SU1686589A1

SU1686589A1 - Gap for protection of ac circits against overvoltage

Info

Publication number: SU1686589A1
Application number: SU884449725A
Authority: SU
Inventors: Николай Михайлович Беляев; Лев Петрович Животиков; Петр Петрович Золочевский; Владимир Александрович Кальтвасер; Марат Петрович Лисовский; Юрий Людвигович Масайтис; Кемаль Кадырович Намитоков; Эдуард Николаевич Фоминич
Original assignee: Харьковский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта Им.С.М.Кирова
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1991-10-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике . Цель изобретени - повышение надежности защиты от перенапр жений путем повышени пропускной способности по току и снижение стоимости. Разр дник содержит две параллельные цепи, состо щие из искровых промежутков и встречно включенных рабочих диодов Последовательно с этими цеп ми включена катушка индуктивности. Рабочие диоды вместе с катушкой индуктивности шунтированы ограничител ми перенапр жений. 3 ил.The invention relates to electrical engineering. The purpose of the invention is to increase the reliability of overvoltage protection by increasing current carrying capacity and reducing cost. The arrester contains two parallel circuits consisting of spark gaps and counter-connected working diodes. An inductance coil is connected in series with these circuits. The working diodes together with the inductance coil are shunted by overvoltage suppressors. 3 il.

Description

Изобретение относитс к области электротехники , а именно к технике защиты от перенапр жений, и может быть использовано в силовых и слаботочных цеп х как низкого , так и высокого напр жени .The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to an overvoltage protection technique, and can be used in power and low current circuits of both low and high voltage.

Целью изобретени вл етс повышение надежности защиты от перенапр жений путем повышени пропускной способности по току и снижение стоимости .The aim of the invention is to increase the reliability of overvoltage protection by increasing the current carrying capacity and reducing the cost.

На фиг: 1 дана электрическа схема данного разр дника с катушкой индуктивности с ограничител ми перенапр жений в виде варисторов: на фиг. 2 - то же, с ограничител ми перенапр жений в виде встречно-последовательно включенных стабилитронов; на фиг. 3 - использование разр дника без катушки.индуктивности.Fig. 1 shows an electrical circuit of this arrester with an inductance coil with overvoltage limiters in the form of varistors. Figs. 2 - the same, with overvoltage limiters in the form of counter-connected zener diodes; in fig. 3 - use of the discharge without coil. Inductance.

Все эти электрические схемы разр дников предназначены дл защиты от быстро- нарастающих перенапр жений.All of these electrical circuits of arresters are designed to protect against rapidly increasing overvoltages.

Разр дник содержит два встреМно-па- раллельно включенных рабочих диода 1 и 2,The discharge contains two mutually parallel operating diodes 1 and 2,

последовательно с которыми включены искровые промежутки 3 и 4. Последовательно с диодами включена катушка 5 индуктивности (фиг. 1 и 2). цепочки, образованные одним из диодов 1 или 2 и катушкой 5 индуктивности, шунтированы варисторами 6 и 7 (фиг. 1) или двум встречно-последовательно включенными стабилитронами, или ограничительными диодами 8-11 (фиг. 2)in series with which the spark gaps 3 and 4 are included. Inductance coil 5 is connected in series with the diodes (Fig. 1 and 2). Chains formed by one of diodes 1 or 2 and coil 5 inductances are shunted by varistors 6 and 7 (Fig. 1) or by two zener diodes connected in series with each other, or restrictive diodes 8-11 (Fig. 2)

Каждый из рабочих диодов 1 и 2 (фиг. 3) шунтирован цепочкой из конденсатора 12 или 13, соединенного последовательно со стабилитроном, или ограничительным диодом 14 или 15, который включен в соответствии с пол рност ми рабочих диодов 1 и 2.Each of the working diodes 1 and 2 (Fig. 3) is shunted by a chain of capacitor 12 or 13, connected in series with a zener diode, or a limiting diode 14 or 15, which is turned on in accordance with the fields of working diodes 1 and 2.

Разр дник работает следующим образом .The discharge works as follows.

В нормальном режиме к выводам разр дника приложено рабочее напр жение защищаемой цепи, недостаточное дл пробо рабочих диодов 1 и 2 по обратной ветви вольт-амперной характеристики и дл пробо искровых промежутков 3 и 4.In normal mode, the working voltage of the protected circuit is applied to the discharge leads, which is insufficient for the breakdown of the working diodes 1 and 2 along the reverse side of the current-voltage characteristic and for the breakdown of the spark gaps 3 and 4.

ЁYo

О 00About 00

о елabout ate

00 Ю00 Yu

При по влении перенапр жени , пол рность которого совпадает с направлением проводимости одного из рабочих диодов, например диода 1, начинаетс одновременно развитие пробо в искровых промежутках 3 и 4. К искровому промежутку 3 напр жение прикладываетс через сопротивление пр мой проводимости диода 1, а к искровому промежутку 4 - через сопротивление обратной проводимости диода 2, ко- торое много меньше сопротивлени утечки искрового промежутка 4.When overvoltage appears, the polarity of which coincides with the direction of conduction of one of the working diodes, for example diode 1, the breakdown in the spark gaps 3 and 4 begins simultaneously. The voltage across the spark gap 3 is applied through the direct conduction resistance of diode 1, the spark gap 4 is through the resistance of the reverse conduction of diode 2, which is much less than the leakage resistance of the spark gap 4.

Пробой искровых промежутков 3 и 4 происходит не через рабочие диоды 1 и 2, а через ограничители перенапр жений в ка- честве которых могут быть использованы варисторы 6 и 7 (фиг. 1} или диоды 8-11 (фиг. 2). катушка 5 индуктивности задерживает нарастание тока в рабочих диодах 1 и 2. В случае пробо первым того искрового про- межутка, последовательно с которым рабочий диод включен в непровод щем направлении по отношению к пол рности импульса перенапр жени , катушка 5 индуктивности , преп тству нарастанию об- ратного тока в этом рабочем диоде, защитит его от повреждени в течение времени, необходимого дл пробо другого искрового промежутка. В течение этого времени функции защиты будет выполн ть цепочка из пробитого искрового промежутка и ограничител перенапр жени ,The breakdown of spark gaps 3 and 4 does not occur through working diodes 1 and 2, but through surge suppressors, as which varistors 6 and 7 can be used (Fig. 1} or diodes 8-11 (Fig. 2). Coil 5 the inductance delays the buildup of current in the working diodes 1 and 2. In the case of the first breakdown of that spark gap, with which the working diode is connected in the non-conductive direction relative to the polarity of the overvoltage pulse, the inductance coil 5 current in this working diode will protect it from damage for the time required to break another spark gap. During this time, the protection function will be performed by a chain of punctured spark gap and overvoltage limiter,

Ограничительные диоды и варисторы. используемые в качестве ограничителей перенапр жени , рассчитаны на кратковре- менную работу в режиме пропускани больших импульсов тока, на что не рассчитаны рабочие диоды.Limiting diodes and varistors. used as surge suppressors, designed for short-term operation in the transmission mode of large current pulses, for which the working diodes are not designed.

Поэтому сравнительно дешевые ограничительные диоды и варисторы смогут без повреждений пропускать токи, вызванные перенапр жением в течение времени, необходимого дл пробо другого искрового промежутка, рабочий диод последовательно с которым включен в провод щем на- правлении по отношению к пол рности импульса перенапр жени , а также в течение времени, необходимого дл нарастани тока в катушке 5 индуктивности.Therefore, comparatively cheap restrictive diodes and varistors will be able to pass currents caused by overvoltage without damage for the time required to break another spark gap, the working diode in series with which is connected in the conducting direction with respect to the polarity of the overvoltage pulse, and also for the time required to build up current in inductor 5.

Таким образом, введение в схему раз- р дника недорогих элементов - катушки 5 индуктивности и ограничителей перенапр жени - позвол ет существенно снизить его стоимость за счет снижени стоимости используемых в нем рабочих диодов.Thus, the introduction of inexpensive elements — the inductance coil 5 and overvoltage suppressors — into the circuit of the distributor makes it possible to significantly reduce its cost by reducing the cost of the working diodes used in it.

Данный разр дник позвол ет использовать в нем рабочие диоды с напр жением пробо , лишь немного (на 20-30%) превышающим статическое напр жение пробо искровых промежутков. Достигаетс это заThis gaiter allows the use of working diodes with a breakdown voltage, only slightly (by 20–30%) higher than the static voltage of the spark gap. This is achieved by

счет введени в схему разр дника катушки индуктивности и ограничителей перенапр жени .by introducing a coil of inductor and surge suppressor into the circuit.

Вместо варисторов 6 и 7 и ограничительных диодов 8-11 в варианте использовани разр дника без катушки индуктивности (фиг. 3) могут быть использованы последовательные цепочки из конденсаторов 12 и 13 и ограничительных диодов 14 и 15.Instead of varistors 6 and 7 and restrictive diodes 8–11, in the use case of a discharge capacitor without an inductor (Fig. 3), successive chains of capacitors 12 and 13 and restrictive diodes 14 and 15 can be used.

Варисторы или ограничительные диоды в схеме защиты рабочих диодов 1 и 2 работают лишь в течение времени, равного интервалу между пробоем искровых промежутков 3 и 4. Длительность этого интервала мала, она при быстро нарастающих перенапр жени х измер етс дес тыми дол ми микросекунды, поэтому в варисторах б и 7 или ограничительных диодах 8-11, 14 и 15 выдел етс незначительна энерги , что позвол ет использовать в разр днике маломощные и дешевые варисторы или ограничительные диоды, а также конденсаторы небольшой емкости в схеме, приведенной на фиг. 3.Varistors or restrictive diodes in the protection circuit of working diodes 1 and 2 work only for a time equal to the interval between the breakdown of the spark gaps 3 and 4. The duration of this interval is small, it is at fast-increasing overvoltages measured in tenths of microseconds Varistors B and 7 or restrictive diodes 8–11, 14, and 15 release insignificant energy, which allows the use of low-power and low-cost varistors or restrictive diodes, as well as small capacitors in the circuit shown in in fig. 3

По сравнению с известным предлагаемый разр дник может быть выполнен на любые необходимые рабочие токи, вплоть до тока пр мого удара молнии - 200 кА.In comparison with the known, the proposed bit can be performed for any necessary operating currents, up to the current of a direct lightning strike — 200 kA.

Рабочие диоды в течение времени 10 мс допускают ток перегрузки в дес тки килоам- пер. В течение времени разр да молнии, имеющего много меньшую длительность, они способны пропустить в несколько раз больший ток. Дл создани разр дника на высокое рабочее напр жение необходимо лишь набрать диодные цепи на это напр жение и изменить напр жение пробо искрового промежутка. Создание искровых промежутков на токи в сотни килоампер не представл ет сложностей. Поэтому разр дник может быть изготовлен в меньших габаритах , с меньшей стоимостью и на больший ток по сравнению с известным.The working diodes for a time of 10 ms allow an overload current of tens of kiloampere. During the time of discharge of lightning, having a much shorter duration, they are able to skip several times more current. To create a discharge for a high operating voltage, it is only necessary to pick up diode circuits at this voltage and change the voltage of the spark gap. Creating spark gaps for currents of hundreds of kiloamperes is not difficult. Therefore, the arrester can be manufactured in smaller dimensions, with a lower cost and a higher current in comparison with the known.

Разр дник позволит также решить проблему обеспечени защиты от перенапр жений низковольтных устройств распределени электроэнергии, сопровождающие токи в которых могут достигать дес тков и сотен килоампер.The arrester will also solve the problem of providing overvoltage protection to low-voltage power distribution devices, the accompanying currents in which can reach tens and hundreds of kiloamps.

Разр дник пригоден также дл использовани в слаботочных низковольтных цеп х, питающих от маломощных источников. При этом очень важную роль начинают играть его малые габариты, св занные с отсутствием элементов, в которых рассеиваетс больша энерги , таких как рабочие нелинейные резисторы, что позвол ет использовать разр дник в микроэлектронной технике.The discharge is also suitable for use in low-voltage low-voltage circuits supplied from low-power sources. At the same time, its small dimensions start to play a very important role, due to the absence of elements in which large energy is dissipated, such as operating nonlinear resistors, which allows the use of a gaps in microelectronic technology.

Claims

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An overvoltage protection circuit for alternating current circuits comprising two parallel circuits, each consisting of a spark gap and a working diode, in which said working diodes are connected opposite to each other, characterized in that. in order to increase the reliability of overvoltage protection by increasing the throughput

current capability and cost reduction, it is equipped with an inductance coil connected in series with both specified branch working diodes, with successive strings formed by the specified inductance coil and working diodes of the branches being shunted by each appropriately introduced nonlinear overvoltage suppressor.

s

:

V /

r-11

# 35 PT

F

rtj

1

V

one

2Zi

1n

1541