10.8.4. Схемы защиты от помех для устройств переменного тока

При отключении обмотки переменного тока нужно различать два граничных слу­чая: разрыв цепи тока в момент перехода тока через нуль и в момент достижения максимального значения (- дей­ствующее значение установившегося тока). Второй случай представляет наихудшие соотношения при отключении цепи пере­менного тока. При этом, как и в цепях пос­тоянного тока, могут возникнуть высокие перенапряжения при отключении. В даль­нейшем будет рассматриваться исключи­тельно этот случай, который будет положен в основу определения параметров защит­ных схем. Возможные схемы помехозащиты в однофазных приборах переменного тока показаны в табл. 10.10.

Резисторы. Простейший, однако для эффективной защиты от помех не слишком подходящий вариант схемы - это активное сопротивление параллельно индуктивно­сти (табл. 10.10, столбец 2). Он использу­ется только в отдельных случаях в качестве временной меры. Сопротивление выбира­ется в диапазоне

(10.14)

и рассчитывается по длительному току .

Варисторы. Более подходящими, чем резисторы, являются варисторы (табл. 10.10, столбец 5), особенно металлооксидные. Перенапряжение при отключении удается при этом ограничить на защитном уровне - примерно два-три номинальных напряжения прибора. Выбор подходящего металлооксидного варистора осуществляется аналогично п. 10.8.3, при этом определяется наибольшее рабочее переменное напряжение варистора при учете возможного положительного отклоненияот номинального напряжения:

(10.15)

и рассчитывается максимально допусти­мая мощность потерь

. (10.16)

По ипредварительно выбирается соответствующий тип варис­тора. Ожидаемое при отключении перена­пряжениеможет быть получено из вольт-амперной характеристики.

Таким же образом, как и в п. 10.8.3, нужно проверить, не превышается ли мак­симально допустимый импульсный ток выбранного варистора, т.е. насколько обес­печивается условие

. (10.17)

Значения имогут быть взяты из рис. 10.41. Необходимая для определе­ниядлительность импульсаможет быть оценена по соотношению

. (10.18)

Уравнение (10.18) соответствует упро­щенному, данному в табл. 10.10, столбец 3, выражению для .

Z-диоды и TAZ-диоды. Очень хоро­шими свойствами обладают схемы защиты от помех из двух включенных встречно Z-диодов или двустороннего -диода (см. табл. 10.10, столбец 4).-диоды выполнены специально для ограничения переходных перенапряжений и по сравне­нию с нормальнымиZ-диодами обладают повышенной стойкостью к импульсному току. Преимущество схемы с Z-диодами состоит в том, что они при сильном ограни­чении перенапряжений практически не влияют на время возврата защищаемого прибора. Однако их цена высока. Кроме того, они не применимы для больших токов и напряжений, и поэтому используются в маленьких приборах.

Напряжение (см. рис. 10.42, а) выби­рается согласно соотношению

. (10.19)

Требуемая нагрузочная способность определяется с помощью уравнения

(10.20)

(см. обозначения в табл. 10.10).

В заключение, как и при расчете металлооксидных варисторов, проверяется, не превышается ли нагрузочная способность выбранных по (10.19) и (10.20) диодов:

, (10.21)

где - максимально допустимая амп­литуда тока при определенном импульсном токе; - понижающий коэффициент» предусматривающий другую длительность импульса.

В табл. 10.10 приняты следующие обоз­начения:

- сопротивление, индуктивность, емкость и постоянная вре­мени обмотки;

- установившийся ток и номи­нальное напряжение защищаемого прибора (эффективные значения);

- коэффициент мощ­ности прибора;

- частота сети;

- допустимый ток включения выключателя S;

- ток потерь (эффективное значе­ние);

- максимально допустимый ток;

- металлооксидный варистор;

- номинальное напряжение кон­денсатора;

- наибольшее рабочее перемен­ное напряжение варистора;

- напряжение (см. рис. 10.42, а);

- число отключений в единицу вре­мени;

- коэффициент нелинейности варис­тора.

Селеновые ограничители перенапря­жений. Селеновые ограничители перена­пряжений - это селеновые выпрямители с особо крутой характеристикой запирания, которые могут кратковременно нагружаться в прямом и обратном направлениях очень высокими плотностями тока (до 5 А/см²). При встречном включении двух пластин они имеют такие же свойства, как варис­торы или -диоды. Они, однако, зани­мают больше места, и поэтому преимущест­венно применяются в больших установках.

Требуемое для каждого направления число пластин определяется из номи­нального напряжения прибора:

, (10.22)

где В — действующее зна­чение напряжения одной пластины.

Требуемая площадь пластины вычисля­ется, как

, (10.23)

где - импульсный ток через ограничи­тель иА/см² — допустимая плотность импульсного тока.

RC-цепочки. При переменном токе про­стые -цепочки (см. табл. 10.10, столбец 6) обладают хорошими свойствами ограничи­вать перенапряжения при отключении и обеспечивать короткое временя возврата, связанное с уменьшением производной напряжения. Расчет их параметров произво­дится так, чтобы при отключении возникало затухающее колебание. Это обеспечивается при

, (10.24)

чтобы избежать спаривания контактов выключателя, и

. (10.25)

Сопротивление должно выдержи­вать длительный ток потерь

, (10.26)

а емкость выдерживать напряжение, в 2—3 раза превышающее номинальное напряжение.

Длительный ток через -цепочку будет предотвращен, если дополнительно используется вспомогательный выпрями­тель (см. рис. 10.37).

Для практического применении средств защиты от помех для приборов перемен­ного тока на основе введенных в п. 10.8.2 критериев можно дать следующие рекомен­дации:

• -цепочки (см. табл. 10.10, столбец 6) являются очень выигрышными, осо­бенно для приборов 220 и 380 В. Они при­емлемы по цене, занимают не слишком много места, одновременно компенсируют реактивный ток и гарантируют время воз­врата прибора такое же, как при отсутствии схемы защиты, даже в наиболее неблаго­приятный момент включения при хорошем ограничении перенапряжения;

• металлооксидные варисторы имеют такие же хорошие свойства (см. табл. 10.10, столбец 3). Для защиты выключателей существуют особо компактные варисторы;

• селеновые ограничители перенапря­жений (см. табл. 10.10, столбец 5) при­годны для больших приборов;

• двусторонние Z-диодные схемы (см. табл. 10.10, столбец 4), разработаны специ­ально для малых и очень малых устройств;

• резисторы (см. табл. 10.10, столбец 2) не пригодны в качестве защиты от помех приборов переменного тока.

Рис. 10.44. Схемы защиты от помех трехфазных приборов:

а - варисторы; б - Z-диоды или селеновые диоды: в - двусторонние TAZ-диоды или селеновые ОПН; г - -звенья; д - -звенья со вспомогательным выпрямителем