Дугогасящая способность разрядников является одним из показателей их эксплуатационной надежности. Проверка дугогасящей способности разрядника производится путем присоединения его (или его части с искровыми промежутками и последовательными сопротивлениями в таком же численном соотношении, как во всем разряднике) к источнику переменного тока частоты 50 Гц и подачи на разрядник импульса, вызывающего пробой его искровых промежутков и прохождение через разрядник импульса тока заданной амплитуды и формы. Возникающая вслед за импульсом тока дуга сопровождающего тока должна быть оборвана искровыми промежутками разрядника в течение не более одного полупериода частоты 50 Гц. Нормируется, что разрядники должны выдерживать не менее 20 таких воздействий.
Условия дугогашения искровых промежутков разрядника зависят не только от величины напряжения источника частоты 50 Гц, при котором должен быть обеспечен обрыв дуги сопровождающего тока, но и от индуктивности источника переменного тока (см. § 1-4). Она задается величиной максимально допустимого повышения напряжения на зажимах испытуемого разрядника после обрыва сопровождающего тока, которое не должно превышать 10% (для комбинированного разрядника 20%). Амплитуда напряжения частоты 50 Гц на разряднике во время прохождения через него сопровождающего тока должна быть не менее амплитуды наибольшего допустимого напряжения на разряднике (при испытании части разрядника — во столько раз меньше наибольшего допустимого напряжения на разряднике, во сколько раз испытуемая часть разрядника меньше всего разрядника).
Параметры импульса тока, пробивающего искровые промежутки, устанавливаются так, чтобы через разрядник проходил импульс тока с фронтом 8—10 мксек и длиной волны 20 мксек. Амплитуда импульса в зависимости от типа разрядника устанавливается равной 10 000 или 5000 а, т. с. соответствующей номинальному разрядному току разрядника1.
1 За рубежом у разрядников, предназначенных для защиты маломощных установок, проверка дугогасящей способности производится импульсами тока 2500 и 1500 а.
Продолжительность и амплитуда сопровождающего тока, протекающего через разрядник, зависит от того, в какой момент напряжения частоты 50 Гц подается импульс, вызывающий пробой искровых промежутков. С целью получения большей продолжительности сопровождающего тока, а для разрядников с искровыми промежутками, не ограничивающими величину сопровождающего тока, — и большей его амплитуды нормируется, что импульс, пробивающий искровые промежутки, должен быть подан в начале полупериода частоты 50 Гц. При этом обязательно вслед за импульсом должен возникнуть сопровождающий ток. Если сопровождающий ток после импульса возникает не всегда, то момент подачи импульса изменяется в сторону запаздывания до тех пор, пока не будет получено устойчивое возникновение сопровождающего тока.
У разрядников с токоограничивающими промежутками сопровождающий ток будет наибольшим в случае срабатывания разрядника вблизи амплитуды напряжения частоты 50 Гц, так как при этом к разряднику сразу прикладывается наибольшее значение напряжения, дуга же в искровых промежутках еще не растянулась и, следовательно, эффект ограничения искровыми промежутками величины сопровождающего тока еще нс успевает проявиться. Поэтому в 1981 предусматривается проверка разрядников с токоограничивающими промежутками в двух режимах (или в наиболее тяжелом из этих двух режимов): когда импульс, пробивающий искровые промежутки, а) при всех 20 воздействиях подается в начале полупериода частоты 50 Гц, б) при 10 воздействиях подается в начале полупериода частоты 50 Гц и при 10 воздействиях — в момент, примерно соответствующий амплитуде э. д. с. частоты 50 Гц.
Каждый испытуемый разрядник подвергается четырем сериям воздействий, по 5 воздействий в каждой серии. Интервал между воздействиями внутри одной серии примерно 1 мин, а между сериями — должен быть достаточным для практически полного охлаждения внутренних деталей разрядника.
Полярности импульса, вызывающего пробои искровых промежутков, и полупериода напряжения частоты 50 Гц в этот момент, как правило, принимаются совпадающими (допускается, чтобы до 50% воздействий имели несовпадающую полярность). При несовпадающих полярностях импульсного тока и полупериода напряжения рабочей частоты амплитуда сопровождающего тока оказывается большей вследствие переходного процесса в индуктивности испытательной установки. Подобное увеличение сопровождающего тока можно ожидать и в эксплуатационных условиях. Однако величина сопровождающего тока при несовпадающих полярностях в сильной степени зависит от параметров испытательной установки, и поэтому такие испытания, несмотря на то, что они, казалось бы, целесообразны, широкого распространения не получили.
Разрядник считается выдержавшим соответствующие испытания, если во всех случаях: а) имел место обрыв сопровождающего тока в течение промежутка времени не более одного полупериода промышленной частоты; б) пробивное и остающееся напряжения испытуемого объекта, измеренные после полного его охлаждения, изменились после этих испытаний не более чем на 5—10%; в) на вольт-амперной характеристике не появилось искажений, указывающих на наличие пробоя или перекрытия последовательного сопротивления или его части.
Подобная же методика проверки дугогасящей способности (но с подачей импульсов за 60 эл. град до момента достижения амплитуды) установлена в рекомендациях МЭК [210] и нормах большинства зарубежных стран. Кое-где имеются некоторые отличия методики соответствующих испытаний. Так, в ЧССР проводят испытания дугогасящей способности разрядников с подачей во время протекания сопровождающего тока повторного импульса [38]; в Японии импульсы, поджигающие искровые промежутки, распределяют равномерно по периоду напряжения рабочей частоты [214].
Ввиду сложности испытательных установок для проверки дугогасящей способности разрядников соответствующим испытаниям обычно подвергают лишь разрядники сравнительно невысокого напряжения1. У разрядников же более высокого напряжения испытываются пропорциональные части (типовые блоки, элементы). Для разрядников с неравномерным распределением напряжения промышленной частоты по частям разрядника [210] предусматривают испытание наиболее загруженной части искровых промежутков с учетом приходящейся на нее части напряжения гашения.
Для обеспечения во время испытаний необходимого значения сопровождающего тока последовательно с этими искровыми промежутками должно присоединяться нелинейное сопротивление необходимой величины. Разрядниками с неравномерным распределением напряжения считаются такие, у которых пробивное напряжение части разрядника при промышленной частоте, умноженное на число соответствующих частей, превышает фактическое пробивное напряжение при промышленной частоте всего разрядника не менее чем в 1,2 раза. При этом исходят из положения, что напряжение по промежуткам во время гашения обычно распределяется более равномерно, чем в момент пробоя разрядника.
1 Испытательные установки, имеющиеся в настоящее время в нашей стране, позволяют непосредственно испытывать разрядники с наибольшим допустимым напряжением не выше 25-35 ка [11|.
Однако для получения более достоверных данных о дугогасящей способности разрядников стремятся подвергать соответствующим испытаниям непосредственно разрядники возможно более высокого напряжения. Сообщается, что в Швейцарии фирма «Бровн Бовери» испытывает на дугогасящую способность разрядники с наибольшим допустимым напряжением 123 кВ [180]. Фирма «Охайо Брасс» в США сообщила о создании установки для непосредственного испытания на дугогасящую способность разрядников с номинальным (наибольшим допустимым) напряжением до 700 кВ [212].
При проверке дугогасящей способности разрядников контролируется также пропускная способность искровых промежутков и последовательных сопротивлений разрядников при одновременном воздействии импульсного и сопровождающего токов, а также стабильность основных характеристик разрядников после таких воздействий. Поэтому за рубежом соответствующие испытания называют рабочими испытаниями.
Однако подобные испытания проверяют работу основных элементов разрядников только в режиме, соответствующем воздействию грозовых перенапряжений. В связи с расширяющимся в последние годы применением вентильных разрядников и для ограничения внутренних перенапряжений возникает необходимость проверять дугогасящую способность разрядников, особенно более высокого напряжения, также и в режимах их работы при внутренних перенапряжениях. Разработка методики таких испытаний проводится в настоящее время в разных странах.
Соответствующим испытаниям в полевых условиях непосредственно в сетях напряжением до 500 кВ включительно подвергались в нашей стране комбинированные разрядники РВМК.
Создана также лабораторная испытательная установка, обеспечивающая возможность проверки разрядника, установленного на вводе линии, в режимах внутренних перенапряжений, возникающих при включении линий разной длины при нулевом и ненулевом начальном заряде на линии и при разрывах передачи [13].
Установка представляет собой (рис. 3-11) физическую модель линии передачи, составленную из LС-звеньев, соединенную с источниками напряжения промышленной частоты через предвключенные индуктивности L' и L" и выключатели В1 и В2- Источниками напряжения промышленной частоты служили понижающие трансформаторы T1 и T2 присоединенные к сети 110 кВ мощной энергосистемы. Линия длиной до 450 км моделировалась Т-образными звеньями. Для воспроизведения режима повторного включения заряженной линии зарядка линии перед опытом производилась отключением модели линии от остальной части установки разъединителями Рк и присоединением ее разъединителем Р3 к источнику выпрямленного напряжения.
Рис. 3-11. Схема установки для лабораторных исследований разрядников в режиме коммутационных перенапряжений ИР1, ИР2 — испытуемые разрядники; С — 72 мкф, L = 2 мгн
Исследованию на этой установке подвергались пропорциональные части разрядников, соответствующие фазному напряжению системы 6—7 кВ.
Одна из осциллограмм при испытании разрядника РВМК-500П в режиме автоматического повторного включения (АПВ) при наличии повышенного остаточного заряда на линии приведена на рис. 3-12. Произошло срабатывание разрядников на обоих концах линии. Разрядник в начале линии работал в более легких условиях, разрядник же в конце линии после первого импульса тока амплитудой 1980 а не погасил дугу и сработал повторно. При втором переходе тока через нулевое значение разрядник дугу погасил.
В Японии новые конструкции магнитно-вентильных разрядников испытываются на воздействие внутренних перенапряжений, возникающих при включении воздушных или кабельных линий, на испытательных установках, состоящих из искусственной линии из емкостно-индуктивных звеньев и источника переменного тока [214].
Предложения о проведении испытаний вентильных разрядников на испытательной установке, дающей возможность проверять их работу в режиме АПВ и режиме отключенной линии с повторным зажиганием дуги в выключателе, высказываются также в США.
Существенное влияние на дугогасящую способность разрядника в эксплуатационных условиях может оказать степень равномерности распределения напряжения в режиме дугогашения по искровым промежуткам разрядника.
При сильной неравномерности отдельные промежутки могут быть перегружены и откажут в гашении дуги сопровождающего тока. Это приведет к перегрузке других промежутков и может вызвать негашение дуги разрядником. Подобное явление, если не принять соответствующих предупредительных мер, может произойти при сильном загрязнении и увлажнении внешней изоляции разрядника. Специальной методики проверки дугогасящей способности разрядников в таких условиях не имеется, хотя для разрядников, предназначенных для установки в сильно загрязненных районах, соответствующая проверка, по-видимому, целесообразна.
