Искровые и трубчатые разрядники

Искровые разрядники

Искровой разрядник (защитный промежуток) является простей­шей конструкцией разрядника, в которой воздушный промежуток создается между двумя электродами, выполненными в виде стерж­ней, рогов, колец, сферических колец. Наибольшее распростране­ние среди искровых разрядников получили стержневые и роговые разрядники (рис. 2.8). Один из электродов разрядника присоединя­ется к защищаемой изоляции линии или вывода аппарата, а дру­гой — заземляется. Величина воздушного промежутка S, напри­мер, у рогового разрядника (рис. 2.8, б) составляет при номиналь­ном напряжении 10 кВ порядка 50 мм, а при напряжении 35 кВ — 200 мм.

Эти разрядники отличаются крутыми вольт-секундными харак­теристиками, что является их большим недостатком. Они обладают резко неоднородным полем, которому свойственно значительное возрастание разрядного напряжения при малых временах воздей­ствия разряда. Таким образом, не всегда удается осуществить коор­динацию вольт-секундных характеристик изоляции и воздушных промежутков во всем диапазоне времен, и изоляция при малых предразрядных временах оказывается незащищенной. Однако основным недостатком искровых разрядников является отсутствие устройства для гашения дуги сопровождающего тока. В связи с этим такие раз­рядники рекомендуется устанавливать только на тех участках, кото­рые оборудованы автоматикой повторного включения.

Несмотря на отмеченные недостатки, защитные промежутки в силу своей простоты и дешевизны находят широкое применение в схемах защиты от перенапряжений. Распространению таких раз­рядников способствует наличие и развитие электрических сетей, обеспечивающих взаимное резервирование, развитие и совершен­ствование системной автоматики и проведение мероприятий по ограничению перенапряжений.

Для уменьшения числа срабатываний и отключений целесооб­разно выбирать расстояние для защитных промежутков как наи­более допустимое по условиям защиты изоляции.

В установках до 35 кВ защитные промежутки невелики и могут перекрываться птицами, садящимися на электроды. Для предот­вращения таких перекрытий целесообразно создавать дополнитель­ные искровые промежутки, устанавливаемые последовательно с ос­новными. Электродам защитных промежутков для установок и линий напряжением 3—10 кВ и выше придается форма рогов (см. рис. 2.8), в таких промежутках образующаяся электрическая дуга под действием электродинамических сил и потоков воздуха пере­мещается вверх по электродам, растягивается и гаснет. Самогаше­ние дуги протекает успешно, если величина однофазного тока за­мыкания на землю не превышает 300 А.

Промежутки стержень-стержень могут применяться в качестве координирующих промежутков для ограничения максимального значения набегающей на подстанцию волны и тока через вентиль­ные разрядники и ограничители перенапряжений при грозовых перенапряжениях. Пробивное напряжение такого промежутка вы­бирается ниже разрядного напряжения линейной изоляции. Вмес­те с тем координирующий промежуток не должен пробиваться при воздействии внутренних перенапряжений.

Трубчатые разрядники

Трубчатые разрядники (РТ), как отмечалось ранее, отличают­ся от защитных искровых промежутков, прежде всего тем, что они самостоятельно гасят дугу сопровождающего тока в течение ко­роткого времени, которое меньше, чем время срабатывания ре­лейной защиты. Благодаря этому линии при работе РТ не отклю­чаются. Основу разрядника составляет полая изоляционная труб­ка 1(рис. 2.9, а), внутри которой размещены электроды 2 и 3, образующие внутренний искровой промежуток SB. Внутренние стенки изготовлены из твердого газогенерирующего вещества, которое под действием высокой температуры дуги выделяет боль­шое количество газов. В качестве такого материала применяются фибра, винипласт, органическое стекло.

Электрод 3 (рис. 2.9, б), выполненный в виде стальной обоймы, размещается у выхлопного открытого конца трубки, а электрод 2, выполненный в виде стерж­ня, укрепляется на резьбе, поэтому внутренний разрядный проме­жуток легко регулируется. Стальная камера 4 образует на закры­том конце трубки свободный объем. Между верхним электродом 2 разрядника и токоведущей частью 5 защищаемого участка ли­нии устанавливается внешний (наружный) искровой промежуток SH, служащий в нормальных условиях работы для отделения раз­рядника от рабочего (номинального) напряжения токоведущей ча­сти 5. Наличие этого промежутка устраняет возможность появле­ния токов утечки по поверхности разрядника, которые с течением времени могли бы ухудшить состояние поверхности и вызвать по ней перекрытие трубки.

Работа разрядника состоит в следующем. После пробоя внеш­него разделительного промежутка SH импульсной волной перена­пряжения пробивается внутренний промежуток 5В и опасная вол­на перенапряжений отводится в землю, а под действием дуги со­провождающего тока внутри трубки в промежутке 5В происходит интенсивное газообразование. Давление газов в трубке резко воз­растает до нескольких десятков и сотен атмосфер (50—150 атм). Газы, устремляясь к открытому концу, создают интенсивное про­дольное дутье, обеспечивающее гашение дуги сопровождающего тока при его первом прохождении через нуль. Наличие объема по­могает гашению дуги, так как во время работы разрядника воздух в этом объеме сжимается под действием давления газов в трубке, а при приближении тока к нулевому значению, когда генерация газа уменьшается, и давление его в промежутке SB стремится понизить­ся, сжатый в свободном объеме воздух поддерживает необходимое давление, создавая дополнительное дутье газов.

Выход газов из трубки сопровождается сильным звуком и вы­хлопом раскаленных газов. Для избежания дугового перекрытия с разрядника на землю или токоведущую часть другой фазы необхо­димо обеспечить около разрядника свободную зону. Примерный вид зоны выхлопа газов изображен на рис. 2.9, б, а размеры ее для некоторых типов разрядников приведены в табл. 2.2.После погасания дуги разрядник в состоянии справиться со сле­дующим разрядом и гашением дуги, так как трубчатые разрядни­ки рассчитываются на многократную работу, допуская до трех-четырех срабатываний подряд.

Таблица 2.2

Зоны выхлопа газов трубчатых разрядников

		Зоны выхлопа, м				Зоны выхлопа, м
Тип разрядника	напряжение разрядника Кв			Тип разрядника	Напряжение разрядника Кв
		A	B
						A	B
РТ-ПО	110	3	3	РТВ-110	110	3,5	3,5
РТ-35	35	2,5	1,5	РТВ-35	35	2,8	1,8
РТ-6-10	6—10	1,5	1,0	РТВ-6-10	6—10	2,5	1,3

Вольт-секундная характеристика разрядника зависит от суммар­ной длины обоих промежутков. Величина внешнего искрового про­межутка определяется атмосферными условиями, а внутреннего — дугогасительной способностью трубки. Уменьшение внутреннего промежутка приводит к отказу срабатывания разрядника при га­шении дуги сопровождающего тока, а уменьшение внешнего про­межутка — к частым перекрытиям его и повреждению трубки. Минимальные значения внешних разрядных промежутков для раз­рядников 3—110 кВ приведены в табл. 2.3.

Минимальные значения внешних разрядных промежутков трубчатых

разрядников

Номинальное напряжение 3 установки, кВ	6	10	35	110
Величина внешнего 10 промежутка, мм	10	15	60	250

Для успешного гашения дуги сопровождающего тока в трубке разрядника необходимо обеспечить определенное давление газов, интенсивное газообразование, которое в свою очередь зависит от величины протекающего тока. Поэтому для каждого типа разряд­ника устанавливается определенный, нижний предел отключае­мого тока, при котором дуги за время не более чем один-два полупериода, а также верхний пре­дел отключаемого тока, лимитируемый механической прочнос­тью трубки.

При создании разрядников стремятся получить единую конст­рукцию, способную обрывать как малые, так и большие токи в боль­шом диапазоне их изменения. Чем шире пределы отключаемых раз­рядником токов, тем он удобнее для защиты и экономичнее в эксп­луатации.

Отечественная промышленность производит трубчатые разряд­ники на напряжение 3—220 кВ в основном с винипластовыми труб­ками (типы РТВ и РТВУ) и частично с фибробакелитовыми труб­ками (тип РТФ).

В фибробакелитовом разряднике (рис. 2.10, а) в качестве газогенерирующего вещества применяется фибра. Для повышения меха­нической прочности фибровая трубка обматывается сверху бакелизированной бумагой и покрывается влагостойким лаком. Осо­бенностью таких разрядников является наличие камеры у закрытого конца трубки. При прохождении тока через нулевое значение дав­ление в зоне искрового промежутка падает, и газы, которые нако­пились в камере, устремляются к выхлопному отверстию, усиливая продольное дутье и способствуя гашению дуги. Так как в конст­рукции этого разрядника отсутствует свободное пространство, то возможность газового дутья используется менее эффективно. Опы­ты, проведенные в лабораториях МЭИ, показали, что наличие ре­зервуара с большим объемом газов (400—500 см3), расположенно­го у закрытого конца трубки, приводит к резкому снижению ско­рости нарастания электрической прочности трубки после разрыва ею тока.

Фибробакелитовые трубки разрядников из-за малой влагостой­кости бакелита могут приводить к поверхностным и межслоевым перекрытиям трубок. Чтобы этого избежать, ежегодно после гро­зового сезона следует демонтировать разрядники и тщательно по­крывать их поверхность слоем лака, а перед его наступлением ус­танавливать вновь.

Разрядники с винипластовыми трубками напряжением 3—220 кВ конструктивно решены одинаково, отличаясь только габаритами (см. рис. 2.10, б). Трубка разрядника с обеих сторон заключена в стальные обоймы, насаженные на нее обжимом, и имеет один от­крытый конец. Внутри трубки расположен стержневой электрод, ввернутый на резьбе в обойму с закрытого конца. Свободный объем создается в разряднике пространством, заключенным между внут­ренними стенками трубки и стержневым электродом. Каждому типу разрядника соответствует оптимальный объем, повышаю­щий эффективность гашения дуги. Такие разрядники обладают лучшими изоляционными и газогенерирующими свойствами, име­ют более простую конструкцию по сравнению с разрядниками типа РТФ. Винипласт негигроскопичен и сохраняет свои свойства при работе на открытом воздухе, поэтому разрядники типа РТВ не лакируются. Благодаря высокой механической прочности ви­нипласта по отношению к ударным нагрузкам эти разрядники имеют высокий верхний предел отключаемых токов (до 15 кА). Для повышения этого предела до 30 кА и увеличения механической прочности на тонкостенную винипластовую трубку наносится мно­гослойная обмотка из стеклоткани, пропитанная атмосферостойкой эпоксидной смолой (разрядники типа РТВУ — винипластовые усиленные). Разрядник этого типа на напряжение 220 кВ состоит из двух трубчатых разрядников РТВУ-110, которые соединяются между собой стальной обоймой с двумя выхлопными патрубками (см. рис. 2.10, в).

В маркировке трубчатых разрядников указываются номиналь­ное напряжение и пределы отключаемых токов. Например, марка РТВ 110/2-10 означает, что разрядник трубчатый винипластовый на напряжение 110 кВ с пределами действующих отключаемых то­ков 2—10 кА.

Основные недостатки трубчатых разрядников — нестабиль­ные характеристики, наличие зоны выхлопа и крутая вольт-се­кундная характеристика, что исключает возможность их исполь­зования в качестве основного аппарата для защиты подстанционного оборудования. Благодаря своей простоте и дешевизне, они широко применяются в качестве дополнительного средства защиты подстанций, а также для защиты отдельных участков линий.