Устройство защиты от перенапряжения, страница 4

В момент коммутации t= t₁сопротивление цепи нагрузки возра­стает скачком от R_н до R_H,а ток в цепи источника в первый момент за счет энергии, запасенной в индуктивности, сохраняется неизменным  В дальнейшем ток в соответствии с выражением (4) уменьшается, а сопротивление цепи нагрузки сохраняется неизменным. Следовательно, максимум перенапряжения приходится на момент ком­мутации t= t₁ uможет быть определен из выражения u_aб= iR_Н ,ко­торое в данном случае принимает вид:

где к_П =I/I' — коэффициент перенапряжения, равный отношению установившихся значений токов до и после отключения части нагрузки. Максимум перенапряжения в зависимости от мощности отключае­мой нагрузки может в несколько раз превышать напряжение источни­ка питания. Полученное выражение является приближенным, так как в рассматриваемой схеме замещения не учитывались индуктив­ности ветвей нагрузки, возникновение электрической дуги между кон­тактами коммутационного аппарата и т. п., но может быть использовано для качественного анализа рассматриваемого переходного про­цесса.

При разрыве общей силовой цепи, чему соответствует отключение коммутационного аппарата 6 (см. рис. 114, а), I= 0 и перенапряже­ние определяется выражением и_аб =E+eh. В этом случае скорость и характер изменения тока в переходном процессе зависят от свойств и длительности горения электрической дуги между контактами ком­мутационного аппарата, снабженного устройством дугогашения.

Для предотвращения коммутационных перенапряжений элементы электрической цепи, обладающие большой индуктивностью, шунти­руют диодом (рис. 115, а). Тогда при переходном процессе в момент отключения коммутационным аппаратом A части нагрузки R_Hпод дей­ствием э. д. с. самоиндукции е_L , возникающей в катушке, по замкну­тому контуру катушка — диод Vначинает протекать ток i, и энергия Li²/2, запасенная индуктивностью L, рассеивается в активном рези­сторе Rданного устройства и диоде. Прямое падение напряжения AUна Диоде Vсоставляет несколько вольт. Напряжение на входе нагруз­ки для рассматриваемой схемы при переходном режиме составляет ы_аб = Е 4- &U. Так как ΔUмало, то можно считать, что шунтирова­ние катушки диодом позволяет исключить возникновение обусловлен­ных ею перенапряжений в цепях нагрузки при переходных режимах. Однако диод не всегда можно использовать. Например, при защите от перенапряжений, создаваемых индуктивностью обмоток генератора, шунтирование якоря диодом привело бы к короткому замыканию. Поэтому в этих случаях снижение коммутационных перенапряжений обеспечивается либо путем использования емкостных фильтров, либо в аварийных режимах путем применения быстродействующей защиты, с помощью которой к генератору подключается резистор, мощность которого примерно равна мощности отключаемой нагрузки.

При использовании быстродействующей тиристорной защиты (рис. 115, б) в установившемся режиме работы системы электроснаб­жения тиристор Vвыключен и напряжение на нагрузке u_аб = V_dна выходе выпрямителя. При отключении части нагрузки (размыкается коммутационный аппарат А) на управляющий электрод тиристора по сигналу датчика напряжения от системы управления поступает сигнал, тиристор включается и подключает параллельно цепи нагрузки резистор R_{1 .} Включение резистора R₁приводит к сохранению или незначительному  изменению результирующего сопротивления цепи нагрузки, вследствие чего действие коммутационного перенапряжения
прекращается.

Тиристорная защита не влияет на максимальное перенапряжение. Однако в результате уменьшения длительности действия перенапря­жения удается защищать электрические аппараты от пробоя изоляции, а лампы накаливания — от перегорания. В схеме защиты от комму­тационных перенапряжений, применяемой в системе ЭВ-10 (рис. 116, а) для ограничения перенапряжений, используют два рассмотренных выше способа: шунтирование элементов цепи, обладающих большой ин­дуктивностью, диодом и подключение с помощью быстродействующей тиристорной защиты резистора параллельно цепям нагрузки.

Для ограничения коммутационных перенапряжений, возникающих в основной обмотке Я1 якоря генератора, выпрямитель В1, к которому подключена эта обмотка, шунтируется последовательно соединенными диодом VIи аккумуляторной батареей АБ. В установившемся режиме диод V1 не проводит ток, так как зарядное напряжение U_зна акку­муляторной батарее равно сумме напряжений U_d1+U_d2 на выходах выпрямителей В1 и В2, т. е. U₃> U_d , и к диоду VIприложено отри­цательное напряжение. В переходном режиме при отключении части нагрузки R_Hнапряжение U_d1 возрастает, т. е. появляется перенапря­жение, Однако оно ограничено зарядным напряжением U₃аккуму­ляторной батареи. Как только перенапряжение превысит U₃диод VIначинает проводить ток и потенциалы точек a и dстановятся практи­чески равными, т. е. перенапряжение не может превысить U₃. При этом энергия Li²/2, запасенная в обмотке якоря 1 генератора индуктив­ностью L, передается в аккумуляторную батарею.

В некоторых аварийных ситуациях, связанных с обрывом цепи, шунтирующей основную обмотку якоря Я1 генератора, подключенную к выпрямителю В1 .(например, при перегорании плавкой вставки пре­дохранителя Пр), диод VIперестает выполнять свои защитные функ­ции. В этих случаях длительность коммутационных перенапряжений ограничивается с помощью быстродействующей тиристорной защиты. Тиристор защиты У2 подключен через низкоомный резистор R1 параллельно выходу основного выпрямителя B1. Управление тиристором У2 осуществляется от блока управления БУ, который контролирует напряжение на нагрузке R_Н..