Вибір RC-ланцюжка, захисного діода, діода-стабілітрона, діода-резистора

Зміст

1. Загальна частина

Комутація обмоток реле в ланцюгах постійного струму релейного захисту і автоматики зазвичай супроводжується значними перенапругами, які можуть становити небезпеку для напівпровідникових приладів, що використовуються в цих ланцюгах. Для захисту транзисторів, що працюють в режимі перемикання, стали застосовуватися захисні ланцюжки (рис.1), які приєднуються паралельно обмотці реле, що комутується (рис.2 - тут обмотка комутованого реле представлена схемою заміщення - індуктивністю L, активною складовою опору R і результуючою міжвіткістю ) і знижують перенапруги, що виникають між затискачами обмотки 1 та 2.

Рис.1 — Захисні ланцюжки, що застосовуються для зниження комутаційних перенапруг

Рис.2 - Захист транзистора VT за допомогою захисного ланцюжка

Проте в даний час визначення параметрів захисних ланцюжків та оцінки їх впливу на роботу пристроїв релейного захисту не видаляється достатньої уваги. Крім того, при розробці та проектуванні пристроїв релейного захисту із застосуванням напівпровідникових діодів, що піддаються впливу комутаційних перенапруг, захист діодів у багатьох випадках не передбачається.

Це призводить до досить частого виходу діодів з ладу та відмови або неправильної дії пристрою. Прикладом ланцюгів, де діод можуть впливати перенапруги, служить схема, зображена на рис.3. Тут розділяючий діод VD виявляється під впливом комутаційного перенапруги і може бути пошкоджений при розмиканні контактів KI і замкнутому положенні контактів K2.ланцюжок. Для захисту діодів можуть бути використані самі захисні засоби, які застосовується для захисту транзисторів (рис.1).

Рис.3 — Ланцюги, в яких роздільний діод VD може піддаватися дії комутаційних перенапруг

2. Визначення параметрів захисних ланцюжків

Значення параметрів захисних ланцюжків визначаються на підставі умови зниження впливу перенапруг на напівпровідниковий прилад, що захищається, до допустимого рівня. Це досягається шляхом створення додаткового контуру струму, що проходить в обмотці реле.

Комутаційна перенапруга Uп, що впливає напівпровідниковий прилад при перехідному процесі, визначається як [Л1]:

Е – напруга джерела живлення оперативного струму;
Uс – комутаційна перенапруга на обмотці реле.

Перенапруга Uп має відповідати умові [Л2]:

Uп

Рис.4 а) - Залежність Uм = f(Rp) для реле: РП-23/220 (крива 1), РП-252/220 (крива 2), реле серій ЕВ100 (без іскрогасного контуру, (крива 3)

Рис.4 б) - Залежність Uм = f (Rp) для реле РУ21/220

Рис.4 в) - Залежність Uм = f(Rp) для реле: РПУ-2/220 (крива 1), РП222-У4/220 (крива 2), РП255/220 (крива 3), РП251/220 (крива 4 )

2.3 Захисний діод

При використанні захисного діода Uс=0 і напруга на напівпровідниковому приладі, що захищається згідно з (1) Uп=Е.

2.4 Вибір захисного RC – ланцюжка

Значення опору R (опір резистора RC-ланцюжка) визначається умови обмеження струмового навантаження на комутуючі контакти від струму заряду ємності Сз (ємність конденсатора RC-ланцюжка) допустимим навантаженням, тобто.

Iоз = Е / Rз

Рис.5 а) - ЗалежністьUм=f(Сз) для реле: РП-252/220 (крива 1), РУ21/220 (крива 2)

Рис.5 б) - Залежність Uм = f(Сз) для реле: РП-251/220 (крива 1), РП222-У4/220 (крива 2), РПУ-2/220 (крива 3)

Рис.5 в) - Залежність Uм = f(Сз) для реле: РП-23/220 (крива 1), реле серій ЕВ100 (без іскрогасного контуру, (крива 2), РП-255/220 (крива 3)

2.5 Вибір діодів захисних ланцюжків

Вибір діодів захисних ланцюжків проводиться за максимально допустимою напругою діодів, виходячи з умови:

Рис.6 - Спосіб зниження комутаційних перенапруг шляхом збільшення часу перемикання транзистора за допомогою R2-C

Цей спосіб може знайти застосування в тих випадках, коли за характером роботи пристрою збільшення часу перемикання допустимо, а встановлення додаткових елементів (захисних ланцюжків) на ланцюгу навантаження транзистора небажана. Стосовно статичних реле, що знайшли застосування на практиці, зазначений спосіб, мабуть, буде найбільш прийнятним, оскільки для відбудови від перешкод у ряді випадків спеціально проводиться уповільнення їх дії.

6. Приклади вибору захисту діодів від комутаційних перенапруг

На рис.П-1а – П-5а зображені застосовувані практично схеми ланцюгів постійного струму релейного захисту з діодами, що розділяють. У деяких з цих схем діоди, що розділяють, можуть піддаватися впливу комутаційних перенапруг.

1. Рис.П-1а При замкнутому положенні контактів K1 та розмиканні контактів К2 відключається майже весь струм в обмотці реле К4. При цьому між затискачами обмотки реле К4 (в обмотці К4 продовжує протікати зворотний струм насичення діода VD, що становить одиниці мікроампер) виникає комутаційна перенапруга, а потенціал позитивного затискання обмотки стає набагатонижче за потенціал негативного полюса джерела живлення. Розділяючий діод VD виявляється під впливом зворотної напруги, що перевищує максимально допустиму напругу діода Д229Б.

Рис.П-1а - К3, К4 - обмотки реле, відповідно РП255/220, РП251/220; VD, VD1 - діоди D229Б; VD1,R - захисний ланцюжок

2. Мал.П-2а. Діоди VD1, VD2 піддаються впливу комутаційного перенапруги при замкнутому положенні контактів K1 і розмиканні контактів К2, так як при цьому відключається майже весь струм в обмотці реле К6, і потенціал її позитивного затиску виявляється набагато нижчою за потенціал негативного полюса.

Рис.П-2 - К3, К4, К5 - обмотки реле РП252-У4/220; К6 - обмотка реле РПУ-2/220; VD1-VD6 - діоди D229Б; VD5, R4 - іскрогасний контур; VD6, R5 - захисний ланцюжок

3. Рис.П-3а. При відключенні струму в обмотці реле К7 контактами К2, коли контакти К1 знаходяться в замкнутому положенні, перехідний процес відбувається аналогічно розглянутому вище. Комутаційна перенапруга впливають на діоди VD1, VD2.

Рис.П-3 - К3 - обмотка вказівного реле; К4, К5, К6 обмотки реле РП252-У4/220, К7 - обмотка реле РПУ-2/220; VD1-VD6 - діоди D229Б; R1, R2 - резистори відповідно, 3000 і 2000 Ом; VD5, R6 - іскрогасний контур; VD6, R7 - захисний ланцюжок; SX - накладка

4. Мал.П-4. У цій схемі діоди, що розділяють, не піддаються впливу комутаційних перенапруг.

Рис.П-4 - К3, К4 - обмотки вказівних реле; К5 - Послідовна обмотка проміжного реле; К6,К7 обмотки реле РП222-У4/220; VD1, VD2 - діоди D229Б; R - резистор 1000 Ом;

5. Мал.П-5а. Діодно-резисторні ланцюжки, що приєднуються паралельно до обмоток реле (див. також рис.П-2а, П-3а) і призначені длязменшення іскріння на контактах, якоюсь мірою обмежують комутаційне перенапруги на діодах, що розділяють. Використання в цих ланцюжках двох замість одного послідовно з'єднаних діодів з паралельно приєднаними до них резисторами (службовцями для рівномірного розподілу зворотної напруги по діодах) зроблено з тією метою, щоб не допускати пробою діодів цих ланцюжків від впливу перенапруг.

Однак можливість впливу комутаційного перенапруги на діоди-резисторних ланцюжків у схемі рис.П-5а (а також у схемах П-2а, П-3а) виключена (передбачається, що перенапруги не можуть також потрапити у схему рис.П-5а з боку джерела живлення). Тому всі ці порівняно складні ланцюжки доцільно замінити на ланцюжки діод-резистор (рис.П-2б, П-3б, П-5б). причому, при незначній ймовірності обриву ланцюга діодів, що розділяють, є можливість застосувати замість трьох один загальний ланцюжок діод-резистор, приєднавши його паралельно обмотці реле К8 (рис.П-5в).

Загальний захисний ланцюжок діод-резистор, поряд зі зниженням рівня комутаційних перенапруг, що впливають на діоди, що розділяють VD1-VD4, сприяють зменшенню іскріння на контактах.

Рис.П-5 - К4, К5 - обмотки реле РП223/220; К6, К7, К8 - обмотки реле РП23/220; VD1-VD14 - діоди D229Б; R1 - резистор 1000 Ом;

7. Вибір захисного ланцюжка

Рекомендовані в методичних вказівках для застосування захисного ланцюжка діод-резистор та RC-ланцюжок є рівноцінними з точки зору їх захисних властивостей (RC-ланцюжок менш ефективний, коли конденсатор попередньо не заряджений). Вибираємо ланцюжок діод-резистор як має менші габарити.

8. Вибір параметрів захисних ланцюжків

8.1 Вибір діодів

Діоди захисних ланцюжківвибираються на підставі умови:

Тут: Iк4, Iк5, Iк6, Iк7 - струми, що проходять відповідно в обмотках реле К4, К5, К6, К7.

220 - напруга джерела живлення (В);
9300, 9250 - опору постійному струму, відповідно, обмотки реле РП-23 та послідовно з'єднаної з додатковим резистором обмотки реле РП-223 (Ом).

Мінімальний струм спрацьовування реле К8 (РП-23):

Таким чином, величина струму, що проходить в обмотці реле К8 при розмиканні контактів К2, недостатня для спрацьовування реле (Якщо Iм > Iср.к8, то реле К8 спрацює при виконанні умови tб > tср, де:

tср - час, протягом якого Iм & gt; Іср.к8;
tб - час спрацьовування реле К8.

9 Список літератури:

Федоров Ю.К., Аналіз ефективності засобів захисту напівпровідникових приладів від комутаційних перенапруг у ланцюгах постійного струму релейного захисту та автоматики, «Електричні станції» №7, 1977 р.
Довідник за напівпровідниковими діодами, транзисторами та інтегральними схемами. За загальною ред. Н.М. Горюнова, 1972 р.
Федоров Ю.К., Перенапруги при бездуговому відключенні індуктивних ланцюгів постійного струму системах релейного захисту та автоматики, «Електричні станції», №2, 1973 р.
Алексєєв В.С., Варганов Г.П., Панфілов Б.І., Розенблюм Р.З., Реле захисту, вид. "Енергія", М., 1976 р.

Цей проект підтримується та розвивається виключно коштом від добровільних пожертвувань.

У цьому прикладі визначатиму несиметричні струми к.з. (двофазний та однофазний струм к.з.) на висновках.

Виконаємо перевірку для трансформатора струму типу ТОЛ-СЕЩ-10-01-0,5S/0,5/10P-5/10/15-200/5У2 на 10%-вупохибка.

У цьому прикладі буде розглянуто розрахунок диференціального захисту асинхронного двигуна на реле.

1. Загальна часть2. Методика визначення вторинного навантаження для основних вторинних обмоток.

1. Загальна часть2. Вихідні дані3. Струмова відсічка4. Захист від замикань на землю (земляний).

Надсилаючи повідомлення, Ви дозволяєте збирання та обробку персональних даних. Політика конфіденційності.