6.1. Краткие теоретические сведения

Вентильные разрядники являются разновидностью защитных аппаратов, которые имеют многократные искровые промежутки с неоднородным электрическим полем и нелинейным резистором для гашения дуги. Защитная функция у вентильного разрядника такая же, как и у простого искрового промежутка, но в связи с близостью его характеристик к характеристикам однородного электрического поля вольт-секундная характеристика разрядника более пологая, чем у трубчатого, и меньше статистический разброс пробивного напряжения. Отключение возникшего короткого замыкания производится с помощью нелинейного резистора, включенного последовательно с искровым промежутком; сопротивление этого резистора значительно при рабочем напряжении и резко снижается при увеличении напряжения.

Схема простейшего единичного промежутка вентильного разрядника приведена на рис. 8, а. Промежуток составлен двумя латунными электродами, разделенными миканитовой шайбой. Единичные промежутки включаются

последовательно друг с другом для улучшения гашения дуги, которая нестабильна в небольшом промежутке с холодными электродами.

Рис. 8. Схема единичного искрового промежутка с неподвижной дугой (а) и

вид вольт-секундной характеристики разрядника с многократным искровым

промежутком (б)

 

У многократного искрового промежутка происходит неравномерное

распределение напряжения на отдельных промежутках (аналогично гирлянде изоляторов), что приводит к снижению пробивного напряжения за 2–4 мкс

(рис. 8, б).

32

Защитная функция вентильного разрядника определяется следующими характеристиками:

номинальным напряжением;

наибольшим допустимым длительным напряжением на разряднике;

пробивным напряжением частотой 50 Гц (обычно действующее зна-

чение);

оставшимся напряжением на сопротивлении резистора при определенном импульсном токе (от 5 до 14 кА, в зависимости от типа разрядника), называемом током координации (рис. 9).

Рис. 9. Вольт-амперная характеристика резистора вентильного разрядника (а) и график напряжения на вентильном разряднике при его срабатывании (б)

 

Наибольшее напряжение промышленной частоты, при котором разрядник надежно отключает сопровождающий ток (ток гашения), называется напряжением гашения.

Одной из основных характеристик разрядника является его пропускная способность, т. е. минимальное количество нормированных импульсов тока, который разрядник должен выдержать без существенного изменения его свойств. Это количество обычно равно 20. Таким образом, и защитная функция, и отключение короткого замыкания определяются искровым промежутком и нелинейным резистором.

Основным недостатком вентильного разрядника является невысокая нелинейность резисторов на основе карбида кремния. Значительно большую нелинейность имеют резисторы на основе окиси цинка, выполненные на их базе ОПН позволяют ограничивать коммутационное перенапряжение на уровне (1,65 – 1,8)U_ф, а грозовое – на уровне (2,2 – 2,4)U_ф.

Высоконелинейные оксидно-цинковые резисторы выпускаются в виде

33

дисков диаметром от 28 до 85 мм. ОПН выполняется путем последовательного и параллельного включения таких резисторов. При рабочем напряжении через одну параллельную колонку резисторов протекает незначительный ток (доли миллиампера) и необходимость в искровом промежутке отпадает.

Ток, протекающий через оксидно-цинковые резисторы, в нормальном режиме содержит емкостную и активную составляющие. При больших градиентах напряжения резко увеличиваются нелинейная проводимость и активная составляющая тока, что приводит к нагреву элементов. Протекающие по ОПН токи получили название токов проводимости (утечки).

Защитная функция ОПН характеризуется остающимся напряжением при определенном значении протекающего тока коммутационного или грозового перенапряжения. «Напряжения гашения» при протекании тока через ОПН нет, однако есть наибольшее рабочее напряжение ОПН, при превышении которого могут произойти нагрев и разрушение ОПН. Кроме того, ОПН характеризуется номинальным напряжением, значение которого указывается в маркировке ОПН.

Для исследования основных характеристик в лабораторной работе используются защитные аппараты РВ-10 и ОПН-3,3 КС УХЛ1. Условная маркировка защитного аппарата РВ-10 означает: Р – разрядник, В – вентильный,

10 – номинальное напряжение, кВ; ОПН-3,3 КС УХЛ1: О – ограничитель, П – перенапряжений, Н – нелиней­ный; 3,3 – номинальное напряжение, кВ; КС –контактная сеть; УХЛ – климатическое исполнение, 1 – категория размещения (для работы на открытом воздухе в естественных условиях в диапазоне температуры от – 60 до +40^оС).

Основные электрические характеристики защитного разрядника РВ-10 приведены в табл. 11, ОПН для контактной сети – в табл. 12.

Т а б л и ц а 11

Основные электрические характеристики РВ-10

Тип разрядника	Значение испытательного напряжения, кВ	Ток проводимости (утечки), мкА	Действующее значение пробивного напряжения, кВ		Сопротивление, МОм
			не менее	не более	не менее	не более
РВ-10	10	6	26	30,5	170	450

34

Т а б л и ц а 12

Технические характеристики ОПН для контактной сети

Параметр	Тип ОПН
	ОПН-3,3 КС УХЛ1	ОПН-П-27,5УХЛ1
Ток проводимости ограничителя, мА	0,30–0,65
Класс напряжения, кВ	3,0	25,0
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	Постоянное 4,0	Переменное 30,0
Номинальный разрядный ток, кА	10,0	10,0
Масса, кг	10	25
Сопротивление ограничителя, МОм, не менее	3000	3000
Материал покрышки	Полимерная

Схема для определения тока проводимости вентильного разрядника приведена на рис. 10, где 1 – испытательная установка типа АИД-70; 2 – резистор (R = 300 кОм, P_н = 150 Вт); 3 – электростатический вольтметр типа С-196; 4 – конденсатор (С_н = 0,1 – 4 мкФ); 5 – испытуемый разрядник; 6 – защитный промежуток; 7 – миллиамперметр постоянного тока класса точности не менее 1,5;

8 – выключатель.

Рис. 10. Схема для измерения тока проводимости вентильного разрядника

35

Схема для определения тока проводимости ОПН приведена на рис. 11, где Т1 – испытательная установка типа АИД-70; R – резистор (R = 100 кОм,

P_н = 10 Вт); RS – шунт тока типа С-5-5 (P_н = 1 Вт, R = 1 кОм); PV1– цифровой вольтметр В7-40; PV2 – вольтметр; T2 – измерительный трансформатор НКФ-110; R1 – испытуемый ОПН.

Рис. 11. Схема для измерения тока проводимости ОПН

Для самостоятельной теоретической подготовки рекомендуется использовать литературные источники [1, 4, 6 – 10].