Заземление нейтрали через омическое сопротивление или малую индуктивность и особенно глухое заземление нейтрали вызывают неоправданно большое число отключений линий, которых можно избежать, применяя средства гашения дуги. Оба эти, казалось бы, несовместимые мероприятия, т. е. гашение дуги и заземление нейтрали, могут быть реализованы одновременно, если использовать трубчатые разрядники. Начало широкому применению разрядников было положено в 1931 г. Их назначение состоит в том, чтобы заведомо определить путь разряда, не вызвав перекрытия изоляции, а затем быстро погасить дугу. Для этого параллельно линейным изоляторам на каждой опоре либо в опасных точках или на определенном расстоянии друг от друга устраиваются промежутки, имеющие меньшую электрическую прочность и соединенные последовательно с дугогасящими элементами. В этих элементах дуга ограничивается в узкой изоляционной трубке, имеющей один открытый конец и специальные электроды. Под действием дуги с внутренней поверхности трубки, из тонкого слоя фибры, происходит интенсивное выделение газа. Вырываясь через открытый конец трубки, газ разрывает дугу при первом же прохождении сопровождающего тока через нуль. Эта трубка размещается в прочном кожухе из фарфора либо из другого материала. В последнем случае кожух специально окрашивают для повышения его влагостойкости. Для того чтобы предохранить изоляцию трубки от преждевременного разрушения из-за постоянного воздействия напряжения, устраивается открытый воздушный промежуток, как это показано на рис. 107,а или в более общем виде для линий на деревянных опорах на рис. 107,б.
В тех случаях, когда одним из электродов является сам провод, его защищают от обгорания несколькими витками такого же провода. Дополнительная электрическая прочность изоляции на землю за счет траверс деревянных опор может быть сохранена. Для этого последовательно с тремя соединенными в звезду разрядниками отдельных фаз устанавливают четвертый разрядник.
Опыт эксплуатации трубчатых разрядников дал вполне удовлетворительные результаты. В системе 66 кВ [Л. 4], имеющей протяженность линий более 320 км, после установки около 5 000 трубчатых разрядников число отключений в год на 100 км линии снизилось с 18,7 до 2,2. Подобное улучшение, правда не всегда столь значительное, было отмечено и во многих других системах [Л. 5—7], работающих при напряжениях 13,8—138 кВ. Здесь следует иметь в виду, что результаты зависят также и от числа грозовых дней в году.
Рис. 107. Защита линейной изоляции трубчатыми разрядниками: а — трубчатый разрядник, общей вид (разряд происходит с линейного провода на металлический колпак и затем внутри трубки на землю; газы выбрасываются через отверстие в нижнем электроде); б — трехфазное устройство. 1— линейный провод; защищенный от воздействия дуги; 2 — внешний промежуток; 3 — металлический колпак. 4 — внутренние электроды; 5 — изоляционная трубка с многослойными стенками; 6 — внутренний промежуток; 7 — металлический электрод, соединенный с землей; 8 — отверстия для крепления; 9 — выхлопное отверстие.
Указанная конструкция разрядника обеспечивает удовлетворительное гашение дуги только тогда, когда величина тока лежит в определенном диапазоне, например 900— 5 000 а. Отклонение тока за пределы этого диапазона может привести к разрушению разрядника. Правильно выбранный разрядник на некоторый период времени соответствует условиям, имеющимся в дайной системе. Однако позже пределы изменения токов короткого замыкания могут расширяться. Как уже указывалось, разрядники не в состоянии работать при токах 6 000 а и выше. Кроме того, они допускают лишь ограниченное число срабатываний, в среднем 4 или 5. Это связано с тем, что повторные срабатывания вызывают частичное разрушение трубки. Считают, что выходное отверстие диаметром 9,5 мм не должно увеличиваться более чем на 1,6 мм. Для удовлетворительной работы разрядника большое значение имеет правильная его эксплуатация. Желательно иметь индикатор срабатывания, который можно легко выполнить, закрыв выходное отверстие полоской из фосфористой бронзы. При срабатывании разрядника выходящие газы отгибают полоску, что можно обнаружить путем осмотра в бинокль при обходе линии. После этого полоску возвращают в исходное положение с помощью штанги.
Затруднения в эксплуатации возникают в связи с опасностью засорения выходного отверстия насекомыми. При этом нарушается нормальная вентиляция внутри трубки, происходит увлажнение фибровой вставки, которая, разбухая, может вылезть разрушение корпуса разрядника. После этого фибровая вставка уже не будет защищена от атмосферных воздействий; разряд может произойти по ее внешней поверхности, что приведет к повреждению самой трубки. Может оказаться, что периодические проверки состояния выходных отверстий разрядников, установленных в определенных районах, составят наиболее существенную часть работ по уходу за разрядниками.
Трубчатые разрядники разрывают дугу и восстанавливают электрическую прочность промежутка в пределах одного полупериода. Они не ограничивают амплитуду тока короткого замыкания, протекающего по поврежденному проводу на землю, а поэтому не могут привести к снижению напряжений, наводимых при этом в линиях связи. Большая величина тока повреждения является наиболее существенным недостатком трубчатого разрядника по сравнению с дугогасящей катушкой. Кроме того, последняя обеспечивает более благоприятные условия для восстановления электрической прочности изоляции. Однако в этом отношении трубчатые разрядники находятся в более благоприятных условиях, чем выключатели, так как параллельно дуге в трубчатом разряднике остается включенной полная емкость линии, которая замедляет скорость восстановления напряжения. Защитное действие разрядников не зависит от сопротивления заземления опор, если они установлены на каждой опоре. Если же защитная зона разрядника распространяется на несколько опор, то необходимо низкое сопротивление заземления. Вольт-секундные характеристики трубчатых разрядников лучше, чем у промежутка стержень — плоскость. Эффект полярности весьма незначителен. Применение разрядников для зашиты оборудования станций может дать эффективное решение вопросов координации изоляции, а не только гашения дуги. Возможности изменения характеристики разрядника ограничиваются из-за наличия внешнего открытого промежутка, защищающего трубку от продолжительного воздействия чрезмерно большого напряжения. Этот внешний промежуток не может быть произвольно малым. Разрядное напряжение защитных промежутков должно быть ниже, чем у защищаемой изоляции. Поэтому число срабатывания разрядников будет несколько больше возможного числа перекрытий изоляции.
Для получения максимальной эффективности защиты желательно устанавливать трубчатые разрядники на каждой опоре, ибо число перекрытий изоляции резко возрастает по мере увеличения расстояния между разрядниками. Однако часто экономически целесообразнее ограничить число разрядников, установив их на отдельных участках линий или в местах наиболее частого появления атмосферных перенапряжений, т. е. на сверхвысоких опорах при переходах через реки или опорах, стоящих на грунте с низкой проводимостью. При этом зону, защищаемую разрядниками, желательно сделать такой, чтобы она доходила до мест, где эти неблагоприятные условия уже не сказываются. Затраты по установке разрядников на каждой опоре могут быть оправданы лишь в тех случаях, когда это позволяет отказаться от двухцепной линии в пользу линии одноцепной без снижения надежности питания потребителей. Такой подход оправдал себя в нескольких системах, работающих при напряжениях 66, 115 и 132 кВ с линиями как на деревянных, так и на металлических опорах [Л. 9]. Для линии 115 кВ стоимость трубчатых разрядников, включая стоимость их монтажа, была примерно в 6—7 раз выше стоимости дугогасящей катушки.
Более подробные сведения о сравнительной стоимости даны в конце этой главы. По-видимому, разрядники следует применять в тех случаях, когда необходимо более или менее жестко поддерживать потенциал нейтрали системы равным потенциалу земли, например когда имеются устройства с особой изоляцией (ступенчатой) или когда системы разных напряжений имеют электрическую связь (автотрансформаторы). Трубчатые разрядники значительно повышают надежность питания потребителей. Можно также считать, что в силу быстродействия они ограничивают влияние на линии связи, несмотря на то, что число разрядов несколько увеличивается.
В отличие от дугогасящей катушки трубчатые разрядники способны устранять не только однофазные замыкания на землю, но также и замыкания двух и трех фаз на землю.
В США [Л. 6] трубчатыми разрядниками (до 1952 г.) было оборудовано 4,75% линий 100—125 кВ и около 1% линий 126—150 кВ.
