56.Коммутационные средства защиты от перенапряжений. Искровые промежутки и трубчатые разрядники.
К коммутационным средствам защиты от перенапряжений относятся технические средства, которые при появлении перенапряжения кратковременно изменяют конфигурацию сети таким образом, что напряжение на изоляции ограничивается на допустимом уровне. К подобным техническим средствам относятся всевозможные разрядники, ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН) или их комбинация. Параметры устанавливаемого параллельно защищаемому объекту разрядника, выбираются таким образом, чтобы его искровые промежутки пробивались при появлении опасных перенапряжений. Для этого вольт-секундные характеристики (ВСХ) разрядника и изоляции защищаемого объекта должны быть согласованы таким образом, чтобы ВСХ разрядника располагалась ниже ВСХ изоляции объекта. При этом собственное электрическое сопротивление газоразрядной плазмы в искровом промежутке должно быть достаточно мало, чтобы падение напряжение (остающееся напряжение) на разряднике при протекании тока промышленной частоты (сопровождающего тока) было ниже уровня изоляции защищаемого объекта. Также конструкция разрядника должна обеспечивать погасание дуги в искровом промежутке при переходе сопровождающего тока через ноль.
Простейшие защитные разрядники используют открытые искровые промежутки в форме «рогов». Напряжение срабатывания разрядника обеспечивается выбором минимального межэлектродного расстояния S1 в соответствии с данными в приведённой таблицы. Указанная выше форма электродов при зажигании дуги сопровождающего тока обеспечивает её перемещения вследствие воздействия электродинамических сил в область больших межэлектродных расстояний. При этом дуга охлаждается в процессе быстрого перемещения в межэлектродном промежутке, а также удлиняется. Это приводит к росту собственного сопротивления дуги и её погасанию. Описанный роговой разрядник часто снабжают дополнительным искровым промежутком S2, который препятствует срабатыванию при посадке птиц на основные электроды разрядника. Преимуществом описанной конструкции является простота и дешевизна. К недостаткам следует отнести: а) нестабильность вольт-секундных характеристик вследствие воздействия климатических факторов и изменения поверхности электродов при многократных срабатываниях; б) срезы тока и напряжения в процесс работы разрядника, вызывающие нежелательные переходные процессы в сети, приводящие, например, к перенапряжениям; в) негарантированное гашение дуги сопровождающего тока при его первом переходе через ноль создаёт условия для возникновения однофазного короткого замыкания в сети. В ряде случаев подобные разрядники используются для защиты подвесных изоляторов в сетях низких классов напряжения.
Лучшими характеристиками в части гашения дуги обладаю трубчатые разрядники, в которых применяется принудительное гашение с помощью газодинамического потока газа, испаряющегося со стенок трубки в процессе горения дуги в основном промежутке S2. При это поток направлен из зоны дуги с относительно высоким давление в атмосферу. Для реализации описанного принципа работы используются трубки из специальных газогенерирующих под воздействием нагрева материалов: винипласт, фибробакелит. Для предотвращения тока утечки по поверхности газогенерирующей трубки при воздействии рабочего напряжения трубчатые разрядники снабжены дополнительным искровым промежутком S1, который гарантировано разрывает электрическую цепь разрядника. Основной искровой промежуток трубчатого разрядника, находящегося под воздействие наибольшего рабочего напряжения сети, конструктивно защищён от прямого воздействия атмосферы. Это повышает стабильность его вольт-секундной характеристики. В то же время выработка внутренней поверхности газогенерирующей трубки и электродов основного промежутка приводит к изменению ВСХ и условий гашения дуги сопровождающего тока при многократных срабатываниях.
Эффективность системы гашения дуги в трубчатом разряднике зависит от двух противоположно действующих факторов. С одной стороны рост тока дуги увеличивает давление и скорость газодинамического потока, с другой уменьшает электрическое сопротивление дуги, что затрудняет её гашение. С другой стороны, при малых токах дуги интенсивность газодинамического потока может быть недостаточной для уверенного гашения дуги. Поэтому трубчатые разрядники характеризуются нижним и верхним пределами отключаемого тока согласно приведённой таблицы, где, в частности, приведены характеристики трубчатых разрядников для применения в сетях различных классов напряжения.
