RU2442238C2 - The noncontrollable gas-discharge arrestor - Google Patents
The noncontrollable gas-discharge arrestor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2442238C2 RU2442238C2 RU2010117726/07A RU2010117726A RU2442238C2 RU 2442238 C2 RU2442238 C2 RU 2442238C2 RU 2010117726/07 A RU2010117726/07 A RU 2010117726/07A RU 2010117726 A RU2010117726 A RU 2010117726A RU 2442238 C2 RU2442238 C2 RU 2442238C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- circuit
- current
- voltage
- inductance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к разрядникам газоразрядным неуправляемым и может быть использовано для защиты аппаратуры от индукционного тока в цепях постоянного тока, в частности в схемах для измерения параметров и контроля качества электротехнического оборудования.The invention relates to uncontrolled discharge arresters and can be used to protect equipment from induction current in direct current circuits, in particular in circuits for measuring parameters and quality control of electrical equipment.
Уровень техники.The level of technology.
Известно простое и надежное устройство для защиты аппаратуры от индукционного тока в цепи постоянного тока - полупроводниковый диод, который в рабочем режиме включен в обратном направлении и при больших напряжениях не влияет на работу схемы, а при разрыве цепи постоянного тока оказывается включенным в прямом направлении относительно индукционного тока и шунтирует схему.A simple and reliable device for protecting equipment from induction current in a direct current circuit is known - a semiconductor diode, which is turned on in the opposite direction and does not affect the operation of the circuit at high voltages, and when the DC circuit breaks, it turns on in the forward direction relative to the induction current and shunts the circuit.
Это устройство не может применяться, когда диод при малых напряжениях на обратной ветви вольтамперной характеристики имеет низкое сопротивление в рабочем режиме и шунтирует цепи с высоким сопротивлением.This device cannot be used when the diode at low voltages on the reverse branch of the current-voltage characteristic has a low resistance in operating mode and shunts circuits with high resistance.
Известно другое устройство - неуправляемый газоразрядный разрядник, предназначенный для другой цели: для защиты цепей аппаратуры постоянного и переменного токов, линий и аппаратуры связи от импульсных электрических перегрузок по напряжению (Электронные приборы для защиты РЭА от электрических перегрузок: Справочник / Черепанов В.П., Хрулев А.К., Блудов И.П. - М.: Радио и связь, 1994; с.96-128). Его задача сводится к ограничению высоковольтного напряжения на уровне, соответствующем напряжению пробоя разрядника.Another device is known - an uncontrolled gas discharge arrestor, designed for another purpose: to protect the circuits of direct and alternating current equipment, lines and communication equipment from pulsed electrical overloads on voltage (Electronic devices for protecting REA from electrical overloads: Reference / Cherepanov V.P., Khrulev A.K., Bludov I.P. - M.: Radio and communications, 1994; p.96-128). Its task is to limit the high-voltage voltage to a level corresponding to the breakdown voltage of the spark gap.
Главным его недостатком при использовании по прямому назначению является то, что, выполняя основную функцию, разрядник одновременно замыкает на себе ток от источника питания защищаемой схемы. Этот ток, имея значение выше какой-то величины, после выполнения разрядником своей функции способен удерживать его во включенном состоянии сколь угодно долго. При этом по прямому назначению схема неработоспособна. Вывести разрядник из этого режима можно только отключив источник питания защищаемой схемы.Its main drawback when used for its intended purpose is that, performing the main function, the spark gap simultaneously closes the current from the power source of the protected circuit. This current, having a value above a certain value, after the arrester performs its function, is able to hold it in the on state for an arbitrarily long time. In this case, for its intended purpose, the circuit is inoperative. The arrester can be brought out of this mode only by disconnecting the power source of the protected circuit.
Для того чтобы предотвратить длительное короткое замыкание в изобретении «US 2007/0223171 A1, Lafon Guy, Herve Lindeperg. Protector Device with Improved Capacity to Break Follow Current» используется безындуктивный резистор. Он ограничивает ток короткого замыкания на уровне, при котором разрядник сразу, после выполнения своей функции по защите от импульса перенапряжения, самостоятельно возвращается в исходное высокоомное состояние, то есть все последующие процессы исключаются.In order to prevent a prolonged short circuit in the invention "US 2007/0223171 A1, Lafon Guy, Herve Lindeperg. Protector Device with Improved Capacity to Break Follow Current ”uses a non-inductive resistor. It limits the short-circuit current to a level at which the arrester immediately, after performing its function of protecting against an overvoltage pulse, independently returns to its original high-resistance state, that is, all subsequent processes are excluded.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Задачей изобретения является защита аппаратуры в цепи постоянного тока от индукционного тока, возникающего вследствие самоиндукции при разрыве цепи постоянного тока, как при выключении цепи выключателем, так и при аварийном разрыве цепи, происходящем на любом участке цепи: в проводах, в паяных и болтовых соединениях и в прижимных контактах переключающих устройств.The objective of the invention is to protect the equipment in the DC circuit from induction current resulting from self-induction when the DC circuit breaks, both when the circuit is turned off by a circuit breaker and during an emergency circuit breakdown occurring on any part of the circuit: in wires, in soldered and bolted connections, and in the pressure contacts of the switching devices.
Это достигается тем, что известное ранее устройство - разрядник газоразрядный неуправляемый, применяется по новому назначению.This is achieved by the fact that the previously known device is a gas-discharge uncontrollable spark gap, it is used for a new purpose.
Описание чертежей.Description of the drawings.
Фиг.1. Применение разрядника в схеме для измерения омического сопротивления по постоянному току обмотки реактора.Figure 1. The use of a spark gap in the circuit for measuring the ohmic resistance by the direct current of the reactor winding.
I - источник постоянного тока,I is a direct current source,
S - ручной размыкатель, моделирующий разрыв цепи,S - manual circuit breaker simulating an open circuit,
L - обмотка реактора,L is the winding of the reactor,
Р - разрядник газоразрядный неуправляемый,P - spark gap uncontrollable
А - амперметр,A is an ammeter,
V - вольтметр.V is a voltmeter.
Фиг.2. Осциллограммы напряжения на разряднике Р-350 при рабочем токе: 10 А (1), 5 А (2) и 1,5 А (3). Масштабы: 40 В/дел. и 20 мс/дел.Figure 2. Oscillograms of voltage at the R-350 spark gap at operating current: 10 A (1), 5 A (2) and 1.5 A (3). Scale: 40 V / div. and 20 ms / div.
Фиг.3. Осциллограммы тока через разрядник Р-350 при рабочем токе 10 А (1), 5 А (2). Масштабы: 1,5 А/дел. и 20 мс/дел.Figure 3. Oscillograms of the current through the R-350 spark gap at an operating current of 10 A (1), 5 A (2). Scale: 1.5 A / div. and 20 ms / div.
Фиг.4. Осциллограммы напряжения на разряднике 4378Д при рабочем токе 2,7 А (1), 1,4 А (2). Масштабы: для (1) 50 В/дел., 20 мс/дел. и для (2) 50 В/дел., 10 мс/дел.Figure 4. Oscillograms of voltage at the 4378D spark gap at an operating current of 2.7 A (1), 1.4 A (2). Scale: for (1) 50 V / div., 20 ms / div. and for (2) 50 V / div., 10 ms / div.
Фиг.5. Осциллограммы тока через разрядник 4378Д при рабочем токе 2,7 (1) и 1,4 А (2). Масштабы: для (1) 1 А/дел. и 20 мс/дел. и для (2) 0,5 А/дел. и 10 мс/дел.Figure 5. Oscillograms of the current through the 4378D spark gap at an operating current of 2.7 (1) and 1.4 A (2). Scale: for (1) 1 A / div. and 20 ms / div. and for (2) 0.5 A / div. and 10 ms / div.
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Защита от индукционного тока с использованием неуправляемого газоразрядного разрядника имеет особенности.Protection against induction current using an uncontrolled gas discharge spark gap has features.
1. Неуправляемый газоразрядный разрядник не имеет ограничения по наименьшему рабочему напряжению, в отличие от диодной разрядной цепочки. До пробоя он имеет высокое сопротивление изоляции от «не менее 10 МОм» до «не менее 5000 МОм», в зависимости от типа разрядников. После пробоя его сопротивление составляет единицы Ом.1. An uncontrolled gas discharge arrestor has no limitation on the lowest operating voltage, in contrast to a diode discharge circuit. Before the breakdown, it has a high insulation resistance from “not less than 10 MΩ” to “not less than 5000 MΩ”, depending on the type of arresters. After the breakdown, its resistance is units of Ohms.
2. По известным причинам, напряжение питания защищаемой схемы не должно превышать напряжение пробоя разрядника, а амплитудная величина индукционного тока не должна превышать предельно допустимого тока анода разрядника в импульсе. Это основные условия при выборе разрядника для защиты схемы.2. For well-known reasons, the supply voltage of the protected circuit should not exceed the breakdown voltage of the spark gap, and the amplitude value of the induction current should not exceed the maximum permissible current of the spark gap anode. These are the main conditions when choosing a spark gap to protect the circuit.
3. При разрыве цепи от источника постоянного тока, в цепи, обладающей индуктивностью, из-за свойства индуктивности препятствовать любому изменению величины тока, протекающего через нее, возникающий индукционный ток в первый момент наибольший и равный по величине рабочему току цепи. Он безопасен для нее и его ограничение не требуется. К тому же ограничение тока, как в случае защиты от перенапряжений, для индукционного тока невозможно - он в первый момент сохраняет величину рабочего тока, независимо от сопротивления цепи, и установка в разрядной цепочке последовательно с разрядником резистора не дает нужного эффекта.3. When the circuit is broken from a direct current source, in the circuit having inductance, due to the inductance property, to prevent any change in the magnitude of the current flowing through it, the induced induction current at the first moment is the largest and equal to the operating circuit current. He is safe for her and his restriction is not required. Moreover, current limitation, as in the case of overvoltage protection, is not possible for the induction current - at the first moment it saves the working current, regardless of the resistance of the circuit, and installing a resistor in series with the spark gap does not give the desired effect.
4. В момент разрыва цепи в месте разрыва (с большим сопротивлением) ток сохраняет свою величину и возникает бросок напряжения, амплитуда которого во много раз превышает рабочее напряжение в цепи. Требуется его ограничение. Это напряжение ограничивается разрядником на уровне напряжения пробоя разрядника.4. At the moment of circuit breaking at the point of breaking (with high resistance), the current retains its value and a voltage surge occurs, the amplitude of which is many times higher than the operating voltage in the circuit. Its limitation is required. This voltage is limited by the arrester at the level of the breakdown voltage of the arrester.
5. Оно включает разрядник, то есть совершает действие, необходимое для короткого замыкания для индукционного тока, на котором основана работа устройства по защите от индукционного тока, в отличие от вредного воздействия короткого замыкания для источника питания защищаемой цепи при защите от импульсных электрических перегрузок по напряжению. Время включения определяется временем запаздывания пробоя.5. It includes a spark gap, that is, it performs the action necessary for a short circuit for the induction current, on which the operation of the device for protection against induction current is based, in contrast to the harmful effects of a short circuit for the power source of the circuit to be protected when protected against pulsed electrical overvoltage . The turn-on time is determined by the breakdown delay time.
6. Индукционный ток сам поддерживает для себя режим короткого замыкания разрядника по времени столько, сколько требуется для разряда индуктивности. Если бы процесс расходования энергии, запасенной в индуктивности, не был бы завершен, по причине кратковременной работы защитного устройства, то могли бы произойти повторные броски напряжения, опасные для цепи.6. The induction current itself maintains for itself the short-circuit mode of the arrester in time for as long as is required for the inductance discharge. If the process of spending the energy stored in the inductance were not completed, due to the short-term operation of the protective device, then repeated surges of voltage could occur, dangerous to the circuit.
7. Разрядник сразу же, после выполнения своей функции по защите цепи от индукционного тока, самостоятельно возвращается в исходное состояние с высоким сопротивлением изоляции. Работоспособность схемы восстанавливается.7. The arrester immediately, after fulfilling its function of protecting the circuit from the induction current, independently returns to its original state with a high insulation resistance. The performance of the circuit is restored.
Устройство работает следующим образом. В момент разрыва цепи постоянного тока, обладающей индуктивностью, ток в ней сохраняет свою величину и на месте разрыва, обладающего большим сопротивлением, возникает напряжение.The device operates as follows. At the moment of breaking the DC circuit, having inductance, the current in it retains its value and at the place of the gap, which has a large resistance, voltage arises.
Оно ограничивается разрядником, шунтирующим цепь, на уровне, соответствующем напряжению пробоя. При этом он выполняет функцию по прямому назначению.It is limited by the arrester, shunting the circuit, at a level corresponding to the breakdown voltage. At the same time, it performs the function for its intended purpose.
После пробоя разрядник работает по новому назначению. Разрядник переходит в состояние нормального тлеющего разряда. Оно поддерживается протекающим через разрядник индукционным током. По мере расходования энергии, запасенной в индуктивности, при рассеянии ее на омическом сопротивлении самой индуктивности, ток плавно уменьшается. При этом в разряднике, при постоянной плотности тока, плавно уменьшается площадь сечения, по которому ток протекает в газе. В какой-то момент она становится столь малой, что устойчивое горение нормального тлеющего разряда становится невозможным. В этом режиме величина напряжения на разряднике остается практически постоянной и минимально необходимой для поддержания нормального тлеющего разряда, то есть это величина напряжения, при котором электрон приобретает кинетическую энергию, достаточную для однократной ударной ионизации атома газа-наполнителя.After the breakdown, the arrester works for a new purpose. The arrester goes into a state of normal glow discharge. It is supported by the induction current flowing through the arrester. As the energy stored in the inductance is consumed, when it is scattered by the ohmic resistance of the inductance itself, the current gradually decreases. Moreover, in the spark gap, at a constant current density, the cross-sectional area along which the current flows in the gas gradually decreases. At some point, it becomes so small that the steady burning of a normal glow discharge becomes impossible. In this mode, the voltage across the arrester remains almost constant and minimally necessary to maintain a normal glow discharge, that is, this is the voltage at which the electron acquires kinetic energy sufficient for a single impact ionization of the filler atom.
Далее разряд в газе переходит в темный (тихий) разряд. При этом ионизация газа остается еще избыточной по сравнению с начальной ионизацией (до срабатывания разрядника) и падение напряжения значительно меньше, чем напряжение пробоя разрядника. Ток и напряжение спадают до нуля при полном расходовании энергии, запасенной в индуктивности. После чего разрядник, без постороннего вмешательства, возвращается в исходное высокоомное состояние: восстанавливает свою работоспособность.Next, the discharge in the gas goes into a dark (quiet) discharge. In this case, the gas ionization remains still excessive compared to the initial ionization (before the arrester is triggered) and the voltage drop is much less than the breakdown voltage of the arrester. Current and voltage drop to zero when the energy stored in the inductance is completely consumed. After that, the spark gap, without outside interference, returns to its original high-resistance state: restores its performance.
В качестве примера применения разрядника приводим его работу в схеме для измерения омического сопротивления по постоянному току обмоток силовых трансформаторов и реакторов по методу «амперметр-вольтметр» с защитой вольтметра от индукционного тока (фиг.1).As an example of the use of a spark gap, we cite its operation in a circuit for measuring the ohmic resistance of direct current of the windings of power transformers and reactors according to the "ammeter-voltmeter" method with the protection of the voltmeter from induction current (Fig. 1).
Используется обмотка реактора типа РЗДПОМ-760/10 с индуктивностью - 0,40 Гн и омическим сопротивлением - 0,2 Ом. Разрыв цепи моделируется ручным размыкателем. Изменения напряжения и тока во времени регистрируются осциллографом. Осциллограммы показаны на фиг.2-5.A winding of the RZDPOM-760/10 type with an inductance of 0.40 G and an ohmic resistance of 0.2 Ohms is used. An open circuit is modeled by a manual circuit breaker. Changes in voltage and current over time are recorded by an oscilloscope. Oscillograms are shown in FIGS. 2-5.
Напряжение пробоя разрядника типа Р-350 с аргоновым наполнением примерно равно 350 В, а 4378Д с неоновым наполнением - 90 В. Напряжения на разрядниках при режиме короткого замыкания для индукционного тока соответствуют напряжениям, при которых электрон приобретают кинетическую энергию, достаточную для однократной ударной ионизации свободного невозбужденного нейтрального атома газа (для аргона - 15,76 эВ, для неона - 21,56 эВ) (фиг.2 и фиг.4).The breakdown voltage of a P-350 discharger with argon filling is approximately 350 V, and that of a 4378D with neon filling is 90 V. The voltages on the dischargers in the short circuit mode for the induction current correspond to voltages at which the electron acquires kinetic energy sufficient for a single shock ionization of free unexcited neutral gas atom (for argon - 15.76 eV, for neon - 21.56 eV) (figure 2 and figure 4).
Время разряда индукционного тока и его начальная величина зависят от рабочего тока схемы. Начальный ток несколько меньше рабочего тока схемы, потому что при пробое разрядника за время запаздывания пробоя расходуется часть энергии, запасенной в индуктивности (фиг.3 и фиг.4).The discharge time of the induction current and its initial value depend on the operating current of the circuit. The initial current is slightly less than the operating current of the circuit, because during the breakdown of the spark gap during the delay of the breakdown, part of the energy stored in the inductance is consumed (Fig. 3 and Fig. 4).
В данной схеме при отсутствии разрядника ток через вольтметр при разрыве токовой цепи мог бы достигать 10 А, а напряжение - 10 кВ. При использовании разрядника 4378Д амплитудное значение импульса напряжения не превышает 90 В при длительности в 2 мс, определяемой временем запаздывания пробоя.In this circuit, in the absence of a spark gap, the current through the voltmeter at break of the current circuit could reach 10 A, and the voltage - 10 kV. When using a spark gap 4378D, the amplitude value of the voltage pulse does not exceed 90 V for a duration of 2 ms, determined by the breakdown delay time.
Современные разрядники имеют время запаздывания пробоя, составляющее 0,15-1,3 мкс, что позволяет уменьшить импульсы напряжения в отдельных частях схем постоянного тока, используя частотные фильтры.Modern arresters have a breakdown delay time of 0.15-1.3 μs, which allows to reduce voltage pulses in separate parts of DC circuits using frequency filters.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010117726/07A RU2442238C2 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | The noncontrollable gas-discharge arrestor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010117726/07A RU2442238C2 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | The noncontrollable gas-discharge arrestor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010117726A RU2010117726A (en) | 2011-11-10 |
RU2442238C2 true RU2442238C2 (en) | 2012-02-10 |
Family
ID=44996862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010117726/07A RU2442238C2 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | The noncontrollable gas-discharge arrestor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2442238C2 (en) |
-
2010
- 2010-05-04 RU RU2010117726/07A patent/RU2442238C2/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010117726A (en) | 2011-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8400744B2 (en) | Earth leakage detection module with robust transient suppression | |
EP3128633B1 (en) | Transient over voltage and lightning protection of power connected equipment | |
EP2226914B1 (en) | Systems and methods for protecting a series capacitor bank | |
CN111064172A (en) | Protection circuit and variable pitch system | |
CN2511032Y (en) | Domestic-appliance lightning-stroke-proof apparatus of mainly preventing from inductive lightning | |
RU2459333C1 (en) | Device to protect equipment against pulse overloads | |
RU2442238C2 (en) | The noncontrollable gas-discharge arrestor | |
KR100981787B1 (en) | One chip surge arrester with selector switch | |
US11984717B2 (en) | Protection against AC voltage conditions | |
Woodworth | Externally gapped line arresters a critical design review | |
Pham et al. | Empirical model of the impulse voltage-time characteristic of gas discharge tube | |
RU43109U1 (en) | PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE | |
RU176469U1 (en) | PULSE OVERVOLTAGE PROTECTION DEVICE | |
RU194140U1 (en) | Surge protection device | |
KR102582296B1 (en) | Surge protection apparatus for LED | |
CN213151649U (en) | Explosion-proof surge protector lightning protection unit | |
CN210404733U (en) | Alternating current power supply lightning protection device with overcurrent and overvoltage protection functions | |
CN213279148U (en) | Surge protection circuit | |
CN215646148U (en) | Back-up protector of surge protector and surge protection system | |
RU2348093C2 (en) | Device for protecting pyrocartridge from false triggering during pulse surges | |
SU705589A1 (en) | Device for overvoltage protection of electric network | |
JP2009153346A (en) | Low power safety device | |
RU2352045C2 (en) | Device for transformer protection against overload | |
Ehrhardt et al. | Spark gaps for DC applications | |
Ehrhardt et al. | Device for Protection Against Transient and Temporary Overvoltage Including Limitation of the Specific Energy |