Для защиты изоляционных конструкций РУ от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются разрядники и нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН).
Основными элементами вентильных разрядников являются искровые промежутки, последовательно соединенные с резистором, имеющим нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ). В некоторых разрядниках параллельно искровым промежуткам 2, 3 присоединяются шунтирующие резисторы 1 (линейные) и конденсаторы, дающие возможность управлять распределением напряжений различной длительности по искровым промежуткам (см. рис. 1).
Рис. 1. Изменения тока сопровождения и напряжения на разряднике при его пробое (а); электрическая схема соединений искровых промежутков (б)
На рис. 2,а представлен элемент магнито-вентильного разрядника РВМГ на 33 кВ, состоящий из фарфоровой покрышки 1, колонки нелинейных резисторов из вилита 2 и блока последовательно соединенных искровых промежутков 3. Разрядники этой серии выпускаются на напряжение 110-500 кВ, что достигается последовательным включением исходных элементов. Поэтому конструкции разрядников этой серии снабжаются экранами, как на рис. 5.37,6 в конструкции нелинейного ограничителя перенапряжений ОПН, выпускаемых на напряжение 110-1150 кВ. Основными элементами ОПН являются фарфоровый корпус 2, фланцы 4, имеющие устройство 3, обеспечивающее герметичность, наружный тороидальный экран 6 с держателями 5, обеспечивающий выравнивание распределения напряжения по варисторам 7. Варисторы имеют внутреннюю полость, служащую для сброса избыточного давления при аварийном перекрытии через клапан взрывобезопасности 3. Тепловая прослойка 8, передающая избыток теплоты от варисторов на корпус, одновременно используется для крепления варисторов 7. В последнее время для изготовления корпусов ОПН стали применять полимерные материалы, например стеклопластик, что позволяет существенно снизить массу аппаратов и упростить конструкцию ОПН.
Рис. 2. Вентильный разрядник PBC-15 (а) и нелинейный ограничитель перенапряжений ОПН
Основными параметрами вентильных разрядников являются: номинальное напряжение; наибольшее допустимое напряжение на разряднике или напряжение гашения — действующее значение наибольшего напряжения на разряднике, при котором обеспечивается надежное гашение дуги тока частотой 50 Гц. От напряжения зависят ограничиваемые вентильным разрядником перенапряжения. Напряжение пробоя при частоте 50 Гц характеризует способность разрядника работать при коммутационных перенапряжениях, уровень ограничения которых определяется отношением напряжения к наибольшему рабочему фазному напряжению. Импульсное напряжение пробоя разрядника и остающееся напряжение при импульсных токах характеризуют защитные свойства разрядника. Отношения являются характеристикой разрядника по импульсному напряжению пробоя и остающемуся напряжению соответственно. Минимальные значения получены для вентильных разрядников с магнитным вращением дуги сопровождения и максимальные для вентильных разрядников с неподвижной дугой.
Одним из основных недостатков вентильных разрядников является высокое значение коэффициента нелинейности материалов (тервита и вилита) а = (0,2^ 0,4), используемых при этом, а также нестабильность напряжений пробоя. Поэтому значительный прогресс был достигнут после разработки новых материалов оксидно-цинковых варисторов с коэффициентом нелинейности а а 0,02. Это позволило разработать аппараты защиты без искровых промежутков. При рабочем напряжении токи через варисторы достигают миллиампер, а при перенапряжениях соответственно сотен и тысяч ампер. Такие аппараты получили наименование „нелинейных ограничителей перенапряжений" ОПН.
Ограничитель подсоединен к сети в течение всего срока службы. Поэтому через варисторы непрерывно протекает ток. Ограничитель сохраняет работоспособность до тех пор, пока воздействием рабочего напряжения и импульсов перенапряжений активная составляющая тока не превысит некоторого критического значения, при котором нарушается тепловое равновесие аппарата.
Поглощение ограничителем энергии из сети предшествует повышению перенапряжения. Кратность ограничения перенапряжений ОПН имеет порядок 1,75 (для коммутационных) и соответственно (2,42-1,8) (для грозовых), что значительно ниже, чем для вентильных разрядников и, самое главное, стабильность обеспечения этого коэффициента.
