Пристрій захисту від імпульсних перенапруг

Винахід відноситься до електротехніки і призначений для захисту від імпульсних перенапруг, а также забезпеченню пожежобезпечності в житлових будинках і офісах при виникненні комутаційних та грозових перенапруг в електромережах, кабельних мережах телебачення, радіо і телефонів або при замкненнях в високовольтних лініях електропередач. Найбільш близьким до заявляемого рішення по технічній суті та досягаемому технічному результату є пристрій захисту від імпульсних перенапруг по патенту Російської Федерації №2050663 С1, опубл. 20.12.95, МПК 6Н02Н 9/06, 9/04, що містить силовий робочий і нульовий захисний провідники, а також перший каскад нелінійних обмежувачів перенапруг, який складається із першого та другого нелінійних обмежувачів напруги (НОН), першого та другого індуктивних дроселів, які приєднані послідовно в силовому робочому провідникові, а між точкою з'єднання першого та другого індуктивних дроселів і нульовим захисним провідником приєднаний перший НОН, при цьому навантаження приєднано на виході пристрою. В цьому пристрої на вході схеми між нульовим захісним провідником і двома силовими робочими провідниками, обидва з котрих ізольовані від нульового захисного провідника, приєднано два відповідних розрядника. А далі, в кожному силовому робочому провіднику, послідовно приєднано пара перших і пара других індуктивних дроселів. Причому в кожній парі індуктивні дроселі ввімкнені зустрічно. Між точками з'єднання відповідних індуктивних дроселів в першій і другій парах і нульовим захісним провідником приєднано відповідно перший і другий НОН. А після другої пари індуктивних дроселів між нульовим захисним і двома силовими робочими провідниками приєднано відповідно перший і другий стабілітрони. Основним недоліком цього пристрою є недостатня його швидкодія по зниженню імпульсної перенапруги до допустимого рівня за рахунок використання після першої швидкодіючої ступені, у вигляді першої пари зустрічно ввімкнених індуктивних дроселів і відповідного першого та другого НОН, яка спрацьовує першою, другої ступені, у вигляді розрядників, яка спрацьовує другою і має більший час спрацьовування ніж перша ступінь. В основу винаходу покладене завдання створення ефективного пристрою захисту від імпульсних перенапруг, зокрема захисту від грозових перенапруг, шляхом забезпечення швидкодіючого ступінчатого зниження перенапруги до допустимого рівня, що дозволить забезпечити в житлових будинках і офісах безпеку людей і пожежобезпечність, а також вилучити вихід з ладу електроустановок, комп'ютерів і іншої електро- і радіоапаратури. Поставлене завдання вирішується тим, що пристрій захисту від імпульсних перенапруг містить силовий робочий і нульовий захисний провідники, а також перший каскад нелінійних обмежувачів перенапруг, який складається із першого та другого нелінійних обмежувачів напруги (НОН), першого та другого індуктивних дроселів, які приєднані послідовно в силовому робочому провідникові, а між точкою з'єднання першого та другого індуктивних дроселів і нульовим захисним провідником приєднано перший НОН, при цьому навантаження приєднано на виході пристрою. Причому перший каскад нелінійних обмежувачів перенапруг містить третій НОН, при цьому другий НОН приєднаний перед першим індуктивним дроселем, а третій НОН -після другого індуктивного дроселя і нульовим захисним провідником. Також пристрій містить нульовий робочий провідник, який з'єднаний з нульовим захисним провідником, при цьому навантаження приєднано на виході пристрою між силовим і нульовим робочими провідниками. Крім того, пристрій містить щонайменше другий каскад нелінійних обмежувачів перенапруг, котрий приєднаний між першим каскадом нелінійних обмежувачів перенапруг і навантаженням, і що містить в силовому робочому провідникові послідовно з'єднані перший та другий індуктивні дроселі, при цьому перший та третій НОН приєднані відповідно після першого та другого індуктивних дроселів і нульовим захисним провідником. А на вході пристрою в силовому і в нульовому робочих провідниках приєднані автоматичні вимикачі. На виході пристрою перед навантаженням в силовому і в нульовому робочих провідниках приєднано пристрій захисного вимикання. При цьому пристрій захисного вимикання містить блок вимикачів, блок контролю диференціальних струмів витікання і блок контролю струмів перенавантаження. Перед пристроєм захисного вимикання між силовим і нульовим робочими захисними провідниками приєднано індикатор цілості нульового захисного провідника. А послідовно з другим НОН приєднаний блок контроля обмеження імпульсних перенапруг з блоком індикації їх кількості. Виконання пристрою з третім НОН, який приєднано після другого індуктивного дроселя, а другого НОН- перед першим індуктивним дроселем, дозволить забезпечити виконання швидкодіючого ступінчатого зниження перенапруги до допустимого рівня за рахунок використання у всіх трьох ступенях каскада нелінійних обмежувачів перенапруг швидкодіючих другого, першого і третього НОН разом з першим і другим індуктивними дроселями. А це дозволить забезпечити в житлових будинках і офісах як безпеку людей, так і пожежобезпечність, а також вилучити вихід з ладу електроустановок, комп'ютерів і іншої електро- і радіоапаратури без їх відключення. Виконання пристрою з нульовим робочим провідником, який з'єднаний з нульовим захисним провідником, що виконується на підстанції або на вході пристрою, і з приєднанням навантаження між силовим і нульовим робочими провідниками дозволить забезпечити роботу пристрою без порушення подачі робочої напруги на навантаження . Виконання пристрою щонайменше з другим каскадом нелінійних обмежувачів перенапруг дозволить здійснити ще більше ступінчате зниження імпульсних перенапруг у вигляді комутаційних і/або грозових імпульсів, що підвищує рівень захисту. Виконання пристрою з автоматичними вимикачами на його вході в силовому і в нульовому робочих провідниках дозволяє забезпечити автоматичне відключення в аварійному режимі як навантаження, так і самого пристрою захисту. Виконання пристрою захисту від імпульсних перенапруг з пристроєм захисного вимикання на його виході перед навантаженням дозволяє забезпечити автоматичне відключення навантаження від силового і нульового робочих провідників при аварійних струмах витікання і струмах перенавантаження. Виконання пристрою захисного вимикання, що розташований перед навантаженням, з блоком контролю диференціальних струмів витікання і блоком контролю струмів перенавантаження також забезпечує автоматичне відключення навантаження при аварійних струмах витікання і струмах перенавантаження. Виконання пристрою з індикатором цілості нульового захисного провідника дозволяє контролювати роботу пристрою захисту від імпульсних перенапруг, що підвищує надійність його роботи. Виконання пристрою захисту з блоком контролю обмеження імпульсних перенапруг і з блоком індикації їх кількості дозволяє відслідковувати спрацьовування цього пристрою для визначення реального положення по імпульсним перенапругам в мережах, де установлений цей пристрій. Викладене вище підтверджує наявність причино-наслідкових зв'язків між сукупністю суттєвих ознак винаходу, що заявляється, та досягаємим технічним результатом. Дана сукупність суттєвих ознак дозволяє в порівнянні з прототипом, пристроєм захисту від імпульсних перенапруг, забезпечити швидкодіюче, без відключення навантаження, ступінчате зниження перенапруги від комутаційних і/або грозових імпульсів до допустимого рівня, що дозволяє запезпечити в житлових будинках і офісах безпеку людей і пожежобезпечність, а також вилучити вихід з ладу електроустановок, комп'ютерів і іншої електро- і радіоапаратури без їх відключення. На думку авторів, технічне рішення, що заявляється, відповідає критеріям винаходу "новизна" і "винахідницький рівень", тому що сукупність суттєвих ознак, які характеризують заявляємий пристрій захисту від імпульсних перенапруг є новою і не випливає явно з відомого рівня техніки. Заявлюваний винахід пояснюється кресленням, на якому наведена схема пристрою захисту від імпульсних перенапруг. Кращий варіант пристрою захисту від імпульсних перенапруг згідно з кресленням містить силовий робочий 1 (L) провідник, нульовий робочий 2 (N) провідник, який на вході пристрою або на підстанції (не показана) з'єднаний з нульовим захисним 3 (РЕ) провідником, перший каскад 4 нелінійних обмежувачів перенапруг, який складається із першого 5 та другого 6 індуктивних дроселів, першого 7, другого 8, третього 9 нелінійних обмежувачів напруг (НОН). При цьому перший 5 та другий 6 індуктивні дроселі ввімкнені послідовно в силовому робочому 1 провідникові, між котрим і нульовим захисним 3 провідником приєднаний другий 8 НОН перед першим 5 індуктивним дроселем, між точкою з'єднання першого 5 і другого 6 індуктивних дроселей і нульовим захисним 3 провідником приєднаний перший 7 НОН, після другого 6 індуктивного дроселя і нульовим захисним З провідником приєднаний третій 9 НОН. Також перший каскад 4 нелінійних обмежувачів перенапруг містить послідовно приєднаний з другим 8 НОН блок 10 контроля обмеження імпульсних перенапруг з блоком 11 індикації їх кількості. Крім того, пристрій захисту від імпульсних перенапруг містить на своєму вході автоматичні вимикачі 12, 13, які розташовані відповідно в силовому робочому 1 і в нульовому робочому 2 провідниках, в яких на виході цього пристрою перед навантаженням 14 ввімкнено пристрій 15 захисного вимикання, котрий в свою чергу складається із блока 16 вимикачів, блока 17 контролю диференціальних струмів витікання і блока 18 контролю струмів перенавантаження. Навантаження 14 приєднано на виході пристрою захисту від імпульсних перенапруг між силовим робочим 1 і нульовим робочим 2 провідниками. Перед пристроєм 15 захисного вимикання між силовим робочим 1 і нульовим захисним 3 провідниками приєднаний індикатор 19 цілості нульового захисного провідника. А корпус 20 навантаження 14 може бути з'єднаний з нульовим захисним 3 провідником. В другому варіанті виконання пристрою захисту від імпульсних перенапруг він містить щонайменше другий каскад (не показано) нелінійних обмежувачів перенапруг, який приєднаний між першим каскадом 4 нелінійних обмежувачів перенапруг і пристроєм 15 захисного вимикання або, при відсутності пристрою 15, перед навантаженням 14. При цьому кожний другий і послідуючі каскади нелінійних обмежувачів перенапруг містять в силовому робочому 1 провідникові послідовно з'єднані перший та другий індуктивні дроселі, причому перший та третій НОН приєднані між силовим робочим 1 і нульовим захисним 3 провідниками відповідно після першого та другого індуктивних дроселів. В якості нелінійних обмежувачів напруги (НОН) використовуються високолінійні резистори, які мають високий опір при номінальній напрузі на них, наприклад резистори типу варисторів. Блок 17 контролю диференціальних струмів витікання може бути виконаний у вигляді послідовно з'єднаних підсилювача (не показано) і порогового елемента порівняння (не показано), вихід якого з'єднано з блоком 16 вимикачів. Блок 18 контролю струмів перенавантаження може бути виконаний у вигляді порогового елемента порівняння (не показано), вихід якого з'єднано з блоком 16 вимикачів. Пристрій захисту від імпульсних перенапруг працює таким чином. Пристрій захисту від імпульсних перенапруг установлюють в розподільних щитах на вході електричної мережі в будинок, офіс, квартиру. В вихідному положенні, коли вимикачі 12, 13 і 16 замкнені, робоча напруга по силовому робочому 1 і нульовому робочому 2 провідниках подається на навантаження 14. В випадку грозових розрядів і/або будь-яких комутаційних перенапруг, коли на силовому робочому 1 і нульовому робочому провідниках з'являються імпульси високої напруги, наприклад 8кВ, то опір другого 8 НОН різко знижується і струм перенапруги замикається на нульовий захисний 3 провідник, що спричиняє різке зниження і імпульсу перенапруги до 1,64-3,6кВ на першому 7 НОН. Цьому також сприяє те, що струм через індуктивний дросель 5 не може миттєво зрости. Далі імпульс перенапруги таким же чином знижується до 1,643,6кВ на першому 7 НОН і другому індуктивному дроселі 6, а також третьому 9 НОН до 0,336-1,5кВ, що є допустимим рівнем на навантаженні 14. Таким чином забезпечується ступінчате зниження імпульсної перенапруги. Граничні величини цього зниження залежать від типу варисторів, які використовуються в якості НОН. Вказані граничні величини наведені по результату експериментального випробування пристрою. Крім того, при кожному обмеженні імпульсних перенапруг спрацьовує блок 10 контролю обмеження імпульсних перенапруг і на блоці 11 висвітлюється кількість цих спрацьовувань. Блоки 10 і 11 виконано згідно свідоцтва Російської Федерації №16229 U1, МПК 7Н02Н 9/04, опубл. 10.12.2000. А для контролю роботоздатності пристрою захисту від імпульсних перенапруг відсвітлюється індикатор 19 цілості нульового захисного 3 провідника. В випадку зниження опору ізоляції в мережі нижче допустимого рівня або при випадковому доторканні до оголеного проводу людини, що спричиняє появу струму витікання, спрацьовує блок 17 контролю диференціальних струмів витікання з відключенням навантаження 14 від силового робочого 1 і нульового робочого 2 провідників блоком 16 вимикачів. Таке відключення навантаження 14 виконується, коли спрацьовує блок 18 контролю струмів перевантаження, які можуть проходити через навантаження 14. Також при підвищенні струмів перевантаження при коротких замиканнях в навантаженні 14 спрацьовують автоматичні вимикачі 12, 13. Хоча тут показані й описані варіанти, що визнані кращими для здійснення теперішнього винаходу, фахівцям у даній галузі техніки буде зрозуміло, що можна здійснювати різноманітні зміни і модифікації, можна заміняти елементи на еквівалентні, не виходячи при цьому за межі обсягу домагань теперішнього винаходу. Відповідність технічного рішення, що заявляється, критерію винаходу "промислова придатність" підтверджується зазначеними прикладами виконання пристрою захисту від імпульсних перенапруг.