8 Разрядники

Назначение

Ограничение коммутационных и атмосферных перенапряжений на защищаемом оборудовании.

Принцип действия

Основным элементом разряд­ника является искровой про­межуток. Вольт-секундная ха­рактеристика этого промежутка должна лежать ниже вольт-секундной ха­рактеристики защищаемого обо­рудования. При появ­лении перенапряжения промежу­ток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования. После пробоя линия заземляется через соп­ротивление разрядника. При этом напряжение на линии оп­ределяется током, проходящим через разрядник, сопро­тивлениями разрядника и заземления.

Напряжение на разряднике при протекании импульса тока называется остающим­ся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

После прохождения импульса тока искровой промежу­ток оказывается ионизированным и легко пробивается но­минальным фазным напряжением. Возникает КЗ на землю, при котором через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим.

Чтобы избежать выключения оборудования от релейной защиты, этот ток должен быть отключен разрядником в воз­можно малое время (около полупериода промышленной частоты).

К разрядникам предъявляются следующие требования.

1. Вольт-секундная характеристика разрядника должна идти ниже характеристики защищаемого объекта и долж­на быть пологой.

2. Искровой промежуток разрядника должен иметь опре­деленную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте (50 Гц) и при импульсах.

3. Остающееся напряжение на разряднике, характери­зующее его ограничивающую способность, не должно до­стигать опасных для изоляции оборудования значений.

4. Сопровождающий ток частотой 50 Гц должен отклю­чаться за минимальное время.

5. Разрядник должен допускать большое число сраба­тываний без осмотра и ремонта.

Особенности конструкции

Трубчатые разрядники

При появлении перена­пряжения пробиваются искровой промежуток, и импульсный ток от­водится в землю. После прохож­дения импульсного тока по раз­ряднику течет сопровождающий ток промышленной частоты. В уз­ком канале обоймы (трубки) из газогенерирующего материала (винипласта или фибры) в проме­жутке между электродами загорается дуга. Внутри обой­мы поднимается давление. Образующиеся газы могут выходить через отверстие в кольцевом электроде.

При прохождении тока через нуль происходит гашение дуги под действием охлаждения промежутка газами, выходящими из разряд­ника.

В заземленном электроде имеется буферный объем, 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. Так, зона выброса газов разрядника РТВ-110 имеет вид конуса с диаметром 3,5 и высотой 2,2 м. При раз­мещении разрядников необходимо, чтобы в эту зону не попадали эле­менты, находящиеся под высоким потенциалом.

Трубчатый разрядник имеет крутую вольт-секундную характеристику из-за боль­шой неоднородности электрического поля. В связи с этим трубчатые разрядники непригодны для защиты подстанционного оборудования. Обычно с их помощью защищается только линейная изоляция (изоляция, создаваемая подвесными изоляторами).

Вентильные разрядники

Разрядник типа PBC-10 (разрядник вилитовый станционный на 10 кВ). Основными элементами являются вилитовые диски, искровые промежутки и рабочие резисторы. Эти элементы расположены внутри фарфорового кожуха, который с тор­цов имеет специальные фланцы для крепления и присоединения разрядника.

Работа разрядника происходит в следующем порядке. При появлении перенапряжения пробиваются последовательно включенные блоки искровых промежутков. Импульс тока при этом через рабочие резисторы замыкается на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения дуги сопровождающего тока

Если сопротивление разрядника, определяемое рабочими резисторами, линейное, то напряжение на разряднике растет пропорцио­нально току и может стать выше допустимого для защищаемого оборудования. Для ограничения напряжения сопротивление выполняется нелинейным и с ростом тока уменьшается.

Описанные разрядники получили название вентильных, потому что при импульсных токах их сопротивление резко падает, что дает возможность пропустить большой ток при относительно небольшом падении напряжения.

В качестве материала нелинейных резисторов широко применяется вилит.

Основу вилита составляют зерна карборунда SiC с удельным со­противлением около 10^-2 Ом∙м. На поверхности карборундовых зерен создается пленка оксида кремния толщиной 10^-7 м, сопротивление которой зависит от приложенного к ней напряжения. При небольших напряжениях удельное сопротивление пленки составляет 10⁴—10⁶Ом-м, при увеличении приложенного напряжения сопротивление пленки рез­ко уменьшается, сопротивление определяется в основном зернами кар­борунда и падение напряжения ограничивается.

После прохождения импульсного тока через разрядник начинает протекать сопровождающий ток, представляющий собой ток промышленной частоты. По мере приближения тока к нулевому значению со­противление вилита резко увеличивается, что ведет к искажению синусоидальной формы тока. Увеличение сопротивления цепи ведет к уменьшению тока и угла сдвига фаз между током и напряжением.

Уменьшение скорости подхода тока к нулю уменьшает мощность дуги в области нулевого значения тока. Все это облегчает процесс гашения дуги, горящей между электродами разрядного промежутка. Это обеспечивает гашение сопровождающего тока при первом прохождении тока через нуль и по­зволяет погасить дугу в искровых промежутках без применения специальных дугогасительных устройств.

Основные характеристики вентильного разрядника:

1. Напряжение гашения — наибольшее приложенное к разряднику напряжение промышленной частоты, при котором надежно обрывается сопровождающий ток.

2. Ток гашения, под которым понимается сопровождающий ток, соответствующий напряжению гашения.

3. Дугогасящее действие искрового промежутка.

4. Защитное действие нелинейного резистора.

Выбор разрядников

Трубчатые разрядники

1. Номинальное напряжение разрядника должно соответствовать номинальному напряжению сети .

2. Токи короткого замыкания, возникающие при срабатывании разрядника, должны находиться в пределах токов, отключаемых разрядником.

3. Искровые промежутки и берутся в соответствии с табличными данными.

Вентильные разрядники

1. Номинальное напряжение разрядника должно быть равно номинальному напряжению сети

2. Расстояние до защищаемого объекта выбирается в зависимости от номинального напряжения сети, схемы установки и типа разрядника в соответствии с ПУЭ.