5.5.2 Конструкции разрядников
Трубчатый разрядник.
При появлении перенапряжения пробиваются воздушные промежутки S1 и S2 и импульсный ток отводится на землю, затем по разряднику протекает сопровождающий ток. В узком канале обоймы (трубки) 1 из газогенерирующего материала в промежутке S1 между электродами 2 и 3 загорается дуга. Внутри обоймы поднимается давление. Образующиеся газы выходят через отверстие в кольцевом электроде 3.
При прохождении тока через нуль происходит гашение дуги под действием охлаждения промежутка S1.
В заземленном электроде 4 имеется буферный объем 5, где накапливается потенциальная энергия сжатого газа. При проходе тока через нуль создается газовое дутье из буферного объема, что способствует эффективному гашению дуги.
Работа трубчатого разрядника сопровождается сильным звуковым эффектом и выбросом газов.
Вентильные разрядники.
1 – вилитовые кольца;
2 – искровые промежутки;
3 – рабочие резисторы;
4 – фарфоровый кожух;
5 – фланцы для крепления разрядника;
6 и 7 – пластины и уплотнительные резиновые прокладки, соответственно, для уплотнения.
При появлении перенапряжения пробиваются три последовательно включенных блока искровых промежутков 2. Импульс тока при этом через рабочие резисторы замыкается на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения дуги.
Для ограничения напряжения на разряднике и, соответственно, на защищаемом оборудовании (Uр = IRр), сопротивление разрядника Rр выполняется нелинейным и с ростом тока уменьшается. Сопротивление таких разрядников при импульсных токах резко падает. Для этого в разрядниках устанавливаются вилитовые (в основе вилита – зерна карборунда SiC, на поверхности которых создается пленка оксида кремния SiO2, сопротивление которой зависит от напряжения) резисторы 3.
Искровые промежутки шунтируются нелинейными резисторами 1 для выравнивания напряжения по искровым промежуткам.
Вентильные разрядники работают бесшумно.
Для защиты установок постоянного тока от перенапряжений используются вентильные разрядники с магнитным дутьем от постоянных магнитов, т.к. гашение дуги постоянного тока значительно сложнее, чем переменного тока.
Длинно-искровые разрядники.
Такие разрядники применяются для защиты воздушных линий электропередачи напряжением 6, 10 кВ трехфазного переменного тока с голыми и защищенными проводами от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий.
Разрядный элемент, вдоль которого развивается скользящий разряд, имеет длину, в несколько раз превышающую длину защищаемого изолятора линии. Конструкция разрядника обеспечивает его более низкую импульсную электрическую прочность по сравнению с защищаемой изоляцией.
5.5.3 Нелинейные ограничители перенапряжения
Нелинейные ограничители перенапряжений (в дальнейшем сокращенно ОПН) в отличие от вентильных разрядников не имеют искровых промежутков и непосредственно подключаются к защищаемому объекту. Это достигается, благодаря применению в них оксидно-цинковых варисторов, обладающих вольтамперной характеристикой с высоким коэффициентом нелинейности и достаточно высокой пропускной способностью. По упомянутой причине в ряде стран ОПН называются вентильными разрядниками без искровых промежутков.
В нормальном режиме через ограничители перенапряжений, находящиеся под рабочим напряжением, течет ток от долей миллиампера до нескольких миллиампер в зависимости от номинального напряжения защищаемого объекта. При этом их внутреннее сопротивление находится в пределах от десятков до сотен мегаом. Однако при появлении перенапряжений в течение наносекунд внутреннее сопротивление аппарата падает на несколько порядков, а ток через ОПН возрастает в 106 -107 раз. В итоге аппарат в рабочих сопротивлениях (варисторах) рассеивает электромагнитную энергию переходного процесса и тем самым глубоко ограничивает перенапряжения независимо от их природы возникновения. После прохождения импульса напряжения ток в цепи ОПН определяется фазным напряжением сети.
В процессе эксплуатации ОПН не подлежат ремонту и не требуют проведения профилактических испытаний повышенным напряжением в течение всего срока службы. Нормативный срок службы ОПН составляет 25 лет при гарантийном сроке хранения и эксплуатации 5 лет.
В современных конструкциях ОПН применяется корпус из изоляционного материала (керамика, фарфор, силиконовый полимерный материал), цилиндрической формы с ребрами (для увеличения пути тока утечки), внутри которого располагаются нелинейные резисторы. Нелинейные резисторы изготавливаются в виде дисков толщиной от единиц до нескольких десятков мм и диаметром до 100 мм. Несколько дисков соединяются последовательно.
В конструкции ОПН предусмотрено устройство для сброса давления при пробое внутри корпуса ОПН.
В элегазовых комплектных распределительных устройствах применяются ОПН, заключенные в металлический герметичный корпус, заполненный элегазом.