Космонавтика  Грозовые разряды 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43

Рис. 4.10. Зависимости времени запаздывания разряда для различиы.х типов низковольтных защитных разрядников от величины приложенного к ним напряжения-

/ -РГ>-5. РБ-90; 2-Р-27. Р-34, Р-35: 3 - Р-2?Г. Р-350. Р-460; 4 -Р-3. Р-1. Р-3

Пряжения разрядников сочетаются с длительным предразрядным временем, соответствующим 100... 1000 мкс.

Для импульсов с крутизной фронта ниже 1 В/мкс и лик превышает в 1.5 раза статическое напряжение пробоя, и только при значениях крутизны фронта импульсов перенапряжения ниже 0,1 В/мкс дпиа-


0,1 .

мпческое напряжение пробоя приближается к статическому,


, то

Таблица 4.17 Сравнительные характеристики гибрилных схем на основе

газонаполненных защитных разрядников

Вид гибридной C4CMU

Преимущества

Не достатки

Сглаживает выбросы остаточного напряжения после разрядника

Высокое емкостное сопротивление

Понижает остаточный выброс иапряжепия на разряднике

Увеличивает сопротив.тение нагрузки

Улу пиает дугогасяшпе свойства разрядника

Увеличивает разрядное напряжение для воли большой амплитуды Вся волна перенапряжеиня приходится па варпстор

Улучшает дугогасяшие свойства разрядника

Увеличивает разрядное напряжение для воли большой амплитуды

Улучшает дугогасяшие свойсгва разрядника. Понижает напряжение разряда

Усложняет ueiu> защиты. Высокое емкостное сопротивление

)ГУ1 R3

К основным недостаткам, связанным с конструктивными особенностями и физическими свойствами газонаполнеииых защитных разрядников, следует от-iiecTH следующие:

наличие выбросов остаточного папряжения на разряднике, энергия которых зачастую оказывается достаточной для повреждения защищаемых чувствительных элементов РЭС (особенно полупроводниковых приборов);

высокие токовые нагрузки, пока потенциал на разряднике низок;

относительно высокая емкость прибора;

больпюе время срабатывания.

В больщ;щстве случаев отрицательное влияние перечисленных недостатков на степень защиты чувствительных элементов РЭС компенсируется созданием на базе газонаполненных разрядников гибридных схем (табл. 4.17).

Вентильные разрядники (табл. 4.18-4.19)-это сложный прибор с улучшенными защитными характеристиками, реализация которых достигается объединением в одргой конструкции двух защитных элементов - искрового разрядника и нелинейного сопротивления.

Таким образом, основные элементы вентильного разрядника - искровой промежуток (ПП) и рабочее нелш1ейное сопротивление (PC), соединенные последовательно (рис. 4.11). Вывод вентильного разрядшша со стороны PC подключается к заземлению, другой (со стороны ИП)-к защищаемому элементу.

Прн срабатывании разрядника искровой промежуток пробивается и токи перенапряжения через PC стекают а землю. Рабочее сопротивление выполнено из полупроводникового материала (вилита или тервита), обладающего нелинейной зависимостью между током и напряжением. С увеличением напряжения его сопротивление резко падает, а с уменьшением напряжения - резко возрастает. Эти свойства PC позволяют снижать выбросы остаточных напряжений на разряднике.

Иа практике для защитных целей применяются вентильные разрядники РВП. РВИ, РВНН (РВНШ) или РВ-(Р -разрядник, В - вентильный. П - подстанционный, Н - низковольтный. Н(Ш)-ножевого или штепсельного кре-

Та блица 4.18 Высоковольтные вентильные разрядники

Параметр

РВП-3

РВП-б

РБП-10

Наибольшее допустимое напряжение.

12,7

Пробивное напряжение прн частоте

50 Гц. кВ

ие менее

не более

30.5

Импульсное пробивное напряжение при

длительности фронта и.мпульса 1,2 мкс,

Остающееся напряжение. кВ

при амплитуде импульсного тока

3.0 кА

13.5

5.0 кА

14.5

Габаритные размеры, мм

126X210

126X315

126X445

Масса, кг



Таблицы 4.19. Низковольтные вентильные разрядники

Параметр

РВН-0.Г1

ГЗа-0.б6/2.5 *

РВПН-250

Наибольшее допуспьмое на-

0.25

пряжение, кВ

0,66

Пробивное напряжение при

частоте 50 Гц, кВ

не менее

НС более

Импульсное пробивное напря-

жешь при длительности фрон-

та импульса 1.2 мкс, кВ

Остающееся напряжение. кВ

при амплитуде импульсного

тока

1.0 кА

2,5 кА

Ток утечки при выпрямленно.м

нанряжснии 0.5 кВ, мкА, не

более

Габаритные размеры, мм

126 172

55X103

87X25X70

(70ХЬ5)*

0.16

Масса, кг

0.22

(0.25)**

* Производство ПНР. * Малогабарнтпый.

Рис. 4.11. Основные элементы венпьчьны.ч разрядников: ; - искровоА промежуток; 2 - рабочее сопротивление (нелн-

иеПное]

плення; далее идут цифры, характеризующие наименьшее рабочее напряжение для подстанцнонных разряд-пиков в киловольтах и наибольшее допустимое напряжение в вольтах НЛП киловольтах для низковольтных разрядников).

Вентильные разрядники главным образом применяют для защиты от перенапряжении электрических цепей питания РЭС с высоким (РЕП-3. РВП-6. РВИ-10) н низким (РВ-1000, РВН-0.5. PBHII-250) напряжением. Последние используют также для защиты воздушных линий связи, а также цепей дистанционного питания усилительных пунктов связи (см, ГОСТ 5238-81).

Защитные полупроводниковые приборы. В качестве элементов защиты схем и цепей РЭС от дестабилизирующего влияния грозовых перенапряжений широко применяют защитные полупроводниковые прпборы. К ним относятся: выравниватели, варнсторы. кремниевые диоды, стабилитроны и ограничительные диоды.

Защитные свойства этих полупроводниковых приборов обусловлены нелинейностью вольт-амперных характеристик у выравнивателей п варисторов, наличием участков насыщения в прямых ветвях вольт-амперных характеристик у кремниевых диодов п явлением лавинного пробоя при работе на обратных ветвях вольт-амперных характеристик стабилитронов и ограничительных диодов.


Как правило, защитные полупроводниковые приборы применяют в качестве второй и третьей ступеней защиты в гнбрпдных схемах. Они способны понижать уровни опасных напряжении с десятков н сотен вольт до 1 В и менее. В отличие от защитных разрядников диоды н стабилитроны cnoco6iiu открываться и закрываться почти мгновенно прп приложении малых но амплитуде напряжений порядка 0.5... 10 В п тем самым ограничивать перенапряжения на полунроводншсовых элементах РЭС до требуемых уровней, i[e снижая качество пх функционирования.

Выравнивателн (табл. 4.20)-это практически безынерционные защитные полупроводншчовыс приборы, которые, по существу, являются нели-неннымн резисторами, облалающтгмн способностью поглощать энергию, сопутст-вуюн1ую перенапряжениям. Сопротивление выравнивателей зависит от приложенного напряжения, с увеличением напряжения резко падает сопротивление, и, наоборот, с его уме[1ьшением - сопротивлепне выравнивателя возрастает.

Таблица 4,20. Выравниватели

Параметр

ВК-Ю

ВС-00

ВК-220

ВС-220

BOU-220

Номгшальное напряже-

ние неременного тога, В

Ток утсчхи при номи-

нальном напряженшг и температуре 4-20 С. м.А

Коэффициент нелинейно-

Пропускная способность

по переменно.му току час-

тотой 50 Гц и импуль-

сов ллнтельность:о 1 с и

амплитудой 25 Л

Пропускная способность

по току с прямоуголь-

ной формой импульсов

длительностью 4 мс и

амплитудой 50 Л

Остаю1иссся напряже-

ние. В

при амплитуде им-

пульсного тока

50 А

25.1

1100

1000 А

1400

Допустимая мощность

рассеивания, Вт

Темнерату)нын коэф-

фициент но току в пре-

делах температур

-40...-ьбОТ. % на ГС

Пробивное напряйчсние

нзоляинп, В

200U

2000

2000

2000

2000

Сопротивление изоляц!н.

Габаритные размеры, мм

87Х25Х

86Х40Х

87Х25Х

87Х25Х

87Х25Х

Масса, г




Рнс. 4.12. Типопые вольт-амперные характеристики выравнивателей (/) и варнсторов (2)

Выравниватели имеют симметричную Еольт-амперную характеристику с одинаковыми ветвями прп прямой н обратной полярности приложенного напряжения (рис. 4.12). Следовательно, они могут пропускать импульсы тока разной полярности. Их включают в электрические цепи, как правило, параллельно защищаемому прибору с целью выравнивания опасной пульсации разности потенциалов при воздействии внешних источников перенапряжспич (грозовых разрядов) с амплитудой 100 В и выше.

Для изготовления выравнивателей в основном используют двуокись цинка или титана, имеющие коэффициент нелинейности в прелелах 0,1 ... 10.

Керамические виравниватели типа ВК в основном используют для грозозащиты и сглаживаН11я пульсаций в цепях электропитания РЭС постоянным током. Селеновые выравниватели типа ВС предназначаются, как правило, для цепей электропитания переменного тока, оксидно-пинкоаыс выравниватели типа ВОЦ -для защиты от перенапряжений пол>щроводнцковых приборов (в качестве вентильных дисков в них ставят оксидно-цинковые варисторы типа СН 2-2А-510 и СИ 2-2А-560).

Варисторы (табл. 4.2!)-нелинейные полупров-одииковые резисторы, сопротивление которых так же, как и у выравнивателей, зависит от приложенного напряженпя.

Таблица 4.21. Основные эксплуатационные характеристики

варисторов

Тип прибора

КлЕСспфика-пноииыП ток. м.-\

Классификационное напряжение. В

Ко:ффнциент кел11нейности

.Максимальное импульсное напряжение. В

Л\аксимальная

MOlUt{OCTb р с-

сеннания. Вт

СН 1-1-1 СН 1-2-1 СН 1-2-2 СН 1-3 СН 1-6 СИ 1-8 СН 1-10 СН 2 1 СН 2-2Л

5.0 20

0.05 10

560 .. 1500 56 ..270 15 . 27

.5.6... 27

(2 ...2.5)-10 15... 47 120 . 560 330... 1500

3.5 ... 4,5

4.0 6.0... 10 3,5... 5,0 25: 30 30... 50

1200.. 2000 150... 800 60 .. 90

1.50 3 10* 75... 235 360... 16S0 1000..4500

1000 1000 800 100 150 2000 3000 500 1600

П р и м е ч а и и е. См. ГОСТ 23203-78 Варисторы. Ряды токоп и классификационных напряжений.

В отличие от выравнивателей варисторы имеют более высокий коэффициент нелинейности 25... 100 (см. рис. 4.11), их применяют в основном для защиты пол>щроводнпкових приборов РЭС от воздействия перенапряжений, так как они имеют более крутую вольт-ампернуго характеристику.

Для обозначения варисторов применяют буквенно-цифровой код (СН -сопротивление нелинейное; далее следуют цифры, первая if3 которых обозначает материал (1-карбид кремния, 2 -се.теи), вторая - конструктивное исполнение (1. 8 - стержневое, 2, 10 -дисковое, 3 - микромодульнос). третья - порядковый номер разработки).

Основное назначение варисторов - защита элементов электрических цепей РЭС постоянного, переменного и импульсного тока от перенапряжений, в том числе п грозовых.

Кремниевые диоды (табл. 4.22) - заи;итные полупроводниковые приборы, ограничивающие амплитуду перенапряжений за счет наличия участка .насыщения прямой ветви вольт-амперной характеристики.

Таблица 4.22 Характеристики импульсных кремниевых диодов.

применяемых дтя защиты цепей РЭС

Тип диола

Режим

зашиты

Предельный режим

Емкость диода, пФ

прн /=25-С

при А р. А

пр шах ирн ~ ~10 мкс

КД509А

0.35

1000

КД513А

0.40

1500

КД511А

0.65

1500

КД921А

0.85

0,08

КД522А. Б

0.90

30: 50

1500

КД503А. Б

0.95

КД510А

1500

КЛ806Л. Б

3000

КЛ521А...Д

1.25

0,15

7,5 .. 12

Д220А

0,05

Д220

0,03

КД921Ь

1.65

. 20

КД925А, Б

2500

Для ограничения опасных перенапряжении широко распространено параллельное включение дгюдов по отиошенни) к защищаемому элементу. Однако не исключено применение и схем продолыюп защиты.

Прп подаче на д1год напряжения с амплитудой UD<Uorp (где обьгано Uor? составляет 0.5... 0,7 В) форма сигнала на нагрузке остается неиз.менной, поскольку динамическое сопротивление па пологом участке вольт-амперной характеристики намного больше сопротивления нагрузки (рис. 4.13). При UD>Uorv динамическое сопротивление резко падает по сравнению с сопротивлением нагрузки, что приводит к увеличению тока через диод п уменьшению напряжения ня нагрузке до уровня t/orp- Таким образом, уровень ограничения перенапряжений кpeип:eвым диодом определяется характеристикой этого участка.

Последовательное включение кремниевых диодов с нагрузкой при реализации вариантов продольной .защиты приводит к ограничению перенапряжений на нагрузке только одной полярности.

Кремниевые диоды в основном применяют для защиты цепей высокой частоты ввиду их малой собственной емкости п, как следствие, высокого быстродействия. Как правило, для защиты применяют импульсные кремниевые диоды.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 [ 26 ] 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43