Разрядником называется аппарат, обеспечивающий защиту электроустановок от перенапряжений. Перенапряжения представляют собой внезапные и резкие повышения напряжения, способные серьезно повредить изоляцию электрооборудования.
Различают внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные) перенапряжения. Причинами внутренних перенапряжений являются переходные процессы, возникающие при резких изменениях режима работы электроустановки, содержащей нагрузки индуктивного и емкостного характера. Например, при отключении индуктивного тока короткого замыкания возникает коммутационное перенапряжение вследствие явления самоиндукции.
Внешние перенапряжения вызываются атмосферными электрическими разрядами. Вблизи электроустановок эти разряды индуктируют в проводящих контурах электрооборудования перенапряжения. Наибольшую опасность представляют импульсные перенапряжения, возникающие при грозах в результате атмосферных разрядов непосредственно на провода ЛЭП. Величина перенапряжений при этом превосходит номинальные напряжения в десятки раз.
Для снижения перенапряжения до неопасной величины устанавливают разрядник, который присоединяется с одной стороны к токопроводящей (потенциальной) части установки, а с другой — к заземляющему устройству. При набегании волны перенапряжения на место присоединения разрядника его искровой промежуток пробивается раньше, чем защищаемая изоляция. В результате пробоя токопроводящая часть оборудования присоединяется к заземляющему устройству. Однако потенциал токопроводящей части не становится равным нулю, так как разрядник и заземлители имеют некоторое сопротивление. Ток, проходящий через разрядник и заземлители, создает на них падение напряжения, которое называется остающимся напряжением, и воздействует на изоляцию электрооборудования. Чем меньше это напряжение, тем лучше разрядник. В настоящее время для защиты изоляции применяют трубчатые и вентильные разрядники.
При пробое трубчатого разрядника (рис. 118) между электродами 4 и 5 в промежутке l возникает дуга.
Рис. 118. Трубчатый разрядник:
1 — удлинитель, 2 — наконечник, 3 — дугогасительный патрон, 4 — стержневой электрод, 5 — дисковый электрод, 6 — заземляемый наконечник, 7 — лента-указатель срабатывания; 8 — разрядный промежуток, 9 — отделительный промежуток
Под воздействием дуги материал патрона генерирует газы, создающие интенсивное продольное дутье, обеспечивающее ее надежное гашение. Для разгрузки изоляции разрядника от электрического поля предусмотрен воздушный промежуток. Разряд в трубчатом разряднике сопровождается звуковым эффектом и выбросом ионизированных газов.
Вентильные разрядники (рис. 119) состоят из колонки последовательно включенных искровых промежутков и нелинейных разрядных резисторов, выполненных из специальных материалов вилита или тервита. Первый по своим характеристикам пригоден для защиты от больших атмосферных перенапряжений. Второй лучше подходит для ограничения внутренних коммутационных перенапряжений, превышающих амплитуду номинального напряжения в 3—4 раза.
Сопротивление разрядных резисторов зависит от напряжения, приложенного к ним, обратно пропорционально и нелинейно. При перенапряжениях происходит пробой искровых промежутков. Оказавшись под большим перенапряжением, разрядные резисторы резко уменьшают собственное сопротивление.
Рис. 119. Вентильные разрядники:
а — устройство станционного разрядника РВС, б — комплект искровых промежутков разрядника РВС, в — устройство разрядника РВП: 1 —стальная крышка, 2 — герметизирующая прокладка, 3 —фланец, 4 — фарфоровый корпус, 5 — комплект искровых промежутков, 6 — шунтирующий вилитовый подковообразный резистор, 7 — комплект вилитовых дисков, 8 — гетинаксовая прокладка, 9 — фигурная металлическая шайба, 10 — искровой промежуток, 11 — герметик, 12 — сжимающая пружина, 13 — хомут
Однако при восстановлении рабочего напряжений, сравнительно малого по величине, разрядные резисторы резко увеличивают свое сопротивление, чем ограничивают ток и способствуют интенсивному гашению дуги в искровых промежутках.
Сразу после гашения дуги импульсного высокочастотного тока разряда рабочее напряжение восстанавливается. Под его воздействием в искровых промежутках разрядника вновь образуется дуга так называемого сопровождающего тока. Для облегчения гашения дуги применяют нелинейные резисторы, шунтирующие искровые промежутки. Их сопротивление должно быть таким, чтобы при промышленной частоте сопровождающего тока напряжение распределялось примерно равномерно между искровыми промежутками, что облегчает гашение дуги промышленной частоты. В то же время нелинейные резисторы выбирают так, чтобы они сохраняли выраженную неравномерность распределения напряжения между искровыми промежутками при высокой частоте разрядного импульса, обеспечивая легкий пробой этих промежутков.
Для гашения дуги в разрядниках используют также и магнитное дутье в искровых промежутках. Дутье создается специальными катушками, включенными последовательно с искровыми промежутками.
Разрядники собирают в герметизированных корпусах, так как вилитовые диски гигроскопичны. Дополнительно цилиндрические поверхности дисков покрывают влагоизолирующей обмазкой, а торцовые поверхности металлизируют.
В настоящее время промышленность выпускает вентильные разрядники серий РВП, РВС; магнитно-вентильные — РВТ, РВМ, РВМГ, РВМК (комбинированные для защиты от атмосферных и внутренних перенапряжений) для номинальных напряжений от 3 до 750 кВ.
