|
| |
|
Слаботочка Книги  Рис. 1.9; I Упрощенная схема действия элект-у родинамических сил в поврежденном полу--2 проводниковом приборе туры В малой зоне полупроводниковой структуры СПП. Это приводит к расплавлению кремния и прилегающих к нему зон контактных серебряных прокладок и термокомпенсаторов. В результате испарения расплавленных металлов развивается короткая электрическая дуга с напряжением около 100 В. При соприкосновении дуги с манжетой корпуса СПП манжета расплавляется, что может привести к разгерметизации прибора. На рис. 1.9 штриховой линией обозначен путь прохождения сверхтока fe, создающего электродинамические силы Fi и F2, действующие в конструкции поврежденного прибора: токоподводах /, 7, основании 2, вентильном элементе с серебряной прокладкой и вольфрамовым термокомпенсатором 5. Под действием силы F\ электрическая дуга перемещается на периферию вентильного элемента, выбрасывая капли расплава металлов на корпус 4. Затем плазма дуги вытягивается силой Р.2 в направлении тонкой катодной манжеты 5 и прожигает ее. В тиристорах типов Т630, Т800, ТЮОО вблизи полупроводниковой структуры располагается фторопластовое кольцо, которое под действием дуги разлагается с выделением газов 8, что существенно повышает действующее в закрытом объеме давление. Разгерметизация корпуса тиристора под влиянием этого давления приводит к тому, что плазма с большой скоростью выбрасывается в окружающее пространство и ионизирует его. Если высота выступа анодной манжеты 6, центрирующей вентильный элемент, равна или больше толщины нижнего термокомпенсатора, то анодная манжета прогорает. Площадь прогаров манжеты может быть 2-20 мм; при этом пространство может ионизироваться на расстоянии до 1,5 м от тиристора. В [1.10] сформулированы требования к конструкции СПП, которая должна выдерживать импульс сверхтока треугольной формы с амплитудой 35 кА при интеграле Джоуля свыше 2,3-10 А-с для В2-320 и 35 кА при интеграле Джоуля свыше 3,5-10 А-с для В500 и Т500. Для исключения повреждения корпуса предложено размещать внутри тиристора небольшие (4-15 г) защитные кольца из металла с большими удельной теплоемкостью и удельной теплотой плавления, в частности из алюминия, которые будут поглощать энергию дуги. Взрывы тиристоров, обусловленные низкой термодинамической стойкостью корпуса или недостаточно высоким качеством защитных аппаратов, могут привести к тяжелым последствиям - разрушению конструкции вентильных секций преобразователя, дорогостоящему ремонту, нарушению сложных технологических процессов и т. д. Необходимость локализации последствий от взрыва тиристоров в ряде случаев приводит к существенным усложнениям в конструкции преобразователей. В модернизированной серии тиристорных преобразователей ТП и ТПР для исключения возникновения дуги между токоведущими частями, находящимися под разными потенциалами, между фазами и металлическим каркасом силовых шкафов установлены изоляционные перегородки. Иногда и это не дает требуемого эффекта, в связи с чем токоведущие элементы необходимо удалять от металли ческого каркаса на большие расстояния и обеспечивать их достаточную термодинамическую стойкость. 1.5. Общие требования к аппаратам токовой защиты и их классификация В самом общем случае аппараты токовой защиты силовых полупроводниковых устройств должны удовлетворять трем главным требованиям: быстродействия, селективности и надежности. Быстродействие и высокая чувствительность защиты позволяют обнаружить аварийный режим на ранней стадии возникновения, ограничить до минимума аварийный ток и вызванные им тепловое, электродинамическое и другие виды воздействий. Тем самым обеспечивается целостность полупроводникового устройства и сводятся к минимуму последствия аварий в нагрузке - дорогостоящие простои оборудования, нарушение технологического цикла и т. п. Селективность предполагает отключение при аварии только поврежденного участка полупроводникового устройства без нарушения его работы в целом. Следствием нарушения этого требования может быть ложное отключение полупроводникового устройства от питающей сети или от нагрузки, приводящее к повреждению отдельных элементов и нагрузки. Под надежностью защиты следует понимать безотказное обеспечение быстродействия и селективности в аварийном режиме при поддержании непрерывности электроснабжения в течение длительного времени с соблюдением безопасности обслуживания. Быстродействие и селективность защиты являются требованиями противоположного характера, и во многих случаях достижение одного из них идет в ущерб другому. В конкретных условиях при выборе рационального технического решения приходится находить компромиссное решение. При выборе типа защиты целесообразно учитывать степень важности защищаемого объекта. Более совершенная и дорогостоящая защита оправдывает себя при мощных преобразовательных установках, не допускающих даже кратковременного перерыва электропитания. Указанные требования обеспечиваются соответствующим выбором защитных характеристик. К основным защитным характеристикам относятся: джоулев интеграл, представляющий собой интеграл квадрата тока, прошедшего через аппарат защиты при отключении аварии, и характеризующий ее совокупное тепловое воздействие; время срабатывания (собственное время) аппарата - время от момента подачи команды на срабатывание до начала токоограничивающего воздействия; пропускаемый ток - максимальное мгновенное значение тока, проходящего через аппарат при отключении аварии; предельная коммутационная способность аппарата - наибольшее значение установившегося тока короткого замыкания, который возник бы в цепи при отсутствии аппарата защиты. Более подробно эти и некоторые другие параметры рассматриваются ниже применительно к конкретным аппаратам защиты. При классификации аппаратов защиты можно выделить вентильные аппараты, служащие для индивидуальной защиты отдельных полупроводниковых вентилей, и фидерные, предназначенные для защиты групп вентилей или силового полупроводникового устройства в целом. При- 0 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 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |