SU705589A1 - Устройство дл защиты электрической цепи от перенапр жений - Google Patents

Description

-, I Изобретение относитс  к технике защиты от перенапр жений, а точнее к быстродействутошим .разр дникам дл  зашиты электрических цепей низкого напр  жени . Известны разр дники дл  защиты от перенапр жений, содержащие полупроводниковый ключевой элемент, соединенный последовательно с восстанавливающим- с  предохранителем {l. Недостатком известных устройств  вл етс  способность рассеивать лишь незначительную энергию, что ограничивае область их применени . Когда энерги  импульса перенапр жени  превышает допустимую дл  устройства величину, оно выключаетс , а электрооборудование остаетс  незашишенным. Прн этом уйтройс во зашиты согсран ет работоспособность и может осушествл ть дальнейшую зашнту от импульсов перенапр жений с допустимой энергией. Известно также устройство дл  защит электрической цепи от перенапр жений  вл ющеес  по технической сущности наиболее близким к за вл емому устройству, где последовательно с плавким элементом , генерирующим плазму между двум  электродами (плавким предохранителем), включен диод с обратной.характеристикой, выполн ющий функции датчика и ограничител  перенапр жений, включенный параллельно с переключающим элементом 2. Применение диода с обратной характеристикой (лавинного вентил  или.стабилитрона ) дл  выполнени  указанных функций имеет недостаток. Лавинные вентили и стабилитроны вследствие дискретного характера пробо  р-п перехода способны прс ускать в обратном направлении незначительные токи и имеют ограниченную энергию рассе ни  в обратном направлении - пор дка 5 Дж. Низка  пропускна  способность .по току и непригодность дл  зашиты от импульсов перенапр жений с большой энергией ограничивают область применени  этого устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение пропускной способности устройства по току .

Это достигаетс  тем, что в устройстве дл  защиты электрической цепи от перенапр жений , содержащем плавкий элемент , генерирующий плазму в пространстве , между двум  электродами, соединенный последовательно с датчиком перенапрЕСжений , подключенным к защищаемой цепи и включенным параллельно с переключающим элементом, датчик перенапр жений выполнен в виде полупроводникового симметричного ограничител  напр жений , а один из упом нутых электродов, между которыми генерируетс  плазма, изолирован от плавкого элемента и элект рически соединен с выводом датчика перенапр жений . Большое падение напр жени  на ограничителе , равное заданному уровню огра ничени  напр жени  на защищаемом обо .рудовании, исключает возможность длительной работы ог раничител  в режиме пропускани  больших токов. Эту функцию вьгарлн ет включенный параллельно раничителем переключающий прибор, в к честве которого может быть использован симитор, пара тиристоров или Нинисторой и йругие переключающие приборы на крис таллических или аморфных полупроводниках , а также газоразр дные приборы. Повышение пропускной способности предлагаемого устройства по току достигаетс  разделением во времени функций защиты между трем  элемент(ами. ПерВЬ1М берет на себ  вьтолнение функций защиты ограничитель Напр жени , который не может быть поврежден большой скоростью нарастани  тока или напр исе- ни .и имеет малое врем  включени . QPраничитёлЬ напр жени  ограничивает пенапр жение на защищаемом оборудовании и на переключающем приборе до безопасной величины, равной напр жению стабили зации ограничител . Под воздействием этого ограниченного перенапр жени  включае-Ес  переключающий прибор, который облада  малым пр мым падением напр жени , способен в течение бсжее длительного времени пропускать через себ  большой ток. После перегорани  плавкого элемента и зажигани  дугового разр да между электродами, функции защиты переход т к разр дному промежутку, способному длительно (дес тые доли секунды) пропус кать ток величиной несколько килоампер.

Самосто тельное вьтполтюшю разр дным промежутком функций защиты возможно благодар  тому, что один из электродов устройства изолирован от плавкого элемен-

га и электрически соединен с выводом датчика перенапр жений, подключаемым к защищаемой цепи.

Ресурс работы предлагаемого устройства повышаетс  за счет того, что при з щите от импульсов перенапр жений с больщими энерги ми выходит из стро  . и требует замены Глишь один плавкийэлемент , а не полностью все устройство. На фиг. 1 представлена принципиаль-

на  схема устройства, предназначенного дл  работы в цеп х с током короткого замыкани  до сотен ампер; на фиг. 2 показана принципиальна  схема устройства дл  использовани  в цеп х с током короткого замыкани  сотни и тыс чи ампёр . Устройство (см. фиг. l) содержит плавкий элемент 1, расположенный между электродами 2,3 и соединенный послёдовательно с датчиком перенапр жений 4. Датчик перенапр жений состоит из полупроводникового симметричного ограничи;гел  напр жени  5, включенного паралЬельно с переключающим элементом 8, имеющим напр жение включени  меньшее, чем напр жение стабилизации ограничител  напр жени , а врем  включени  большее , чем врем  включени  ограничител  .напр жени . Электрод 2 соединен с вь водом датчика перенапр жений, подклю чаемым к шине 7 защищаемого оборудовани . Электрод 3 соединен с плавким элементом 1 и заземлителем или корпу;Сом оборудовани . Плавкий элемент 1 .проходит сквозь отверстие в электроде 2 и электрически изолирован от элект- .рода. . При Использовании устройства в цеп х с большими токами короткого замыкани , в него ввод тс  дополнительно (см. фиг. 2) обмотки магнитного дуть  8 и 9, а также деионна дугогасительна  камера, образс)ванна  р дом металлических пластин ю, 11, 12, 13, 14, расположенных между электродами 2 и 3. Рабочее напр жение на шине 7 Ниже напр жени  включени  переключающего элемента 6 и напр жени  стабилизации ограничител  напр жени  5, которые наход тс  в вы.ключенном состо нии. По устройству при отсутствии перенапр жени  протекает незначительный гок утечки ограничител  напр жени  5 и переключающего элеменга 6. При по влении на шине 7 импульса перенапр жени  с крутым передним фро№том , первым в провод щее состо ние переходит ограничитель напр жени  5, имв ющий врем  отключени  не более 1 мкс. Врем  включени  переключающего эпемен га 6 превыщает несколько микросекунд. В течение времени, необходимого дл  включени  элемента 6, функции защиты выполн ет ограничитель 5, работающий в режиме стабилитрона. Напр жение стабилизации ограничител  5 выше напр жени  включени  элемента 6, поэтому процесс включени  последнего продолжаетс  и после включени  ограничител  5, Если длительность импульса пере .напр жени  меньше времени включени  элемента 6, то включение последнего не происходит и дл  выполнени  функций защиты оказываетс  достаточным срабатывани  ограничител  5, который самосто тельно выключаетс  после исчезновени  перенапр жени . Энергии, выдел ющейс  в этом случае на плавком элементе l недостаточно, чтобы вызвать его перегорание . При болеедлительных импульсах перенапр жени , переключающий элемент 6 пе реходит в состо ние высокой проводимости , шунтиру  ограничитель 5 и вызыва  его выключение. Ток, вызванный перенапр жением , и сопровождающий ток короткого замыкани  протекают по плавкому элементу 1 и вызывают его перегорание . При перегорании плавкого элемента 1 между электродами 2 и 3 образуетс  токопровод ща  плазма, иницирующа  развитие дугового разр да в межэлектродном пространстве. В течение времени, необходимого дл  перегорани  плавкого элемента и развити разр да между электродами 2-3,функции защиты выполн ет переключающий элемен 6, создающий режим короткого замыкани дл  источника, питающего защищаемое оборудование и дл  источника перенапр жени . Некоторое ограничение величины тока короткого замыкани  происходит за счет внутреннего сопротивлени  переключающ го элемента 6, сопротивлени  плавкого элемента 1 и соединительных проводов. В процессе развити  разр да между электродами 2 и 3 ток, протекающий через переключающий элемент 6,уменьшаетс  до нул  и элемент 6 переходит В выключенное состо ние. Дальнейшие функции защиты выполн ютс  разр дным промежутком между электродами 2 и 3. Поочередное выполнение функций защиты трем  элементами и получаемый при этом эффект обеспечиваетс  совокупностью отличительных признаков описываемого устройства. Дуговой разр д между электродами 2 и 3 не может погаснуть до исчезновени  перенапр жени . Гашение дуги сопровождающего тока короткого замыкани  при величине его до сотен ампер осуществл етс  за счет соответствующей конструкции и взаимного расположени  электродов 2 и 3. При сопровождающих токах короткого замыкани сотни и тыс чи ампер, дл  облегчени  условий гашени , дуга с помощью обмоток магнитного дуть  8,9 (см. фиг. 2) выдуваетс  в деионную дугогасительную камеру, образованную р дом металлических пластин 10, 11, 12, 13, 14, где происходит ее гашение. Обмотка 8 служит дл  создани  начального дуть  в момент перегорани  плавкого элемента 1. Обмотка 9 создает магнит ное дутье во врем  горени  дуги между электродами 2-3. После исчезновени  перенапр жени  разр д в дугогасительной камере гаснет, так как рабочее напр жение на шине 7 недостаточно дл  поддержани  дугового разр да в камере. При по влении на шине 7 перенапр жени  с пологим передним фронтом, переключающий элемент б может перейти в провоД5пцее состо ние до включени  ограничител  напр жени  5, в этом случае последний не срабатывает, а медленно нарастающее перенапр жение не успевает вызвать повреждений защищаемого оборудовани  до включени  устройства защиты. Наличие в устройстве обмоток магнитного дуть  8,9 не  вл етс  об зательным. Перемещение дуги с места ее по джига на ластины дугогасительной камеры может быть обеспечено конструкцией электродов 2,3 при которой создаютс  электродинаические усили  перемещающие дугу, и стройством камеры, при котором расши ющимс  газам представл етс  только дин путь выхода - через деионную решету . Выбор плавкого элемента 1 ocymeci л етс  из двух следующих соображений: н не должен перегореть до включени  ереключающего элемента 6 и должен