2. Пробивное напряжение разрядников при промышленной частоте и при внутренних перенапряжениях
Пробивным напряжением разрядника при промышленной частоте называют деленную на √2 наибольшую величину напряжения промышленной частоты, нарастающего до момента пробоя искровых промежутков разрядника.
Так как пробивное напряжение разрядника при промышленной частоте в первом приближении определяет возможность разрядника работать при внутренних перенапряжениях, кратность пробивного напряжения разрядника относительно максимального фазного напряжения сети устанавливается в зависимости от уровня возможных внутренних перенапряжений в сетях соответствующего напряжения.
По последним рекомендациям МЭК на вентильные разрядники все разрядники должны длительно выдерживать без ограничения времени наибольшее допустимое напряжение [210]. Выполнение этой рекомендации у выпускаемых отечественных разрядников привело бы к уменьшению токов проводимости при рабочем напряжении, что нежелательно как по условиям гашения, так и с точки зрения работы разрядников при загрязнении их внешней изоляции.
Величина пробивного напряжения разрядника при промышленной частоте существенно влияет также на способность искровых промежутков разрядника надежно гасить дугу сопровождающего тока. Поэтому принимается также определенная кратность минимального значения пробивного напряжения разрядников при промышленной частоте относительно наибольшего допустимого напряжения на разряднике. В случае срабатывания разрядников при длительно действующих внутренних перенапряжениях (типа перенапряжений из-за перемежающейся дуги на землю, из-за резонансных явлений и т. п.) разрядники могут повредиться. Поэтому нижний уровень пробивного напряжения разрядников при промышленной частоте выбирают так, чтобы по возможности уменьшить вероятность пробоя искровых промежутков разрядников от таких перенапряжений.
Так как в сетях с эффективно заземленной нейтралью длительно действующие перенапряжения большой амплитуды менее вероятны, кратность минимального пробивного напряжения разрядников при промышленной частоте в таких сетях принимается меньшей, чем в сетях с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через дугогасящие катушки. В таких сетях передки перенапряжения при перемежающейся дуге на землю (в сетях с нейтралью, заземленной через дугогасящие катушки при неточной компенсации емкостного тока на землю).
Кратности пробивного напряжения при промышленной частоте соответственно ниже для разрядников более высокого номинального напряжения, а при одинаковом номинальном напряжении — для магнитно-вентильных разрядников (табл. 3-2).
Таблица 3-2
Кратность минимального пробивного напряжения разрядников разных типов при промышленной частоте
Тип разрядника | Номинальное | Кратность относительно | |
максимального фазного напряжения сети | наибольшего допустимого напряжения на разряднике | ||
РВП, РВО, РВС, РВМ | 3-35 | 3,6-4,3— 3,2+3,3 | 2,0 +2,4 — 1,8+ 1,9 |
РВС | 110—200 | 2,75 | 2,0 |
РВМГ | 110—500 | 2,3 | 1,7 |
рвмк-п | 330; 500 | 2,1; 2,2 | 1,0; 1,7 (1,15) |
Примечания: 1. В скобках дана кратность минимального прибивного напряжения относительно напряжения гашения при срабатывании от внутренних перенапряжений.
2. Разрядники РВС напряжением 110 кВ предназначены для сетей с эффективно заземленной нейтралью.
У опытных магнитно-вентильных разрядников РВТ с токоограничивающими промежутками на напряжение 110—500 кВ кратность минимального пробивного напряжения относительно максимального фазного напряжения и наибольшего допустимого напряжения на разряднике равна соответственно 2,1 и 1,5 [93].
За рубежом во многих странах (Великобритания, США, Франция и др.) нормируется, что пробивное напряжение при промышленной частоте должно составлять не менее 1,5 наибольшего допустимого напряжения (у разрядников для электропередач напряжением 400—500 кВ иногда принимается 1,4 наибольшего допустимого напряжения). У отечественных комбинированных разрядников РВМК-500П и РВМК-330П, устанавливаемых в таких точках сетей 330 и 500 кВ, в которых после гашения сопровождающего тока в разряднике можно ожидать повышения восстанавливающего напряжения до 1,9 максимального фазного напряжения, кратности пробивного напряжения относительно напряжения гашения в режиме внутренних перенапряжений значительно снижены (см. табл. 3-2).
Существенное значение с точки зрения возможности ограничения вентильными разрядниками внутренних перенапряжений имеет верхний предел пробивного напряжения разрядников при промышленной частоте. Он зависит от нижнего предела пробивного напряжения, естественного разброса пробивных напряжений искровых промежутков и возможностей производства изготавливать разрядники, у которых средние пробивные напряжения разрядников одного и того же типа были бы близки друг к другу. Чрезмерно узкий диапазон пробивных напряжений затрудняет производство. У современных отечественных вентильных разрядников диапазон пробивных напряжений при частоте 50 Гц характеризуется тем, что предельные значения их отличаются от среднего не более чем на ±(7—10)%. При этом у магнитно-вентильных разрядников РВМГ на номинальное напряжение 110— 500 кВ верхний предел пробивного напряжения при частоте 50 Гц установлен на уровне 2,7, у Опытных магнитно-вентильных разрядников РВТ на такое же напряжение и у разрядников РВМК на 330 и 500 кВ — на уровне 2,4—2,5 максимального фазного напряжения. Для разрядников на номинальное напряжение 750 кВ верхний предел пробивного напряжения при частоте 50 Гц принят равным 2,1 максимального фазного напряжения.
Значительно более низкие пробивные напряжения при промышленной частоте (не более 1,8 максимального фазного напряжения) установлены для специальных комбинированных разрядников, названных разрядниками—ограничителями внутренних перенапряжений, предложенных в [8], для глубокого ограничения внутренних перенапряжений в дальних электропередачах (см. § 4-13).
Исследования разброса пробивных напряжений разрядников при частоте 50 Гц показывают, что распределение пробивных напряжений подчиняется нормальному закону (рис. 3-1), причем среднеквадратичное отклонение для данного образца разрядника составляет 1—3% среднего пробивного напряжения [46].
Так как срабатывание разрядников в условиях эксплуатации может иметь место не только в сухую погоду, но даже преимущественно во время дождя, пробивное напряжение при промышленной частоте нормируется для разрядников, находящихся как в сухом состоянии, так и под дождем. Параметры дождя при испытании принимаются такими же, как при проверке испытательным напряжением внешней изоляции электрических аппаратов и изоляторов.
Практика показывает, что у рационально сконструированного разрядника наличие влаги на наружной поверхности его покрышки не отражается на величине среднего пробивного напряжения разрядника при частоте 50 Гц и может в отдельных случаях лишь несколько увеличить разброс пробивных напряжений.
Существенным вопросом для некоторых районов, в которых применяются вентильные разрядники, является стабильность их основных характеристик, в том числе и пробивного напряжения при загрязнении наружной поверхности покрышек разрядников. По слою загрязнения при его увлажнении возникают токи утечки, толчки которых, как показывает работа различных аппаратов и изоляторов в таких районах, достигают 100 ма и более. Это может исказить распределение напряжения но искровым промежуткам разрядника и снизить его пробивное напряжение при промышленной частоте1. Разработке требований к вентильным разрядникам при их загрязнении уделяется в последнее время все большее внимание (подробнее об особенностях применения разрядников в районах повышенного загрязнения см. в § 5-6).
1 Загрязнение и увлажнение наружной поверхности покрышки разрядника может снизить также напряжение гашения и напряжение, которое допускается прикладывать к разряднику длительно.
Как было указано, пробивное напряжение разрядника при промышленной частоте характеризует способность разрядника работать при внутренних перенапряжениях.
Однако, так как длительность нарастания напряжения при внутренних перенапряжениях значительно отличается от принятой при измерении пробивного напряжения промышленной частоты, значения последнего в некоторых конструкциях разрядников могут отличаться от значений пробивных напряжений при внутренних перенапряжениях. Поэтому в последнее время в связи с более широким применением вентильных разрядников не только для защиты от грозовых, но и для ограничения внутренних перенапряжений, возникла необходимость иметь данные о пробивных напряжениях разрядников непосредственно при воздействиях, имитирующих внутренние перенапряжения. Стандартной формы волны для проведения таких испытаний пока еще не установлено. В различных странах соответствующие испытания проводят импульсами напряжения с длиной фронта в несколько сотен пли тысяч микросекунд (см. § 3-3). Подобные исследования выпускаемых в настоящее время разрядников проводятся и в Советском Союзе. При таких воздействиях пробивные напряжения разрядников отличаются от пробивных напряжений при промышленной частоте не более чем на ± (5—10%), но у некоторых разрядников несколько возрастает разброс. При этом среднеквадратичное отклонение не превосходит 3% среднего пробивного напряжения [39, 71].
Измерения пробивных напряжений разрядников в полевых условиях при коммутационных перенапряжениях, в том числе выполненные во время специальных опытов по созданию коммутационных перенапряжений в сетях 330 и 500 кВ, показали хорошее совпадение с пробивными напряжениями соответствующих разрядников в лабораторных условиях. При этом разброс пробивных напряжений оказался на верхнем пределе разброса, измеряемого в лаборатории [1, 8, 37].
Методика измерения пробивного напряжения разрядников при промышленной частоте различна в зависимости от наличия или отсутствия у них шунтирующих сопротивлений. Для разрядников, не имеющих ШС, повышение напряжения до пробоя искровых промежутков может производиться медленно, что дает возможность производить отсчет пробивного напряжения с помощью обычного вольтметра. Для разрядников с ШС вследствие ограниченной теплоемкости последних допустимая скорость нарастания прикладываемого к разряднику напряжения устанавливается с таким расчетом, чтобы в процессе испытания ШС не нагревались более, чем на несколько градусов. При больших нагревах может иметь место искажение распределения напряжения по искровым промежуткам из-за неравномерного нагрева отдельных сопротивлений. Для отечественных разрядников с шунтирующими сопротивлениями установлено, что повышение напряжения до пробоя должно осуществляться за время не более нескольких десятых секунды. При этом отсчет пробивного напряжения рекомендуется производить с помощью осциллографа.
