission of discharge current.

Известен ограничитель перенапряжения (ОПН), содержащий сопротивление с высокой степенью нелинейности на основе оксида цинка (ZnO) [2]. ОПН ограничивает амплитуду перенапряжений так же, как и вентильный разрядник, но вследствие более высокой степени нелинейности он может быть применен без искровых промежутков. ОПН обеспечивает ограничение коммутационных перенапряжений до уровня Uзащ=1,8 Um и грозовых перенапряжений до уровня Uзащ=2,4 Um, где Uзащ - остающееся напряжение ограничения ОПН, Um - амплитуда номинального напряжения сети.Known surge suppressor (arrester), containing resistance with a high degree of nonlinearity based on zinc oxide (ZnO) [2]. The arrester limits the amplitude of the overvoltage in the same way as a gate arrester, but due to a higher degree of nonlinearity it can be used without spark gaps. The surge arrester provides the limitation of switching overvoltages to the level of Upr = 1.8 U m and lightning overvoltages to the level of Upr = 2.4 U m , where U protr is the remaining limiting voltage of the arrester, U m is the amplitude of the rated mains voltage.

Недостатком этого устройства является то, что оно не способно ограничить перенапряжения существенно ниже двукратного.The disadvantage of this device is that it is not able to limit overvoltages significantly below twofold.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее воздушный разрядник с управляющим электродом, включенным последовательно с рабочим сопротивлением [3].The closest technical solution to the proposed one is a device containing an air gap with a control electrode connected in series with the working resistance [3].

Недостатками этого устройства являются узкий диапазон рабочих напряжений, значительное падение напряжения на разряднике в открытом состоянии, низкая отключающая способность и, как следствие, небольшой ресурс и низкая надежность.The disadvantages of this device are a narrow range of operating voltages, a significant voltage drop across the arrester in the open state, low breaking capacity and, as a result, a small resource and low reliability.

Техническим результатом предложенного решения является существенное расширение диапазона рабочих напряжений, увеличение допустимых импульсных токов и скорости восстановления электрической прочности после отключения сопровождающего тока, а так же увеличение надежности и срока службы.The technical result of the proposed solution is a significant expansion of the range of operating voltages, an increase in permissible pulse currents and the speed of restoration of electric strength after switching off the accompanying current, as well as an increase in reliability and service life.

Технический результат достигается тем, что в устройстве защиты от перенапряжений, содержащем управляемый разрядный промежуток, соединенный последовательно с рабочим сопротивлением, в качестве управляемого разрядного промежутка используется вакуумный управляемый разрядник, а рабочее сопротивление выполнено в виде параллельно соединенных нелинейного сопротивления R и линейного сопротивления Z, содержащего активную и реактивную составляющую, причем используется нелинейное сопротивление с Uзащ<KUm,The technical result is achieved by the fact that in a surge protection device containing a controlled discharge gap connected in series with a working resistance, a vacuum controlled spark gap is used as a controlled discharge gap, and the working resistance is made in the form of parallel connected non-linear resistance R and linear resistance Z containing active and reactive component, and nonlinear resistance is used with Uash <KU m ,

где 1<К<1,8, Uзащ - остающееся напряжение ограничения, Um, - амплитуда номинального напряжения сети, а величина линейного сопротивления должна удовлетворять неравенству:where 1 <K <1.8, Upr is the remaining limiting voltage, U m , is the amplitude of the nominal network voltage, and the value of the linear resistance must satisfy the inequality:

Uпер/Iпер>Z>Uзащ/Imax,U per / I per >Z> U prot / I max ,

где Imax - ток через R при U=Uзащ, Iпер - значение тока в R (reference current), при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости 2 (фиг.2) в область сопровождающего тока 1, Uпер - напряжение на R при токе I=Iпер.where I max is the current through R at U = Uash , I per is the current value in R (reference current) at which its current-voltage characteristic passes from the conductivity region 2 (Fig. 2) to the region of the accompanying current 1, U per is the voltage on R at current I = I per .

Изобретение иллюстрируется фиг.1, где показана принципиальная схема устройства для ограничения перенапряжений. На фиг.2 приведена типичная вольтамперная характеристика нелинейного элемента.The invention is illustrated in figure 1, which shows a schematic diagram of a device for limiting overvoltage. Figure 2 shows a typical current-voltage characteristic of a nonlinear element.

Устройство содержит вакуумный разрядник 1 с блоком запуска 2 и соединенное последовательно с разрядником рабочее сопротивление 3, которое состоит из параллельно соединенных нелинейного сопротивления R - 4 и линейного сопротивления Z - 5. Такое устройство подключается параллельно защищаемому объекту в каждой фазе напряжения сети.The device contains a vacuum spark gap 1 with a start block 2 and a working resistance 3 connected in series with the spark gap, which consists of a non-linear resistance R - 4 and a linear resistance Z - 5 connected in parallel. Such a device is connected in parallel to the protected object in each phase of the mains voltage.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Включение вакуумного разрядника 1 осуществляется с помощью блока запуска 2, который после подачи управляющего импульса выдает на управляющий электрод импульс поджига с заданными параметрами напряжения и тока.The vacuum arrester 1 is switched on using the start block 2, which, after supplying a control pulse, gives an ignition pulse to the control electrode with the specified voltage and current parameters.

Вакуумный разрядник 1 способен надежно включаться в широком диапазоне рабочих напряжений (0,01-1)Uном и длительно пропускать разрядный ток. После включения разрядника через него начинает протекать импульсный ток, величина которого ограничивается рабочим сопротивлением 3. При подходе тока к нулю разрядник отключает ток, и на нем восстанавливается сетевое напряжение.Vacuum spark gap 1 is able to reliably turn on in a wide range of operating voltages (0.01-1) U nom and for a long time to pass discharge current. After the arrester is switched on, a pulsed current flows through it, the value of which is limited by the operating resistance 3. When the current approaches zero, the arrester disables the current and the mains voltage is restored on it.

Нелинейное сопротивление 4 служит для ограничения уровня перенапряжений при включении разрядника. Защитный уровень в предложенной схеме можно выбрать близким к номинальному напряжению на защищаемом оборудовании, т.е. коэффициент кратности перенапряжений К<1,8. В результате рассеиваемая в сопротивлении 4 энергия при протекании разрядного тока будет существенно меньше, чем в схеме без вакуумного разрядника.Non-linear resistance 4 serves to limit the level of overvoltage when the arrester is switched on. The protective level in the proposed circuit can be selected close to the rated voltage on the protected equipment, i.e. overvoltage ratio K <1.8. As a result, the energy dissipated in resistance 4 during the flow of the discharge current will be significantly less than in the circuit without a vacuum spark gap.

Параллельное соединение с нелинейным сопротивлением 4 линейного сопротивления 5 также позволяет уменьшить выделяемую в нелинейном сопротивлении энергию. Величина линейного сопротивления Z выбирается на основе критерия оптимального распределения энергии, поглощаемой в сопротивлениях R и Z из соотношения:Parallel connection with non-linear resistance 4 of linear resistance 5 also allows to reduce the energy released in the non-linear resistance. The value of the linear resistance Z is selected based on the criterion of the optimal distribution of energy absorbed in the resistances R and Z from the ratio:

Uпер/Iпер>Z>Uзащ/Imax,U per / I per >Z> U prot / I max ,

где Imax - ток через R при U=Uзащ, Iпер - значение тока в R, при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости 2 (фиг.2) в область сопровождающего тока 1, Uпер - напряжение на R при токе I=Iпер=1-20 мА.where I max is the current through R at U = Uash , I per is the current value in R at which its current-voltage characteristic passes from the conductivity region 2 (Fig. 2) to the region of the accompanying current 1, U per is the voltage across R at the current I = I per = 1-20 mA.

Если Z>Uпер/Iпер, в этом случае Z превышает R во всех реальных режимах и основная часть энергии рассеивается в R.If Z> U per / I per , in this case Z exceeds R in all real modes and the bulk of the energy is dissipated in R.

Если Z<Uзащ/Imax, то почти весь ток протекает через Z и R практически не работает.If Z <U prot / I max , then almost all the current flows through Z and R practically does not work.

Указанное соотношение определяет диапазон величины линейного сопротивления Z. Оптимальная величина R выбирается из этого диапазона на основе инженерного расчета. Задачей этого расчета является выбор линейного сопротивления такой величины, чтобы большая часть энергии поглощалась в нем, и в тоже время, чтобы это сопротивление имело приемлемые габаритные и стоимостные показатели.The indicated ratio determines the range of linear resistance Z. The optimal value of R is selected from this range based on an engineering calculation. The objective of this calculation is to choose a linear resistance of such a magnitude that most of the energy is absorbed in it, and at the same time, that this resistance has acceptable overall and cost indicators.

Источники информацииInformation sources

1. Чунихин А.А., Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1985, С.395.1. Chunikhin A.A., Zhavoronkov M.A. High voltage apparatuses. M .: Energoatomizdat, 1985, p. 395.

2. Series capacitors for power system. Part 2: Protective equipment for series capacitor banks. IEC 143-2: 1994, P.75.2. Series capacitors for power system. Part 2: Protective equipment for series capacitor banks. IEC 143-2: 1994, P.75.

3. Курехин В.В. Защита сетей от опасных уровней коммутационных перенапряжений // Управление электромеханическими объектами в горной промышленности. Кемерово: Кн. Изд-во, 1982, С.27 (прототип).3. Kurekhin VV Network protection from dangerous levels of switching overvoltages // Management of electromechanical objects in the mining industry. Kemerovo: Book. Publishing House, 1982, p. 27 (prototype).

Claims (1)

Устройство защиты от перенапряжений, содержащее управляемый разрядный промежуток, соединенный последовательно с рабочим сопротивлением, отличающееся тем, что в качестве управляемого разрядного промежутка используется вакуумный управляемый разрядник, а рабочее сопротивление выполнено в виде параллельно соединенных нелинейного сопротивления R и линейного сопротивления Z, содержащего активную и реактивную составляющую, причем используется нелинейное сопротивление сAn overvoltage protection device comprising a controllable discharge gap connected in series with a working resistance, characterized in that a vacuum controlled discharger is used as a controlled discharge gap, and the working resistance is made in the form of parallel connected non-linear resistance R and linear resistance Z containing active and reactive component, and nonlinear resistance with Uзащ/KUm, Upr / KU m , где 1<К<1,8, К - коэффициент кратности перенапряжения, Uзащ - остающееся напряжение ограничения; Um - амплитуда номинального напряжения сети, а величина линейного сопротивления должна удовлетворять неравенствуwhere 1 <K <1.8, K is the overvoltage ratio, U def is the remaining limiting voltage; U m - the amplitude of the nominal voltage of the network, and the value of the linear resistance must satisfy the inequality Uпер/Iпер>Z>Uзащ/Iзащ,U per / I per >Z> U prot / I prot , где Imax - ток через R при U=Uзащ, Iпер - значение тока в R, при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости в область сопровождающего тока, Uпер - напряжение на R при токе I=Iпер.where I max is the current through R at U = Uash , I per is the current value in R at which its current-voltage characteristic passes from the conduction region to the region of the accompanying current, U per is the voltage across R at the current I = I per .
RU2006100933/09A 2006-01-10 2006-01-10 Overvoltage protective gear RU2304835C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100933/09A RU2304835C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Overvoltage protective gear

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006100933/09A RU2304835C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Overvoltage protective gear

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2304835C1 true RU2304835C1 (en) 2007-08-20

Family

ID=38512029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006100933/09A RU2304835C1 (en) 2006-01-10 2006-01-10 Overvoltage protective gear

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2304835C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103166215A (en) * 2011-12-16 2013-06-19 林峰伟 Household appliance protector
RU194140U1 (en) * 2018-12-11 2019-11-29 Федеральное казенное учреждение "Войсковая часть 25776" Surge protection device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КУРЕХИН В.В. Защита сетей от опасных уровней коммутационных перенапряжений. Управление электромеханическими объектами в горной промышленности. - Кемерово: Книжное издательство, 1982, с.27. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103166215A (en) * 2011-12-16 2013-06-19 林峰伟 Household appliance protector
RU194140U1 (en) * 2018-12-11 2019-11-29 Федеральное казенное учреждение "Войсковая часть 25776" Surge protection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7933108B2 (en) Motor drive with low leakage surge protection
EP0462694A2 (en) Protective device for temporary system overvoltages
KR101864184B1 (en) Surge-limiting device for direct current networks
WO2022133235A1 (en) Spark gap assembly for overvoltage protection and surge arrester
RU2304835C1 (en) Overvoltage protective gear
RU2459333C1 (en) Device to protect equipment against pulse overloads
US11201464B2 (en) Arrangement for overload protection for overvoltage protection equipment
KR100878685B1 (en) Data/signal surge protector
RU2337449C1 (en) Device for equipment overvoltage protection
Martzloff et al. Selecting varistor clamping voltage: Lower is not better!
KR100981787B1 (en) One chip surge arrester with selector switch
WO2005039009A2 (en) Close tolerance surge suppression circuit
EP0893863A1 (en) Gas discharge tube with a metal oxide varistor housing
RU194140U1 (en) Surge protection device
US11824350B1 (en) Clamping circuit for protecting FACTs
RU105537U1 (en) PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE
RU207848U1 (en) Combined type surge protection device
GB1594313A (en) Equipment for power line surge eliminator
CN214626357U (en) Self-adaptive neutral point grounding device of 3kV-66kV power distribution system
RU43109U1 (en) PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE
CN210404733U (en) Alternating current power supply lightning protection device with overcurrent and overvoltage protection functions
CN210430915U (en) DC power supply lightning protection device with overcurrent and overvoltage protection function
RU2292617C1 (en) Device for protection from voltage surges
Karthik A novel analysis of voltage distribution in zinc oxide arrester using finite element method
Das Coordination of surge arresters with medium voltage current limiting fuses

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140111