![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Защитные элементы
Для ограничения перенапряжений используются защитные разрядные промежутки, варисторы и лавинные диоды. Соответственно физические принципы действия этих устройств различны. Поэтому такие характеристики защитных элементов, как напряжение и время срабатывания, уровень ограничения, степень точности ограничения напряжения, допустимая токовая нагрузка, остаточное сопротивление, гасящие свойства и другие, сильно различаются. Разрядники конструктивно изготовляются в виде воздушных, газонаполненных устройств или элементов со скользящим разрядом. На практике они выполняют функции грубой защиты. Газонаполненный разрядник представляет собой два электрода с фиксированным расстоянием между ними, помещенными в герметичный керамический или стеклянный корпус, заполненный инертным газом. Защищаемую систему такой разрядник нагружает слабо, так как сопротивление изоляции между электродами составляет более 1010 Ом, а емкость - менее 10 пФ. Если воздействующее напряжение превышает напряжение пробоя Напряжение пробоя UZ газонаполненного разрядника зависит от изменения воздействующего напряжения du/dt (рис. 4.18). При du/dt = 100 В/с определяется статическое UZs, а при du/dt = 1 кВ/мкс - динамическое напряжение UZd пробоя разрядника (600-700 В). Типичное изменение напряжения на разряднике во времени приведено на рис. 4.17. При очень коротких импульсаax напряжения (менее 30 нс) газонаполненный разрядник нe срабатывает. Газонаполненные разрядники надежно пропускают стандартные токи (8/20 мкс) амплитудой до нескольких десятков килоампер, однако они способны самостоятельно гасить токи, не превышающие 1 А. Поэтому их применение в цепях электроснабжения требует последовательного включения защитного устройства, способного отключить возможный сопровождающий ток. Рис. 4.17. Вольт-амперная характеристика газонаполненного разрядника с ориентировочными значениями напряжений тлеющего (uG) и дугового (UВ) разрядов: UZ - напряжение зажигания (см. рис. 4.18); 1 - область начальных и тлеющих разрядов; 2 - область дуговых разрядов
Воздушные защитные промежутки образуются электродами, находящимися в окружающем воздухе. Их разрядные и рабочие характеристики близки к характеристикам газонаполненных разрядников. Так как они не способны обрывать сопровождающие токи, то их применение в качестве ограничительных элементов в цепях электроснабжения возможно лишь в комбинации с предохранителями или варисторами, выполняющими функции дугогашения. Находят также применение и закрытые воздушные (так называемые разделительные) промежутки в местах сближения грозозащитных устройств с другими заземленными частями устройства или металлическими конструкциями, которые по условиям коррозионной стойкости не должны быть гальванически долго соединены друг с другом. При грозовых воздействиях защитные промежутки устанавливаются там, где должны происходить пробои, тем самым устраняются неконтролируемые перекрытия и гарантируется выравнивание потенциалов в течение грозового разряда частей устройства, отделенных друг от друга в нормальном режиме. Разрядники со скользящим разрядом содержат между электродами изоляционный материал. Вольт-секундные характеристики таких разрядников более пологие, чем газонаполненных (рис. 4.18). Поэтому независимо от крутизны импульс перенапряжения ограничивается до значения 2-3 кВ. Такие разрядники способны самостоятельно обрывать сопровождающие токи, и поэтому они более подходят для грубой защиты в цепях электропитания. Рис. 4.20. Типичные вольт-амперные характеристики варисторов в линейных (а) и логарифмических (б) координатах: I - область токов утечек; II - область импульсных токов; III - диапазон рабочих напряжений; IV - область перенапряжений Варисторы (Variable Resistors) представляют собой элементы с симметричной вольт-амперной характеристикой (рис. 4.20). При I > 0 она выражается в виде
где K - постоянная, зависящая от размеров резистора; Для применяемых в настоящее время металлооксидных варисторов на базе оксида цинка значение Эффект ограничения напряжения основан на том, что при превышении рабочего напряжения, рассчитанного по (4.23), сопротивление
уменьшается на много порядков (рис. 4.20, б). Защитный уровень варисторов в зависимости от их исполнения может лежать как в диапазоне низких, так и высоких напряжений, причем они способны поглотить значительную энергию. Их время срабатывания сравнительно мало и составляет десятки наносекунд. Оно определяется индуктивностью токопроводов. Собственная емкость варисторов велика (0, 4-40 нФ), и поэтому их применение для ограничения перенапряжений в высокочастотных системах исключено. Конструктивно варисторы выполняются в виде шайб, блоков, также втулок для разъемных соединений. На практике варисторы используют преимущественно для грубой защиты. При часто повторяющихся перенапряжениях варистор нагревается и сопровождающий ток возрастает. Этот эффект можно использовать для контроля функциональных способностей варистора. Кремниевые лавинные диоды обладают свойством не повреждаться при воздействии напряжения, превышающего граничные, при котором они находятся в закрытом состоянии. Их разновидность - так называемые Z-диоды (стабилитроны) (напряжением UZ - 3 ÷ 200 В (рис. 4.21) давно используются в электронных схемах для стабилизации напряжения и защиты от перенапряжений. Разработаны и специальные лавинные диоды, предназначенные для ограничения переходных перенапряжений, отличающиеся от обычных Z-диодов более высокой пропускной способностью по току, малым временем запаздывания (пикосекунды), большой поглощаемой энергией. Такие диоды выпускаются под названием ограничителей перенапряжений, супрессдиодов (ограничительных стабилитронов) трансвильдиодов или ТА Z-диодов (ТА Z - от Transient Absorbing Zener). На рис. 4.22 приведена характеристика ограничительной стабилитрона. Она аналогична характеристике Z- диода. Напряжение UR - максимальное напряжение, при котором диод еще закрыт; UB - напряжение начала ограничения, при котором ток I = 1 мА; UС - напряжение ограничения для импульса тока Iрр (8/20 мкс). Достигаемые уровни ограничения напряжения лежат в диапазоне 6-440 В.
|