RU2574594C2 - Overvoltage protection device - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: overvoltage protection device (5) has arrester (1), which is supposed to ensure balancing of different potential and to lock overload current during operation. The arrester (1) has sensor (2) that generates electric disconnection signal (4) and comprises Wheatstone bridge. With regard to the arrester peripheral switching unit (3) receives electric disconnection signal (4) and disconnects the arrester (1) from electric circuit. At that switching unit (3) and arrester (1) are spaced from each other.

EFFECT: immediate disconnection of the heated arrester is ensured from the mains without arc generation at the switching element, which switching process is initiated only electrically.

8 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройству защиты от перенапряжений.The invention relates to a surge protection device.

В случае выброса при переходном процессе или разрядного тока молнии разрядник должен блокировать возникающие высокие напряжения и/или сильные токи путем заземления с целью защиты электрических сетей, находящихся после разрядника, от сильных токов и/или высоких напряжений.In the event of a lightning discharge during a transient or discharge current, the arrester must block the resulting high voltages and / or strong currents by grounding in order to protect the electrical networks after the arrester from strong currents and / or high voltages.

Известно, что в случае (множества) срабатываний или особо сильных токов перегрузки и/или перенапряжений может происходить неприемлемо сильный нагрев разрядника вследствие его перегрузки или процессов старения.It is known that in the case of (multiple) trips or particularly strong overload currents and / or overvoltages, unacceptably strong heating of the arrester due to its overload or aging processes can occur.

Соответственно, обычно используется встроенное устройство, предохраняющее от перегрева, в целях не только противопожарной защиты, но также для отсоединения в таких случаях разрядника от сети или его замыкания накоротко.Accordingly, a built-in overheating protection device is usually used for not only fire protection, but also for disconnecting the arrester in such cases from the mains or shorting it.

Для обнаружения повышения температуры разрядника и ее пресечения посредством электрических схем путем преимущественно механического процесса разъединения обычно применяются датчики на основе плавящегося припоя (смотри, например, DE 102007051854).To detect an increase in the temperature of the arrester and its suppression by means of electrical circuits by means of a predominantly mechanical disconnection process, sensors based on melting solder are usually used (see, for example, DE 102007051854).

Недостатком в данном случае является то, что при отсоединении, в частности, в случае сильных остаточных сеточных токов на переключающем элементе образуется электрическая дуга, которая способна наносить дополнительный урон и которую сложно контролировать. В результате, это может препятствовать желательному в действительности немедленному отсоединению нагретого разрядника от сети.The disadvantage in this case is that when disconnecting, in particular, in the case of strong residual grid currents, an electric arc forms on the switching element, which is capable of causing additional damage and which is difficult to control. As a result, this may prevent the desired, in effect, immediate disconnection of the heated arrester from the network.

В случае переменных токов эта электрическая дуга обычно не создает серьезных затруднений, поскольку электрическая дуга по существу автоматически гасится в течение полупериода переменного тока, в частности, когда ток равен "нулю", иными словами, в момент перехода переменного тока через нулевое значение.In the case of alternating currents, this electric arc usually does not create serious difficulties, since the electric arc is essentially automatically extinguished during the half-cycle of the alternating current, in particular when the current is “zero”, in other words, at the moment the alternating current passes through the zero value.

В отличие от этого, такой переход через нулевое значение не происходит в случае постоянного тока.In contrast, such a transition through a zero value does not occur in the case of direct current.

Соответственно, в известных разрядниках невозможно автоматическое гашение электрических дуг постоянного тока.Accordingly, in the known arresters, it is impossible to automatically extinguish DC electric arcs.

Это создает особое затруднение при очень высоких напряжениях постоянного тока, например, в фотоэлектрической энергетике (смотри также DE 102007015933).This creates a particular difficulty at very high DC voltages, for example, in photovoltaic (see also DE 102007015933).

Фотоэлектрические элементы в целом создают сложную задачу, поскольку их обычно устанавливают в открытом положении на крыше. При этом их следует особо защищать от разрядов молний. Кроме того, инверторы, используемые в этих установках, подвержены воздействию связанных выбросов.Photovoltaic cells in general pose a challenge because they are usually installed in an open position on the roof. At the same time, they should be especially protected from lightning discharges. In addition, the inverters used in these plants are subject to emissions.

Следует также упомянуть, что устройства защиты от перенапряжений упомянутого выше встроенного механического типа значительно удорожаются с увеличением возможностей переключений в электроэнергетической системе.It should also be mentioned that surge protection devices of the aforementioned built-in mechanical type are significantly more expensive with the possibility of switching in an electric power system.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства защиты от перенапряжений, в котором преодолен один или несколько недостатков известного уровня техники.The present invention is based on the task of creating a surge protection device, which overcomes one or more of the disadvantages of the prior art.

Решение этой задачи обеспечивается за счет устройства защиты от перенапряжений по п.1. Дополнительные выгодные варианты осуществления охарактеризованы в зависимых пунктах и раскрыты в следующем далее описании.The solution to this problem is provided due to the surge protection device according to claim 1. Further advantageous embodiments are described in the dependent claims and are disclosed in the following description.

Далее изобретение будет подробнее пояснено со ссылкой на фиг.1.The invention will now be explained in more detail with reference to FIG.

На фиг.1 схематически проиллюстрирован один из примеров устройства согласно изобретению.Figure 1 schematically illustrates one example of a device according to the invention.

В одном из вариантов осуществления изобретения устройство 5 защиты от перенапряжений содержит разрядник 1, который должен блокировать бросок тока или ток перегрузки, например, путем заземления, иными словами, должен обеспечивать выравнивание различных потенциалов и блокировать ток перегрузки в процессе эксплуатации. Разрядник 1 имеет датчик 2, который генерирует электрический сигнал 4 разъединения. Внешнее по отношению к разряднику 1 переключающее устройство 3 принимает электрический сигнал 4 разъединения и затем отсоединяет разрядник 1 от электрической цепи, при этом переключающее устройство 3 и разрядник 1 разнесены в пространстве.In one embodiment of the invention, the overvoltage protection device 5 comprises a surge arrester 1, which must block the inrush current or the overload current, for example, by grounding, in other words, must ensure equalization of various potentials and block the overload current during operation. The spark gap 1 has a sensor 2, which generates an electrical disconnect signal 4. External to the spark gap 1, the switching device 3 receives the electrical disconnect signal 4 and then disconnects the spark gap 1 from the electric circuit, while the switching device 3 and the spark gap 1 are spaced apart.

Датчик 2 может быть реализован, например, посредством мостиковой схемы, в частности мостика Уитстона, датчика температуры, датчика давления, вспомогательного теплового контакта отсоединения или их сочетания.The sensor 2 can be implemented, for example, by means of a bridge circuit, in particular a Wheatstone bridge, a temperature sensor, a pressure sensor, auxiliary thermal disconnect contact, or a combination thereof.

В одном из дополнительных вариантов осуществления изобретения датчик 2 представляет собой мостиковую схему, которая, например, управляет компаратором, пороговым выключателем, усилительным переключателем и т.п.In one of the additional embodiments of the invention, the sensor 2 is a bridge circuit, which, for example, controls a comparator, threshold switch, amplifier switch, etc.

Датчик 2 может представлять собой, например, измерительный мост сопротивлений.The sensor 2 may be, for example, a measuring bridge of resistances.

В данном случае особо целесообразно снабдить датчик 2 по меньшей мере одним регулируемым терморезистором (РТС, NTC). Предпочтительные конструкции включают, например, мостики Уитстона.In this case, it is especially advisable to provide the sensor 2 with at least one adjustable thermistor (RTS, NTC). Preferred designs include, for example, Wheatstone bridges.

Датчик 2 преимущественно должен быть сконструирован таким образом, чтобы он мог питаться от внешнего источника питания и переключение осуществлялось независимо от подсоединенной части сети. Этот источник питания также может быть выполнен в виде аккумуляторной батареи.The sensor 2 should preferably be designed so that it can be powered by an external power source and switching is carried out independently of the connected part of the network. This power source can also be made in the form of a battery.

Переключающее устройство 3 может быть реализовано посредством, например, механического или полупроводникового выключателя нагрузки постоянного тока или выключателя постоянного тока.The switching device 3 can be implemented by, for example, a mechanical or semiconductor dc load switch or dc switch.

В одном из дополнительных вариантов осуществления с целью разъединения или оценки другим устройствам передается электрический сигнал 4 разъединения. Этот сигнал 4 может использоваться как для оповещения, так и отсоединения более крупных установок. Кроме того, сигнал 4 может использоваться для раннего предупреждения, дистанционного предупреждения, приведения в действие переключающего устройства 3 и приведения в действие размыкающего переключателя 3 в случае постоянного тока, в частности, в фотоэлектрических установках.In one of the additional embodiments, for the purpose of disconnecting or evaluating other devices, an electrical disconnection signal 4 is transmitted. This signal 4 can be used both for alerting and disconnecting larger installations. In addition, signal 4 can be used for early warning, remote warning, actuation of the switching device 3 and actuation of the trip switch 3 in the case of direct current, in particular in photovoltaic installations.

Разрядник 1 может быть реализован, например, посредством варистора, искрового разрядника, полупроводника или их сочетания и, например, может представлять собой разрядник тока молнии типа 1.Arrester 1 can be realized, for example, by means of a varistor, spark arrester, semiconductor, or a combination thereof, and, for example, can be a type 1 lightning current arrester.

В предложенном устройстве защиты 5 от перенапряжений согласно изобретению процесс переключения инициируется чисто электрически, за счет чего преодолеваются недостатки известного уровня техники, в частности, что касается стабильности точек контакта в случае механического разъединения или стоимости или способности гашения дуги постоянного тока.In the proposed surge protection device 5 according to the invention, the switching process is initiated purely electrically, thereby overcoming the disadvantages of the prior art, in particular with regard to the stability of the contact points in the case of mechanical disconnection or the cost or ability to extinguish a DC arc.

Устройство 5 защиты от перенапряжений преимущественно рассчитано на существующие переключающие элементы 3.The surge protection device 5 is mainly designed for existing switching elements 3.

Само собой разумеется, что разрядник 1 способен защищать не только переключающее устройство 3, но также более сложную установку.It goes without saying that the arrester 1 is able to protect not only the switching device 3, but also a more complex installation.

Кроме того, выход датчика существующего разрядника 1, в частности предусмотренный вспомогательный контакт разрядника, может использоваться в качестве электромеханического средства переключения электрического сигнала 4 переключающего устройства 3.In addition, the sensor output of the existing arrester 1, in particular the auxiliary contact of the arrester provided, can be used as an electromechanical means for switching the electrical signal 4 of the switching device 3.

В этом случае может использоваться электромеханическое средство 2 переключения, которое, например, генерирует электрический сигнал 4 на основании механического процесса отсоединения, и этот сигнал используется для отсоединения.In this case, an electromechanical switching means 2 can be used, which, for example, generates an electrical signal 4 based on a mechanical disconnection process, and this signal is used for disconnecting.

Разрядник 1 преимущественно оснащен датчиком оповещения. Этот датчик 2 оповещения преобразует механический сигнал переключения в электрический сигнал 4. В результате, может обеспечиваться экономически эффективное переоснащение установок напряжения постоянного тока, в которых существующее переключающее устройство 3 приводится в действие электрическим сигналом 4 посредством существующего разрядника 1, но при этом по-прежнему осуществляется гашение. В данном случае может быть предусмотрен возврат к существующему вспомогательному контакту разрядника 1 и/или к модернизированному датчику 2.Arrester 1 is preferably equipped with a warning sensor. This warning sensor 2 converts the mechanical switching signal into an electrical signal 4. As a result, a cost-effective retooling of the DC voltage installations in which the existing switching device 3 is driven by the electric signal 4 by means of the existing arrester 1, but still carried out, can be ensured. cancellation. In this case, a return to the existing auxiliary contact of the arrester 1 and / or to the upgraded sensor 2 can be provided.

Применение выключателя 3 нагрузки по постоянному току или выключателя постоянного тока, управляемого электрическим сигналом 4, позволяет создать экономически эффективное устройство 5, рассчитанное на экономически эффективное устройство 1 и выключатель 3 нагрузки по постоянному току или выключатель постоянного тока.The use of a direct current load switch 3 or a direct current switch controlled by an electric signal 4 makes it possible to create a cost-effective device 5 designed for cost-effective device 1 and a direct current load switch 3 or a direct current switch.

Датчик 2 и разрядник также могут быть легко объединены в одном устройстве.Sensor 2 and arrester can also be easily combined in one device.

Список позицийList of items

разрядникarrester 1one датчикsensor 22 переключающее устройствоswitching device 33 сигнал разъединенияdisconnect signal 4four устройство защиты от перенапряженийsurge protection device 55

Claims (8)

1. Устройство (5) защиты от перенапряжений, содержащее разрядник (1), который должен обеспечивать выравнивание различных потенциалов и блокировать ток перегрузки во время эксплуатации, отличающееся тем, что разрядник (1) имеет датчик (2), который генерирует электрический сигнал (4) разъединения, принимаемый переключающим устройством (3), которое отсоединяет разрядник (1) от электрической цепи, при этом переключающее устройство (3) и разрядник (1) разнесены в пространстве друг от друга, а датчик (2) содержит мостик Уитстона.1. An overvoltage protection device (5), comprising a spark gap (1), which must provide equalization of various potentials and block the overload current during operation, characterized in that the spark gap (1) has a sensor (2) that generates an electrical signal (4) ) disconnection received by the switching device (3), which disconnects the arrester (1) from the electric circuit, while the switching device (3) and the arrester (1) are spaced apart from each other, and the sensor (2) contains a Wheatstone bridge. 2. Устройство защиты от перенапряжений по п. 1, отличающееся тем, что датчик (2) содержит электромеханическое средство переключения.2. An overvoltage protection device according to claim 1, characterized in that the sensor (2) comprises electromechanical switching means. 3. Устройство защиты от перенапряжений по п. 1, отличающееся тем, что датчик (2) содержит датчик температуры и/или датчик давления.3. The surge protection device according to claim 1, characterized in that the sensor (2) comprises a temperature sensor and / or a pressure sensor. 4. Устройство защиты от перенапряжений по п. 1, отличающееся тем, что датчик (2) содержит, по меньшей мере, один регулируемый терморезистор (РТС, NTC).4. The surge protection device according to claim 1, characterized in that the sensor (2) contains at least one adjustable thermistor (PTC, NTC). 5. Устройство защиты от перенапряжений по п. 1, отличающееся тем, что датчик (2) может питаться от внешнего источника питания.5. The surge protection device according to claim 1, characterized in that the sensor (2) can be powered by an external power source. 6. Устройство защиты от перенапряжений по п. 1, отличающееся тем, что переключающим устройством (3) является выключатель нагрузки постоянного тока или выключатель постоянного тока.6. The surge protection device according to claim 1, characterized in that the switching device (3) is a DC load switch or a DC switch. 7. Устройство защиты от перенапряжений по п. 1, отличающееся тем, с целью разъединения или оценки другим устройствам передается электрический сигнал (4) разъединения.7. The surge protection device according to claim 1, characterized in that, in order to disconnect or evaluate other devices, an electrical disconnect signal (4) is transmitted. 8. Устройство защиты от перенапряжений по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что разрядник (1) содержит варистор, и/или искровой разрядник, и/или полупроводник. 8. An overvoltage protection device according to one of the preceding claims, characterized in that the arrester (1) comprises a varistor and / or a spark arrester and / or a semiconductor.