УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ


RU (11) 2304835 (13) C1

(51) МПК
H02H 9/06 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006100933/09 
(22) Дата подачи заявки: 2006.01.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.01.10 
(45) Опубликовано: 2007.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: КУРЕХИН В.В. Защита сетей от опасных уровней коммутационных перенапряжений. Управление электромеханическими объектами в горной промышленности. - Кемерово: Книжное издательство, 1982, с.27. RU 2193268 С1, 20.11.2000. SU 955351 A1, 30.08.1982. SU 1820440 A1, 07.06.1993. GB 2258570 A, 10.02.1993. GB 1285283 A, 16.08.1972. US 2005068709 A1, 31.03.2005.
DE 50011419 A1, 01.12.2005. FR 2398400 A, 16.02.1979. EP 1077519 A, 21.02.2001. WO 03098767 A3, 27.11.2003.

(72) Автор(ы): Алферов Дмитрий Федорович (RU); Белкин Герман Сергеевич (RU); Ивакин Виктор Николаевич (RU); Иванов Валерий Павлович (RU); Сидоров Владимир Алексеевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина" (RU) 
Адрес для переписки: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, 12, ГУП ВЭИ, патентно-лицензионный отдел, Е.Н. Лифановой 

(54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и может быть использовано для защиты электрооборудования от перенапряжений. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих напряжений, увеличение допустимых импульсных токов и скорости восстановления электрической прочности после отключения сопровождающего тока и увеличение надежности и срока службы. Устройство защиты от перенапряжений содержит управляемый разрядный промежуток, соединенный последовательно с рабочим сопротивлением. Управляемый разрядный промежуток выполнен в виде вакуумного управляемого разрядника. Рабочее сопротивление выполнено в виде параллельно соединенных нелинейного сопротивления R с Uзащ<KU m, где 1<К<1,8, К - коэффициент кратности, U защ - остающееся напряжение ограничения, U m - амплитуда номинального напряжения сети. Линейное сопротивление Z содержит активную и реактивную составляющую, при этом его величина удовлетворяет неравенству: Uпер/I пер>Z>Uзащ/I max, где Imax - ток через R при U=U защ, Iпер - значение тока в R, при котором его вольтамперная характеристика переходит из области проводимости в область сопровождающего тока, U пер - напряжение на R при токе I=Iпер . 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и предназначено для защиты электрооборудования от перенапряжений.

Для защиты электрооборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются устройства, ограничивающие уровень перенапряжения путем шунтирования ими защищаемого оборудования при опасном для последних уровне напряжений.

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.

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.

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 U m и грозовых перенапряжений до уровня U защ=2,4 Um, где U защ - остающееся напряжение ограничения ОПН, U m - амплитуда номинального напряжения сети.

Недостатком этого устройства является то, что оно не способно ограничить перенапряжения существенно ниже двукратного.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее воздушный разрядник с управляющим электродом, включенным последовательно с рабочим сопротивлением [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.

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.

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 U защ<KUm,

где 1<К<1,8, Uзащ - остающееся напряжение ограничения, Um, - амплитуда номинального напряжения сети, а величина линейного сопротивления должна удовлетворять неравенству:

Uпер/I пер>Z>Uзащ/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.

Изобретение иллюстрируется фиг.1, где показана принципиальная схема устройства для ограничения перенапряжений. На фиг.2 приведена типичная вольтамперная характеристика нелинейного элемента.

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.

Устройство работает следующим образом.

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.

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.

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.

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:

U пер/Iпер>Z>U защ/Imax,

где I max - ток через R при U=Uзащ, I пер - 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.

Если Z>Uпер/Iпер , в этом случае Z превышает R во всех реальных режимах и основная часть энергии рассеивается в R.

Если Z<U защ/Imax, то почти весь ток протекает через Z и R практически не работает.

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.

Источники информации

1. Чунихин А.А., Жаворонков М.А. Аппараты высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1985, С.395.

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).




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


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 с

Uзащ/KUm,

где 1<К<1,8, К - коэффициент кратности перенапряжения, Uзащ - остающееся напряжение ограничения; Um - амплитуда номинального напряжения сети, а величина линейного сопротивления должна удовлетворять неравенству

Uпер/I пер>Z>Uзащ/I защ,

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=I пер.








ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru