SU1737612A1 - Устройство дл защиты от перенапр жений - Google Patents

Abstract

Использование: в технике защиты от перенапр жений низковольтной аппаратуры в цеп х переменного тока. Сущность изобретени : устройство содержит тиристор, параллельно ему включены последовательно соединенные ограничитель напр жени  и диод, к общей точке которых подключена цепьуправлени  тиристора. В рабочую цепь тиристора последовательно включена катушка индуктивности. Катод диода соединен с катодом тиристора, а анод диода - с ограничителем напр жени . При защите от перенапр жений с различной пол рностью к выводам устройства встречно-параллельно подключают второе такое же устройство В случае использовани  устройства дл  защиты от индуктированных атмосферных перенапр жений , в качестве индуктивного элемента используетс  индуктивность соединительных проводов в рабочей цепи тиристора . 2 з.п ф-лы, 1 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к технике защиты от перенапр жений, конкретнее - к средствам защиты низковольтной аппаратуры в цеп х переменного тока, и может быть использовано дл  защиты устройств распределени  электроэнергии и ее потребителей .

Известно устройство дл  защиты от перенапр жений , содержащее тиристор, управл ющий электрод которого через ограничитель напр жени , выполненный в виде двух встречно-последовательно включенных стабилитронов, соединен с анодом тиристора.

Недостатком указанного устройства  вл етс  возможность ложных срабатываний за счет протекани  емкостных токов запертого стабилитрона в цепи управлени  тиристора , когда скорость нарастани  всплесков напр жени  в цепи велика, а амплитуда недостаточна дл  отпирани  стабилитрона.

Указанный недостаток устранен в выбранном в качестве прототипа устройстве защиты от перенапр жений, содержащем тиристор, параллельно рабочей цепи которого включена цепь соединенных последовательно ограничител  напр жени  и диода, к точке соединени  которых подключена цепь управлени  тиристора. Устране со о

го

ние указанного недостатка достигнуто в прототипе путем уменьшени  емкостных токов обратносмещенного p-n-перехода в цепи управл ющего электрода тиристора за счет применени  в качестве ограничител  напр жени  малоемкостного кремниевого симметричного ограничител  напр жений.

Однако указанным устройствам присущ общий недостаток, существенно ограничивающий область их применени  и состо щий в их неработоспособности в услови х воздействи  токов и напр жений с высокими скорост ми их нарастани , например в услови х воздействи  атмосферных перенапр жений . Известно, что длительность фронта импульса атмосферного перенапр жени  равна в среднем 1,2 мкс при амплитуде напр жени  в миллионы киловольт и амплитуде тока до 200 кА. В то же врем  тиристоры способны выдерживать скорость нарастани  пр мого тока пор дка 1 кА/мкс и пр мого напр жени  пор дка 1 кВ/мкс, что несоизмеримо с параметрами атмосферных перенапр жений. По указанной причине известные тиристорные устройства защиты в услови х воздействи  атмосферных перенапр жений неработоспособны и будут повреждатьс  передними фронтами импульсов тока и напр жени .

Целью изобретени   вл етс  обеспечение работоспособности устройства при воздействии атмосферных перенапр жений.

Цель достигаетс  тем, что в устройстве защиты от перенапр жений, содержащем тиристор, параллельно рабочей цепи которого включена цепь из соединенных последовательно ограничител  напр жени  и диода, к точке соединени  которых подключена цепь управлени  тиристора, в рабочую цепь тиристора последовательно включена катушка индуктивности, катод диода соединен с катодом тиристора, а анод диода соединен с ограничителем напр жени , а также тем, что дл  защиты от перенапр жений с различной пол рностью, к выводам устройства встречно-параллельно подключено второе такое же устройство, причем в случае использовани  устройства дл  защиты от индуктированных атмосферных перенапр жений , имеющих невысокие скорости нарастани  тока и напр жени , в качестве индуктивного элемента используетс  индуктивность соединительных проводов в рабочей цепи тиристора.

На чертеже представлена электрическа  принципиальна  схема предлагаемого устройства, имеюща  два одинаковых комплекта аппаратуры, включенных встречно- параллельно дл  подавлени  перенапр жений различной пол рности.

Устройство содержит тиристоры 1 и 2, параллельно рабочим цеп м которых включены цепи из соединенных последовательно ограничителей напр жени  3 и 4, и

диодов 5 и 6 . К точкам соединени  ограничителей напр жени  и диодов подключены цепи управлени  тиристоров, содержащие резисторы 7 и 8. Между управл ющими электродами и катодами тиристоров вклю0 чены нелинейные элементы 9 и 10, шунтированные конденсаторами 11 и 12.

В рабочие цепи тиристоров последовательно включены катушки индуктивности 13 и 14. При медленно нарастающих перенап5 р жени х роль индуктивности могут играть монтажные соединительные провода.

В качестве нелинейных элементов, включенных между управл ющими электродами и катодами тиристоров, могут быть ис0 пользованывысоконейлинейные,

например, оксидноцинковые варисторы, ограничительные диоды или стабилитроны. В качестве ограничителей напр жени 

3и 4 целесообразно использовать переклю- 5 чающие элементы, например, искровые

промежутки или быстродействующие переключатели на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников.

Устройство работает следующим обра0 зом, В нормальном режиме к тиристорам 1, 2 и к цеп м 3-5, 4-6, состо щим из ограничителей напр жени  и диодов, приложено переменное рабочее напр жение защищаемой цепи, недостаточное дл  отпирани  ти5 ристоров по анодной цепи и недостаточное дл  перевода ограничителей напр жени  3,

4из состо ни  низкой в состо ние высокой проводимости. Под действием рабочего напр жени  защищаемой цепи по рабочим це0 п м тиристоров и через ограничители напр жени  3 и 4 по цеп м управлени  тиристоров протекают токи утечки, неспособные отпереть тиристоры.

Катушки индуктивности 13 и 14, вклю5 ченные последовательно в рабочие цепи тиристоров 1 и 2 имеют малую индуктивность, их сопротивление на рабочей частоте защищаемой цепи мало, и они не оказывают существенного вли ни  на состо ние

0 устройства защиты при отсутствии перенапр жений .

При по влении на выводах устройства защиты перенапр жени  оно прикладываетс  к рабочим цеп м тиристоров 1-13, 2-14

5 и включенным с ними параллельно цеп м диод-ограничитель напр жени  3-5, 4-6.

Ограничители напр жени  имеют напр жение перехода из состо ни  низкой в состо ние высокой проводимости меньшее, чем напр жение включени  тиристоров по

анодной цепи и меньшее, чем напр жение пробо  тиристоров обратным напр жением .

Если пол рность приложенного перенапр жени  совпадает с направлением проводимости диода 5, то ограничитель 3 переходит в состо ние высокой проводимости при достижении перенапр жением величины , равной сумме напр жени  перехода диода 5 в провод щее состо ние по пр мой ветви вольт-амперной характеристики и напр жени  перехода ограничител  3 в состо ние высокой проводимости. Ограничитель 4 при этом напр жении перейти в состо ние высокой проводимости не может, так как напр жение обратного пробо  диода 6 во много раз больше, чем напр жение отпирани  диода в пр мом направлении , а ограничители 3 и 4 имеют одинаковый класс по напр жению.

При переходе ограничител  3 в состо ние высокой проводимости по устройству защиты начинает протекать ток, ограниченный лишь сопротивлением соединительных проводов и внутренним сопротивлением ограничител  3 и диода 5.

В качестве ограничителей напр жени  3 и 4 в устройстве используютс  переключающие элементы, например газонаполненные разр дники или халькогенидные переключатели. Их внутреннее сопротивление , так же как и внутреннее сопротивление диода в пр мом направлении чрезвычайно мало, поэтому при срабатывании ограничител  3 устройство защиты начинает выполн ть свои защитные функции, пропуска  большой ток при малом падении напр жени  на устройстве, а вместе с ним и на тиристорах 1,2.

Ограничитель 3 и диод 5 должны быть способны пропускать ток, вызванный перенапр жением втечение времени, необходимого дл  отпирани  тиристора 1.

При протекании по диоду 5 значительного тока, падение напр жени  на нем превышает напр жение отпирани  пр мосмещенного перехода управл ющий электрод-катод тиристора. Это падение напр жени , будучи приложено через резистор 7 к указанному управл ющему переходу тиристора 1, вызывает зар д конденсатора 11 и начало развити  процесса отпирани  тиристора .1.

Напр жение перехода ограничител  напр жени  в состо ние высокой проводимости выбираетс  равным необходимому напр жению срабатывани  устройства защиты . Напр жение тиристора выбираетс  таким, чтобы при максимальном токе, допустимом дл  устройства защиты, сумма падений напр жени  на ограничителе напр жени  и диоде не превышала рекомендуемой величины рабочего напр жени  на тиристоре .

Соблюдение указанных соотношений

создает благопри тные услови  дл  отпирани  тиристора по цепи управлени ,

К цепи управл ющий электрод-катод тиристора 1 приложено напр жение, равное

пр мому падению напр жени  на диоде 5. Цепью, состо щей из резистора 7 и нелинейного элемента 9, в качестве которого может быть использован варистор, ограничительный диод, стабилитрон, напр жение на цепи управлени  ограничиваетс  на уровне, обеспечивающем нормальный режим работы тиристора. Дл  ограничени  скорости нарастани  тока в рабочих цеп х тиристоров служат катушки индуктивности

13 и 14. После отпирани  тиристора 1 происходит перераспределение тока, вызванного перенапр жением, между цеп ми 3-5 и 1-13. Так как пр мое падение напр жени  на тиристоре 1 ниже, чем напр жение, необходимое дл  поддержани  тока в ограничителе напр жени  3 (искровом промежутке или халькогенидном переключателе), то тиристор 1 берет на себ  весь ток, вызванный перенапр жением, а ограничитель напр жени  3 переходит в непровод щее состо ние .

До окончани  воздействи  перенапр жени  функции защиты выполн ет тиристор , параметры которого выбираютс 

исход  из требований, предь вл емых к устройству защиты. Если пол рность перенапр жени  совпадает с пол рностью полуволны переменного рабочего напр жени , то после окончани  импульса тока, вызванного перенапр жением, по тиристору продолжает протекать сопровождающий ток. После перехода сопровождающего тока через ноль и изменени  его направлени , тиристор 1 переходит в закрытое состо ние.

Ток в устройстве прекращаетс  и оно возвращаетс  в исходное состо ние.

Claims (3)

1. Устройство дл  защиты от перенапр жений , содержащее тиристор, параллельно рабочей цепи которого включена цепь из соединенных последовательно ограничител  напр жени  и диода, к точке соединени  которых подключена цепь управлени  тиристора , отличающеес  тем, что, с целью обеспечени  его работоспособности при воздействии атмосферных перенапр жений , в рабочую цепь тиристора последовательно включена катушка индуктивности, катод диода соединен с катодом тиристора.

а анод диода соединен с ограничителем напр жени .

2. Устройство поп. 1,отличающее- с   тем, что дл  защиты от перенапр жений с различной пол рностью к выводам устройства встречно-параллельно подключено второе такое же устройство.

3. Устройство по п. 1,отличающее- с   тем, что в случае его использовани  дл  защиты от индуктированных атмосферных перенапр жений, имеющих невысокие скорости нарастани  тока и напр жени , в качестве индуктивного элемента используетс  индуктивность соединительных проводов в рабочей цепи тиристора.

№

У

/г

5