Газовые разрядники принцип действия

При коммутациях, а также вследствие атмосферных разрядов в электротехнических установках часто возникают импульсы напряжения — перенапряжения, существенно превышающие номинальное. Электрическая изоляция оборудования не должна повреждаться при этом и выбирается с соответствующим запасом. Однако возникающие перенапряжения зачастую превосходят этот запас, и изоляция тогда повреждается — пробивается, что может привести к тяжелым авариям. Для ограничения возникающих перенапряжений, а следовательно, и снижения требований к уровню электрической изоляции (снижения стоимости оборудования) применяются разрядники.

Разрядник — это электрический аппарат, искровой промежуток которого пробивается при определенном значении приложенного напряжения, ограничивая тем самым перенапряжения в установке.

Разрядник состоит из электродов с искровым промежутком между ними и дугогасительного устройства. Один из электродов присоединяется к защищаемой цепи, другой — заземляется.

Если кривая 1 (рис. 3-6) — номинальное напряжение, а кривая 3 — вольт-секундная характеристика изоляции оборудования (т. е. время, в течение которого изоляция может выдержать данное перенапряжение не повреждаясь), то вольт-секундная характеристика разрядника должна определяться кривой 2. При возникновении перенапряжения (кривая 4) искровой промежуток разрядника пробивается раньше (точка О), чем изоляция оборудования. После пробоя линия (сеть) заземляется через сопротивление разрядника или накоротко. При этом напряжение на линии определяется значением тока через разрядник, сопротивлением разрядника и заземления.

Падение напряжения на разряднике при протекании импульсного тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

После пробоя разрядника от импульса напряжения его искровой промежуток ионизирован и легко пробивается фазным напряжением. Возникает короткое замыкание на землю, и через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим. Чтобы избежать срабатывания защиты и отключения оборудования, разрядник должен отключить сопровождающий ток в возможно малое время (примерно в полупериод промышленной частоты).

Рис. 3-6. Вольт-секундные характеристики.

К разрядникам предъявляются следующие требования:

1. Вольт-секундная характеристика разрядника должна быть ниже, чем у защищаемого объекта.

2. Искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте.

3. Остающееся напряжение на разряднике, и характеризующее его ограничивающую способность, не должно превышать значений, которые опасны для изоляции оборудования.

4. Сопровождающий ток должен отключаться на малое время.

5. Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта.

Трубчатые разрядники. Разрядник (рис. 3-7) представляет собой дугогасительную трубку 3из полихлорвинила марки «винипласт», на концах которой закреплены металлические наконечники: верхний, закрытый, 2 и нижний, открытый, 7. Внутри трубки помещается стержневой электрод 4, который крепится в хвостовике 9 верхнего наконечника. Вторым электродом внутреннего искрового промежутка служит шайба б, закрепленная в нижнем наконечнике. При помощи хомутов 5 нижний наконечник (разрядник) крепится к заземленной конструкции. К нижнему же наконечнику крепится ленточный указатель срабатывания 8, свободный конец которого изгибается и заводится внутрь наконечника. При срабатывании разрядника конец указателя выбрасывается газовым дутьем, и лента выпрямляется.

Рис. 3-7. Общий вид трубчатого разрядника.

С целью разгрузки изоляционного материала разрядника от электрического поля при номинальном режиме разрядник отделяется от линии наружным (lнар) искровым промежутком, для регулирования которого служит удлинитель (рог) 1.

При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка (lвн и lнар). Возникающая в трубке дуга вызывает сильную газогенерацию из стенок трубки. Газы устремляются через выхлопное отверстие в шайбе б и открытый наконечник, образуя интенсивное продольное дутье, которое гасит дугу при прохождении тока через нуль, одновременно гаснет дуга и на промежутке lнар. Отключение сопровождается большим выбросом пламени и газов (при U = 35 кВ А = 3 м, В = 1,5 м). В объеме, занимаемом пламенем и газами, не должны располагаться какие-либо токоведущие части. Предельный отключаемый ток определяется прочностью трубки и, например, для разрядников серии РТВ на 6-35 кВ составляет 12 кА. Предельные токи отключения разрядников с фибробакелитовыми трубками меньше, чем у разрядников с винипластовыми трубками.

Вентильные разрядники. Вентильный разрядник (рис. 3-8, а) состоит из двух основных частей: блока искровых промежутков 4, в который входит несколько последовательно соединенных единичных искровых промежутков 3 (рис. 3-8, б), шунтированных подковообразными нелинейными резисторами 9, предназначенными для выравнивания распределения напряжения, и рабочего резистора, составленного из набора последовательно включенных вилитовых дисков 2. Искровые промежутки заключены в фарфоровые цилиндры 5.

Блок искровых промежутков соединен последовательно с рабочим резистором, закрыт фарфоровым кожухом 1, сжат спиральной пружиной 6 и герметизирован озоностойкой резиной 7. Необходимость герметизации обусловлена гигроскопичностью вилита, который меняет свои характеристики при увлажнении. Разрядник крепится при помощи фланцев 8 к чугунному основанию (на рисунке не показано).

Провод фазы линии высокого напряжения подключается к болту на крышке. Заземляющий проводник присоединяется к чугунному основанию разрядника непосредственно или через счетчик срабатываний.

Разрядник работает следующим образом. При возникновении перенапряжения пробиваются искровые промежутки и импульсный ток через рабочий резистор уходит в землю. Сопровождающий ток ограничивается рабочим резистором до значения, при котором дуга может быть погашена искровыми промежутками. Единичный промежуток способен отключить ток с амплитудой 80—100. А при действующем восстанавливающемся напряжении 1—1,5 кВ. Число искровых про­межутков и число дисков резистора выбираются исходя из указанных условий. Дуга при этом погаснет за один полупериод.

Рис. 3-8. Вентельный разрядник.

Рис. 3-9. Блок с магнитными искровыми промежутками.

Резистор из вилита характеризуется нелинейностью своего сопротивления. С ростом тока значение сопротивления падает. Это позволяет пропустить через резистор большой ток при малом падении напряжения (из-за этого разрядники получили название в ентильных). Напряжение на разряднике практически мало меняется в широком диапазоне изменения токов. По мере приближения тока к нулю сопротивление резко возрастает, снижая ток до нуля ранее его естественного перехода через нуль. Это обстоятельство облегчает гашение дуги в единичных искровых промежутках.

Вентильные разрядники работают бесшумно и без какого-либо выброса газов и пламени. Для фиксации числа срабатываний устанавливаются специальные (электромагнитные, электромеханические и др.) счетчики. Вентильные разрядники выполняются на напряжения до 220 кВ и предназначены для защиты изоляции элек­трооборудования от атмосферных перенапряжений. Они применяются в открытых и закрытых электроустановках с частотой 50 Гц. Разрядники на 3, 6 и 10 кВ отличаются Друг от друга только числом искровых промежутков и числом вилитовых резисторов, а также габаритами. Разрядники на номинальные напряжения 15, 20 и 35 кВ состоят из одного стандартного элемента, аналогичного изображенному на рис. 3-8, а; разрядники на напряжение 60 кВ и выше—из трех и более соединенных последовательно стандартных элементов номинальным напряжением 15, 20 или 35 кВ.

Разрядники магнитовентнльные (РМВГ). Эти разрядники выполняются на номинальные напряжения 150—500 кВ. Они комплектуются из стандартных блоков (на 30 кВ) с магнитными искровыми промежутками и соответствующего числа дисков вилитовых резисторов.

Блок магнитных искровых промежутков (рис. 3-9) представляет собой набор (здесь четыре) единичных искровых промежутков 2, расположенных вперемежку с постоянными магнитами 3 кольцевой формы. Все устройство размещено в фарфоровом цилиндре 1 и закрыто стальными крышками 5. Крепление всех элементов внутри цилиндра осуществляется за счет давления пружины 4. Каждый блок шунтируется резисторами с высокоомным нелинейным сопротивлением.

Единичный магнитный искровой промежуток состоит из двух концентрически расположенных медных электродов б и 8. Щель 7 между ними образует искровой зазор. Кольцевые магниты 3 создают в щели магнитное поле (480—640 А/см).

Возникающая в щели дуга начинает вращаться по кольцевой щели с большой скоростью. По сравнению с обычными искровыми промежутками пропускная и дугогасительная способность магнитного искрового промежутка много выше.

Разрядники постоянного тока. Применение разрядников с обычными искровыми промежутками для защиты электрооборудования постоянного тока невозможно. Падение напряжения на искровом промежутке после его пробоя составит всего 20-30 В, и для гашения дуги потребуется чрезвычайно большое число промежутков; напряжение пробоя будет чрезмерно высоким, и не будет обеспечена защита изоляции.

Разрядники постоянного тока выполняются с устройствами для гашения дуги. Так, магнитные разрядники постоянного тока серии РМБВ состоят из искровых промежутков с дугогасящей камерой (шунтированных или не шунтированных резисторами с высокоомными нелинейными сопротивлениями), блока рабочего нелинейного вилитового резистора и дугогасящего искрового промежутка с постоянными магнитами. Конструктивно они выполняются аналогично вентильным разрядникам.

Магнитный разрядник типа РАН-1 — разрядник многократного действия с пониженным давлением внутри корпуса, предназначен для защиты от перенапряжений обмоток возбуждения синхронных машин. Разрядник имеет диапазон регулирования уставки по пробивному напряжению 1200-3500 В (амплитудное значение) и позволяет пропускать ток до 5000 А (амплитудное значение) при среднем значении тока в течение 1 с до 1000 А. Номинальное напряжение разрядника 1000 В постоянного тока.

Во время переключений или под воздействием грозовых разрядов в электротехническом оборудовании и линиях электропередачи могут возникать импульсы высокого напряжения, в несколько раз превышающие номинальное значение. Поскольку изоляция не рассчитана на такое напряжение, может произойти её пробой, сопровождающийся аварией. Чтобы предотвратить её, применяются электрические устройства (разрядники), защищающие от импульсов перенапряжения.

Устройство разрядника и принцип действия

В любом разряднике есть электроды, расстояние между которыми называется искровым промежутком и устройство гашения дуги. Один электрод подключается к защищаемому оборудованию, а другой заземляется. При увеличении напряжения выше величины, определяемой размером промежутка между электродами, он пробивается, и импульс перенапряжения отводится через заземление.

Основным параметром ограничителей является гарантированная электрическая прочность при номинальном напряжении. Сие означает, что устройство, ни при каких условиях не сработает в штатной ситуации. В момент прохождения импульса включается устройство гашения электрической дуги. Оно должно быстро (в течение полупериода) устранить короткое замыкание, образованное дугой, чтобы не успели сработать устройства защиты от перегрузки.

Виды разрядников

Каталог производимых устройств позволяет сделать выбор разрядников наиболее полно отвечающим предъявляемым требованиям и предпочтительных по цене.

Воздушные (трубчатые) разрядники изготовляются в виде трубок из полимера, который при нагреве может выделять большое количество газа. На концах трубки закреплены электроды, расстояние между которыми определяет величину напряжения срабатывания. Во время пробоя материал трубки начинает выделять газ, который выходя через отверстие в корпусе, создаёт дутьё, гасящее электрическую дугу. Напряжение срабатывания превышает 1 кВ.

Газовые разновидности конструктивно аналогичны предыдущим моделям. Пробой осуществляется в герметичной трубке из керамики, содержащей инертный газ. Ионизация газа обеспечивает более быстрое срабатывание, а его давление надёжное гашение дуги. Порог срабатывания может быть от 60 вольт до 5 кВ. Для индикации превышения напряжения часто используется неоновая лампочка.

Вентильные устройства состоят из нескольких искровых промежутков, соединяемых последовательно, и сопротивления, составленного из вилитовых дисков (рабочий резистор). Между собой они соединяются последовательно. Поскольку характеристики вилита зависят от влажности, его помещают в герметичную оболочку.

Во время пробоя задачей резистора является понижение тока короткого замыкания до величины, успешно гасимой искровыми промежутками. Так как величина сопротивления вилита нелинейная ― она тем меньше, чем больше ток, то это даёт возможность пропускать значительный ток при малом падении напряжения. К преимуществам данных приборов нужно отнести срабатывание без шумовых и световых эффектов. Эти разрядники википедия характеризует устаревшими и уже не производящимися.

Магнитовентильные модификации собираются из ряда блоков, снабжённых магнитными искровыми промежутками, и равным им количеством дисков из вилита. Единичный блок состоит из ряда последовательно соединённых искровых промежутков и постоянного магнита, помещённых в корпус из фарфора. В момент пробоя возникшая дуга под воздействием магнитного поля образуемого кольцевым магнитом приобретает вращение, поэтому гасится быстрее, чем в вентильных устройствах.

В длинно-искровых устройствах используется явление скользящего разряда, обеспечивающего значительную протяжённость пути импульса по наружной стороне разрядного элемента. По длине разрядный элемент значительно превышает изолятор электролинии, но электрическая прочность его меньше, поэтому возможность возникновение дуги равна нулю. Этот вид используется на 3-ёхфазных линиях электропередачи. Они могут работать при температуре от — 60° C до + 50° C 30 лет.

В ограничителях перенапряжения нелинейных искровые промежутки отсутствуют. Вместо них используются последовательно соединённые окисно-цинковые варисторы. Их сопротивление тем меньше, чем больше сила тока, поэтому отведение импульса перенапряжения происходит очень быстро с моментальным возвратом в исходное положение. Для пропуска больших токов допускается параллельная установка нескольких ограничителей одной марки. Ограничитель устанавливается на весь срок службы защищаемого объекта.

Выбор разрядников

Прежде всего, нужно определиться с классом прибора:

  1. Класс A ― это устройства для защиты от прямого удара молнии в электросеть или в объект, расположенный рядом с ЛЭП. Устанавливаются снаружи, обычно в местах подключения кабеля к воздушной линии. Если есть молниеотвод, то устанавливаются в обязательном порядке. Надёжно справляются с импульсами 6 кВ.
  2. Класс B ― эти приборы устанавливаются на вводах в здания при условии, что наружная защита уже имеется. Наиболее часто применяются в качестве первой линии защиты частных домов. Порог срабатывания составляет 4 кВ.
  3. Класс C ― защита от остаточного перенапряжения величиной до 2,5 кВ. Как правило, устройства этого класса размещаются в распределительных щитах, но предпочтительней установка рядом с защищаемым электроприбором на расстоянии не более 5 м. Поскольку ток в заземляющем проводе молниеотвода создаёт импульс перенапряжения в проводах электропроводки, то при его наличии ограничитель следует располагать на минимально возможном расстоянии.
  4. Класс D ― ограничители для оборудования чувствительного к импульсному перенапряжению. Их подключение желательно, если расстояние от устройства C до оборудования более 15 м. Их монтаж допустим, если уже имеется защита более высокого уровня, иначе они выйдут из строя при первом же импульсе выше 1,5 кВ.

В соответствии с указанным ранжиром создаются схемы селективной защиты. Самой популярной является схема B ― C , которая надёжно защищает от перенапряжения 1,5 ― 2,5 кВ. Для защиты дорогостоящей электронной аппаратуры сооружается защита от A до D включительно.

Выбор по параметрам

Выбирать конкретное защитное устройство, работающее на разрядниках или варисторах, нужно по следующим параметрам:

  • максимально допустимое рабочее напряжение, при котором устройство остаётся в исходном состоянии;
  • значение номинального напряжения указывает при каком перенапряжении в момент запуска оборудования ограничитель будет заблокирован на 10 секунд;
  • номинальный ток разряда, по величине которого определяется класс устройства;
  • величина пропускаемого тока показывает, какое перенапряжение может быть сброшено без выхода прибора из строя;
  • устойчивость к медленному увеличению напряжения показывает возможность пропускания прибором аномальных токов без критических последствий;
  • максимально допустимый ток, пропускаемый устройством;
  • устойчивость к коротким замыканиям, способных вывести ограничитель из строя, но не приводящих к взрыву корпуса.

Остальные значения, указанные в техническом паспорте нужны для проведения испытаний и наладки систем защиты на промышленных предприятиях. Поскольку создание системы защиты от перенапряжения дело ответственное, то если нет опыта лучше монтаж разрядников и заземления поручить специалистам.

5.4.1. Приборы для ограничения перенапряжений в цепях

Элементы для защиты от перенапряжений используют нелинейные эффекты, замыкая цепь между защищаемым проводом и землей. Наведенный на проводе заряд уходит в землю. При этом напряжение между проводом и землей уменьшается. Однако во время этого процесса могут возникать большие токи, которые могут привести к перегреву прибора и его разрушению. Рассмотрим различные приборы для ограничения напряжения. Искровые разрядники нами уже были рассмотрены.

Электроды, между которыми происходит разряд, помещаются в герметичный стеклянный корпус, наполненный газом (например, неоном или аргоном) под определённым давлением. Поверхности электродов покрываются активными веществами, способствующими возникновению газового разряда. Эти меры позволяют поддерживать напряжение срабатывания разрядника (обычно от 70 В до нескольких кВ) в пределах определённого диапазона отклонений (например, +20%). На рисунке 5.14 показана конструкция 2-х электродного защитного разрядника перенапряжения.

Рис.5.14. Конструкция типичного двухэлектродного разрядника.

Для защиты симметричной линии связи можно использовать два двухэлектродных разрядника, каждый из которых включается между проводниками и землей (рис.5.15).

Рис. 5.15. Схема включения двухэлектродных газовых разрядников для защиты приемника сигнала.

При воздействии мощной импульсной помехи (например, грозовой) в определенном сечении симметричной линии на ее проводах возникает высокое напряжение относительно земли. Для симметричной цепи это практически одинаковые напряжения по амплитуде и форме (помеха общего вида). Эти импульсные помехи по двум несимметричным линиям, образованным проводниками симметричной линии и землей распространяются в стороны ближнего и дальнего концов. Нас интересует в первую очередь импульсная помеха, распространяющаяся в сторону приемника. Если параметры передачи несимметричных линий (постоянная распространения и волновое сопротивление) одинаковы, то помехи на входах приемника будут одинаковыми и дифференциальная помеха, ухудшающая качество связи, будет стремиться к нулю. Однако напряжения относительно земли могут быть большими и представлять опасность для приемного оборудования и обслуживающего персонала. Срабатывание разрядников уменьшает эту опасность.

Такая защита симметричной цепи имеет существенный недостаток, связанный с разбросом напряжения пробоя разрядников. Для эффективной защиты симметричной цепи необходимо одновременное срабатывание обоих разрядников. При срабатывании только одного разрядника возникает очень большая дифференциальная помеха с напряжением порядка напряжения пробоя разрядника. Это явление было известно на ранних этапах развития связи, когда по двухпроводным симметричным цепям в основном передавали телефонные сигналы. При срабатывании одного разрядника в телефоне абонента возникал очень сильный звук, который получил название «акустический удар». Для того, чтобы заставить разрядники срабатывать одновременно можно использовать, так называемую, «дренажную катушку», представляющую собой трансформатор с двумя одинаковыми обмотками, намотанными в два провода на тороидальный сердечник (рис.5.16).

Рис. 5.16. Схема включения двухэлектродных газовых разрядников с дренажной катушкой.

При срабатывании одного разрядника через обмотку дренажной катушки начинает протекать ток, а на ее обмотке действует полное напряжение импульсной помехи. Во второй обмотке возникает такое же напряжение, которое практически удваивает напряжение помехи на втором разряднике и он немедленно срабатывает. Так достигается практически одновременное срабатывание разрядников. Отметим, что после срабатывания разрядников дренажная катушка имеет сопротивление стремящееся к нулю для помех, и следовательно хорошо подавляет помехи, и весьма большое индуктивное сопротивление для сигнала, и следовательно не ослабляет сигнал, делая возможным его передачу даже при сработавших разрядниках.

Для защиты симметричных цепей были также специально разработаны трехэлектродные газовые разрядники (рис.5.17), которые можно рассматривать как сочетание двух двухэлектродных разрядников с общей разрядной камерой.

Рис.5.17. Конструкция типичного трехэлектродного разрядника.

Такая конструкция гарантирует одновременное возникновение дуги в двух камерах так, что обеспечивается эффективная защита даже при некоторой неодинаковости напряжений помех на проводах симметричной пары по отношению к земле. Характеристики газового разряда зависят от скорости возрастания напряжения.

Рис.5.18. Физические процессы в разряднике

Рассмотрим физические процессы в двухэлектродном газовом разряднике при воздействии импульса имеющего характер грозового импульса. В процессе нарастания напряжения до достижения напряжения пробоя Va газовый разрядник представляет собой изолятор (R 100 Мом). При достижении напряжения пробоя появляется электрический ток, величина которого ограничивается внутренним сопротивлением цепи. Из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении цепи напряжение на разряднике скачком падает. Однако напряжение на разряднике остается достаточно большим для поддержания в нем тлеющего разряда. С дальнейшим возрастанием входного напряжения ток быстро растет. Растет и напряжение на разряднике. При напряженииVgl(70. 150 Вв зависимости от типа разрядника) и токе величиной0,1.. 1,5 Авозникают условия для возникновения дугового разряда, при котором напряжение на разряднике уменьшается до 10-25 В. При дальнейшем увеличении входного напряжения условия для дугового разряда сохраняются и ток продолжает расти, а после достижения максимума ток начинает уменьшаться вместе с уменьшением входного напряжения. Напряжение на разряднике в режиме дугового разряда практически не меняется и остается малым. При уменьшении тока дуги наступает момент, когда энергии для поддержания дуги оказывается недостаточно, она погасает и разрядник переходит в непроводящее состояние.

Защита самих разрядников от температурных перегрузок

Газовые разрядники обычно выдерживают разряд переменного тока до нескольких ампер (или несколько кАв случае импульсных токов). Например,5 Анагрузки переменного тока и5 кАимпульсной нагрузки8/20). Под действием напряжения дугового разряда разрядник нагревается менее чем за секунду.

В случае EМI-AC(электромагнитных помех переменного тока) или гальванических влияний может произойти температурная перегрузка разрядника и выход его из строя. Разрушаясь, разрядник, как правило, разрывает защищаемую цепь. Это в свою очередь может вновь вызвать перенапряжение со всеми, вытекающими из этого, последствиями. Для защиты людей и оборудования при перегреве разрядника его конструкция дополняется «отказоустойчивым» защитным устройством, которое замыкает накоротко электроды разрядника, прежде чем он будет разрушен под действием термических перегрузок. Защита продолжает действовать.

На рис.5.8 показана конструкция трехэлектродного «отказоустойчивого» разрядника, которая содержит штырь из легкоплавкого материала и пружину короткого замыкания. При температуре плавления материала плавкого штыря недостаточной для разрушения конструкции разрядника штырь расплавляется и освободившаяся металлическая пружина замыкает все электроды. После устранения неисправности разрядник необходимо заменить.

Рис.5.8. Конструкция трехэлектродного разрядника с защитой от температурных перегрузок

Замыкания с силовыми цепями и наводки переменного тока на телефонные линии представляют собой основные причины повреждения оборудования. Однако это не все проблемы.

В настоящее время абоненты имеют право подсоединять к телефонной сети собственное оборудование, например, модемы, факсы, автоответчики и т.п. Их использование связано с риском, т.к. короткое замыкание внутри этих устройств может подключать телефонные линии к цепям питания переменным током.

Рассмотрим случай замыкания одного из проводов телефонной линии с сопротивлением R(Ом/км) на силовой провод с действующим значением напряжения 220 В (амплитудаUm=311 В) на некотором расстоянииlот абонента, у которого установлена сетевая карта с сопротивлениемRc=100 Ом (рис.5.9). Сетевая карта защищена трехэлектродным разрядником с напряжением пробоя 275 В. Однако разрядник срабатывает только в том случае, когда напряжение достаточно для его срабатывания, т. е. при малом расстоянии от места замыкания. При сравнительно больших расстояниях до замыкания разрядник не срабатывает, и через сетевую карту протекает большой ток с амплитудой

, (5.6)

где — сопротивление проводника от места замыкания до сетевой карты.

На рис.5.9 показана зависимость амплитуды тока помех через сетевую карту в зависимости от расстояния до места замыкания. Чрезмерный длительно протекающий переменный ток через сетевую карту может вывести ее из строя. При этом могут быть повреждены микросхемы или возникнуть возгорания.

Максимальное напряжение, возникающее на разряднике, будет меньше из-за падения напряжения , которое с увеличением расстояния между точкой замыкания проводов и защищаемым оборудованием возрастает.

Замыкание с линией переменного тока, возникшее на расстоянии 1000 мот защищаемой сетевой карты, вызывает на разряднике и сетевой карте напряжение переменного тока с амплитудой 125 В, что недостаточно для зажигания обычного разрядника (с номинальным напряжением пробоя230 + 20%). Этого, однако достаточно, чтобы вызвать действующее значение тока в сетевой карте900 мА. Так как замкнутое состояние может продолжаться в течение длительного промежутка времени, то никакая сетевая карта не сможет выдержать долго такой ток.

Для предотвращения этого можно установить дополнительную защиту в виде нелинейных полупроводниковых приборов (варистора или стабилитрона), которые смогут решить эту проблему.

Рис.5.9. Зависимость тока, протекающего через нагрузку линии, от расстояния между местом замыкания и нагрузкой.

Для ограничения напряжения на защищаемом объекте используют варисторы, которые являются керамическими приборами на основе оксида цинка, легированного другими материалами. Варистор имеет сопротивление, зависящее от напряжения, что дало ему название VDR— зависимый от напряжения резистор. На рис. 5.10 приведены вольтамперные характеристики трех варисторов с различными напряжениями ограничения.

Рис.5.10. Вольтамперные характеристики трех варисторов.

Ток варистора Iрезко возрастает при возрастании напряженияU на нем. Он выполняет роль ограничителя напряжения.

Стабилитроны (диоды Зенера)

Стабилитроны выполняют в электронных схемах функции стабилизаторов напряжения. В отличие от обычных диодов при определенном обратном напряжении (стабилизации) в них возникает обратимый пробой. Существует много типов стабилитронов с различными напряжениями стабилизации от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. Они также отличаются допустимыми максимальными токами. При последовательном встречном включении двух стабилитронов они могут использоваться для ограничения переменного напряжения. как пол

Двунаправленные стабилитроны имеют характеристики подобные варистору. Нелинейность здесь значительно больше, чем у варистора так, что открытие диода более резко выражено. Поэтому в этом случае более четко определено напряжение ограничения.

Структура стабилитрона соответствует встречному соединению двух диодов с получением симметричной характеристики (рис.5.11).

Рис.5.11. Обозначение и вольтамперная характеристика стабилитрона.

P-nпереход диода Зенера включен в обратном напряжении и через переход проходит малый обратный ток. Когда напряжение превысит определённый уровеньVz, возникает обратимый пробой и через р-nпереход начинает протекать ток, величина которого ограничивается внешним сопротивлением. Это напряжение называется напряжением стабилизацииVz.Эффект стабилизации в стабилитроне выражен сильнее, чем в варисторе.

Энергия, поглощаемая стабилитронами без разрушения, меньше чем у варисторов из-за того, что у стабилитрона тепловая энергия в основном выделяется в р-nпереходе, а у варистора в его относительно большом объеме. Это выражается в меньшей перегрузочной способности (теплоемкости) диодов Зенера. Тепловая перегрузка в стабилитронах может быть скомпенсирована использованием металлических теплоотводов, однако это значительно увеличивает размеры прибора.

Тиристорные диоды (динисторы)

Варисторы и диоды Зенера поглощают много энергии из-за большого падения напряжения от токов разряда. При работе защитных приборов не только допустимо, но и желательно уменьшить напряжение на них до величины ниже защитного уровня и даже ниже рабочего напряжения для того, чтобы уменьшить потребление энергии. Это характерно для газовых разрядников, в которых возникает дуговой разряд.

Рис.5.12. Обозначение и вольтамперная характеристика динистора.

Среди полупроводниковых приборов такой характеристикой обладают двухэлектродные тиристоры или динисторы. Динистор в исходном состоянии закрыт до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя, после чего тиристорный диод открывается, напряжение резко уменьшается до нескольких вольт и через динистор течёт значительный ток разряда, но при низком напряжении. Поэтому в динисторе выделяется значительно меньше тепловой энергии, чем в стабилитроне.

При уменьшении тока разряда ниже некоторого минимума динистор закрывается и напряжение на нем возрастает до начальных условий. Помимо двухэлектродных тиристоров существуют трехэлектродные тиристоры, у которых есть управляющий электрод. Используя управляющий электрод, можно изменять напряжение пробоя в меньшую сторону.

Тиристоры пригодны в качестве одно и двухполярных компонентов, характеризуемых высокими токами и малым временем отклика. Динисторы используют для ограничения напряжений свыше 50 В и до сотен В, а трехэлектродные тиристоры используют для меньших напряжений и в тех случаях,когда нужна регулировка напряжения срабатывания.

Отправить ответ

  Подписаться  
Уведомление о
Adblock
detector