Оборудование электроустановок может оказаться под воздействием перенапряжений различного происхождения, проявляющихся в виде электромагнитных волн, набегающих со стороны линий электропередачи.
Для ограничения амплитуды волны перенапряжения, значение которой может превысить диэлектрическую прочность изоляции оборудования, применяют особые аппараты, называемые разрядниками.
Рис. 3-19. Зашита изолятора от перенапряжениям
а —установка электродов с искровым промежутком; б — вольт-секундные характеристика: 1 — разрядника;
2 — изолятора.
Независимо от конструкции, любой разрядник состоит из двух электродов, разделенных искровым промежутком, размер которого определяется номинальным напряжением разрядника. Один из электродов, присоединяется к фазному токопроводу (проводу воздушной линии или к шине распределительного устройства), другой — к заземляющему проводнику. Промежуток между электродами по своей диэлектрической прочности должен быть достаточным, чтобы изолировать токоведущий элемент от земли в нормальном режиме работы установки.
В условиях перенапряжения искровой промежуток пробивается при определенном значении напряжения на электродах. Тем самым разрядник принимает на себя волну перенапряжения, предотвращая пробой изоляции электроустановки.
Очень важной характеристикой разрядника является зависимость напряжения пробоя искрового промежутка от времени разряда, отсчитанного с момента набегания волны перенапряжения, — так называемая вольт-секундная характеристика. Такая зависимость существует также для любого изолятора, и последний является защищенным, если его вольт-секундная характеристика целиком располагается выше характеристики разрядника (рис. 3-19).
При пробое искрового промежутка фазный провод замыкается на землю и одновременно с импульсом разрядного тока через разрядник проходит сопровождающий ток замыкания на землю рабочей; частоты, поэтому одновременный пробой в разрядниках на всех трех: фазах равносилен трехфазному короткому замыканию. В связи с этим· разрядники должны обладать дугогасящими свойствами, характеризующими их отключающую способность по отношению к сопровождающему току.
Рассмотрим две конструктивные разновидности разрядников.
Трубчатые разрядники относятся к простейшим; они применяются для защиты воздушных электролиний (рис. 3-20,а). В винипластовой трубке 1 помещаются плоский 2 и стержневой 3 электроды. Со сторон» плоского электрода трубка открыта, с противоположной — закрыта. Плоский электрод имеет отверстие для выхода выхлопных газов. Открытый оконцеватель разрядника выполнен в виде металлической трубки 4, и плоский электрод находится с ним в контакте. Металлическими хомутами 5 разрядник крепится к заземленной конструкции, и таким образом плоский электрод оказывается заземленным.
Стержневой электрод ввернут в закрытый металлический наконечник 6, хвостовая часть которого 7 является электродом внешнего искрового промежутка. По условиям монтажа разрядников на опорах внешний электрод иногда снабжается удлинителем 8. Защита линий от перенапряжения трубчатыми разрядниками осуществляется, таким образом, на двух искровых промежутках — внутреннем (в корпусе разрядника) и внешнем. При этом во внутреннем промежутке обеспечивается дугогашение вследствие газогенерации материала корпуса трубки 1 и продольного дутья газов в направлении открытого торца наконечника 4. При срабатывании разрядника потоком газа выбрасывается незакрепленный конец указателя 9, который служит указателем однократного действия. Для повторного срабатывания необходимо вернуть указатель в исходное положение.
Рис. 3-20. Разрядники.
а — трубчатый типа РТВ; б — вентильный типа ΡΒΠ; в — вольт-амперная характеристика вилитового сопротивления разрядника РВП.
Трубчатые разрядники типа РТВ изготовляются на напряжение 6—35 кВ. Существуют другие типы трубчатых разрядников, подобных рассмотренному.
Особенностью и недостатком трубчатых разрядников являются ограниченная способность гашения дуги сопровождающего тока и крутизна вольт-секундной характеристики. Последнее препятствует применению трубчатых разрядников для защиты изоляции оборудования (измерительных трансформаторов, выключателей и пр.).
Вентильные разрядники в отличие от трубчатых помимо искровых промежутков имеют элемент сопротивления, служащий для ограничения значения сопровождающего тока. Ограничение тока способствует гашению дуги и ускоряет восстановление изоляции токоведущих частей после срабатывания разрядника.
Сопротивление, вводимое в цепь разрядного контура, должно удовлетворять особым требованиям, диктуемым следующими соображениями. Импульсный ток грозового разряда может достигать больших значений— порядка тысяч ампер. При прохождении такого тока на сопротивлении образуется значительное импульсное напряжение, пропорциональное току, называемое остающимся напряжением разрядника. Защищаемый объект, как и любая цепь переменного тока, обладает емкостью и индуктивностью, образуя колебательный контур L — С. В этом контуре под действием остающегося напряжения, имеющего импульсный характер, возникают колебания, амплитуда которых может превосходить гарантированную диэлектрическую прочность защищаемой изоляции. Поэтому необходимо, чтобы сопротивление разрядной цепи по отношению к большим импульсным токам, вызываемым волной перенапряжения, было низким. С другой стороны, это сопротивление должно быть достаточно высоким для ограничения сопровождающего тока, меньшего по сравнению с током разряда.
Такому требованию отвечает материал сопротивления, обладающий нелинейной вольт-амперной характеристикой, — вилит, состоящий из зерен электротехнического карборунда, связанных керамической массой-
Особенность вилита заключается в том, что его проводимость зависит от значения приложенного напряжения. При небольшом напряжении его проводимость весьма мала. С увеличением напряжения проводимость вилита возрастает по нелинейному закону (рис. 3-20,в).
Вентильные разрядники получили свое наименование благодаря нелинейному (вентильному) характеру их проводимости.
Разрядник (рис. 3-20,б) состоит из фарфорового корпуса 1, внутри, которого помещается многократный искровой промежуток 2, состоящий из ряда последовательно соединенных единичных промежутков. Электрод 3 имеет контакт с набором искровых промежутков. В верхней части электрод имеет зажим для присоединения к шине электроустановки. Между искровыми промежутками и нижним, заземляемым электродом 4 расположен набор вилитовых дисков 5, образующих рабочее сопротивление разрядника. Хомут 6 служит для крепления разрядника на месте его установки.
Вентильные разрядники типа РВП изготовляются на рабочее напряжение до 10 кВ. Они предназначены для защиты изоляции электрооборудования от атмосферных перенапряжении и применяются в закрытых и открытых электроустановках. Разрядники снабжаются счетчиками числа срабатываний.
В установках напряжением 35 кВ применяются вентильные разрядники, подобные разряднику РВП, типов РВС и РВО, отличающиеся от него наличием двух пакетов искровых промежутков, располагаемых один над рабочим сопротивлением, а другой — под ним.
